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读文万卷004期:QSM与CT衰减值相关性研究;一种独立于感知处理和行为的意识检测指标;

 思影科技 2020-10-13

1RadiologyQSMCT衰减值相关性研究

定量磁化图(QSM)用于区分钙化和铁沉积。很少有研究检查此类物质的CT衰减值与磁化率之间的关系。为了评估顺磁性和反磁性体模中金属浓度,CT衰减值和磁化率之间的关系,以及具有顺磁性或抗磁特性的大脑结构中CT衰减值和磁化率之间的关系,日本京都大学的研究者本对钆和钙体模、20名健康志愿者和84名患者进行了CTQSMMRI扫描。在体模研究中,研究者评估了金属浓度、CT衰减值和磁化率之间的相关性。在人类研究中,PearsonSpearman相互关系被用来评估感兴趣区域包括苍白球(GP)、壳核、尾状核、黑质、红核、齿状核、脉络丛以及出血和钙化病变的CT衰减值和磁化率之间的关系。
研究发现,在体模中,钆浓度与CTMRI QSM值之间、钙浓度与CTMRI QSM值之间具有很强的线性相关性。在人体研究中,GP和出血性病变的CT衰减值与磁化率呈正相关,脉络丛和钙化病变的CT衰减值与敏感性呈负相关。说明CT衰减值在苍白球和出血性病变中与磁化率呈正相关,在脉络丛和钙化病变中呈负相关。
评价:该研究表明了从QSM估计CT衰减值的可能性;然而,为了更好地理解CT衰减值与磁化率之间的关系,还需要针对不同疾病进行进一步的研究。
 
原文:Oshima, S., Fushimi, Y., Okada, T., Takakura, K., Liu, C., Yokota, Y., Arakawa, Y., Sawamoto, N., Miyamoto, S., & Togashi, K. (2020). Brain MRI with Quantitative Susceptibility Mapping: Relationship to CT Attenuation Values. Radiology, 294(3), 600–609.
ROIhttps:///10.1148/radiol.2019182934

2Science Translational Medicine:一种独立于感知处理和行为的意识检测指标

操纵意识是临床医师的惯用手段,比如对病人实施麻醉,但要精确地判断病人的意识状态就困难多了。一些特殊病人(如植物人),可以有意识但是无法做出回应,会对医师的判断造成影响,因此需要一种能独立于病人感知处理和行为的意识检测指标。来自意大利米兰大学的Adenauer G. Casali等人提出了一种被称为扰动复杂指数PCIthe perturbational complexity index)的理论指标,可以有效判断被试意识状态。
为了计算该指标,作者需要对被试施加经颅磁刺激(TMS),并测量TMS诱发的事件相关电位(ERP),
基于Lempel-Ziv算法复杂度得出计算结果。计算结果在0~1之间,值越低代表意识越薄弱。当设定阈值为0.31时,区分有/无意识的精度可达90%以上因此该指标可以作为判断意识的一种潜在生物标记。
 
原文:Casali A G, Gosseries O, Rosanova M, et al. A theoretically based index of consciousness independent of sensory processing and behavior[J]. Science translational medicine, 2013, 5(198): 198ra105-198ra105.
DOI: 10.1126/scitranslmed.3006294
3eLIFE:GABA,而不是BOLD,揭示了人脑中可分离的学习依赖的可塑性机制

经验和培训已经证明能够帮助人们从混乱的环境中提取和区分有意义的模式。然而,通过抑制嘈杂和不相关的信号来调节人们学习能力的人类大脑机制在很大程度上仍然是未知的。因为fMRI本身并不能区分抑制和兴奋机制,为了测试抑制在感知学习中的作用,剑桥大学Polytimi Frangou等人将fMRIGABAMRS波谱测量相结合,在eLIFE杂志上发表了他们的研究。
研究结果表明,任务依赖性GABA能抑制与大脑的功能可塑性和行为改善有关。具体来说,枕颞皮质的GABA能抑制与可分离的学习机制有关:降低GABA用于噪声过滤,而增加GABA用于特征模板的重新调节。tDCs训练过程中,干扰皮层兴奋性会改变特定任务的表现,为抑制和行为改善之间的直接联系提供了证据。此发现提出了分离的GABA能机制,通过训练优化人们做出知觉决定的能力。
 
原文:GABA, not BOLD, reveals dissociable learning-dependent plasticity mechanisms in the human brain
DOI: https:///10.7554/eLife.35854.001

4Neurology:阿尔兹海默患者的海马整体连通性越低,其局部代谢水平越高

在阿尔兹海默研究领域,存在一个海马体失连假说(hippocampus disconnection hypothesis,该假说认为:皮层输入信号的解耦有助于海马活动的去抑制。在该假说基础上,Masoud Tahmasian等人假设:海马和楔前叶的内在功能连接越弱,海马的葡萄糖代谢越高文章发表在Neurology
招募40名轻度AD痴呆患者、21名轻度认知障碍患者和26名健康对照被试,同时采集PET/MRI图像并进行分析。18F-fluorodeoxyglucose-PET用来测量局部葡萄糖代谢,并作为神经活动的指标;基于种子点的静息态MRI功能连接用来测量内在功能连接,并作为神经耦合的指标。对各指标进行组间比较和相关分析。
结果发现:对于2组患者,海马和楔前叶之间的内在连接明显减少。此外,患者组楔前叶(AD<轻度认知障碍<对照组)的葡萄糖代谢降低,而海马区未发生变化。最重要的是,对于AD痴呆患者,海马体和楔前叶之间的连接越弱,海马代谢水平越高。总的来说,该结果证明AD患者海马和楔前叶内在连接减弱与海马内葡萄糖代谢升高有关,支持了海马体失连假说。
 
原文:The lower hippocampus global connectivity, the higher its local metabolism in Alzheimer disease
DOI: 10.1212/WNL.0000000000001575

5、JNNP:脑卒中损伤区域对上肢运动的影响

      本研究将至少6个月前有33例中风患者根据仅涉及皮层下区域SC(仅涉及皮层下层区域的梗死)患者和涉及皮层及以下区域的CM(涉及皮层及以下区域梗死)患者分为两个亚组。根据现有解剖学定义,将cm定义为主要运动皮层,运动前皮层和补充区域。将CST(皮质脊髓束),ASM(激活的感觉运动区),SM(皮质感觉运动区),GM(灰质),WM(白质)定义为roi,用于评估对运动功能很重要的不同大脑结构受损的可能性。利用ALI工具箱生成T1加权的单个体素化高分辨率MRI,通过握力指数等测试上肢的运动缺损,使用主成分分析计算单一代表得分以尽量减少上限和下限的影响。使用贝利叶斯进行推断回归(相关向量机)以表征每个体素损伤导致的上肢运动障碍的可能性,结果负值越大表明该体素的病变更有可能与上肢运动障碍有关。结果:在年龄性别等方面,CM患者与SC患者之间没有显著差异,除了九孔钉测试中CM患者更慢中其余运动功能无异。CM病变负荷高于SC,SC的CST及CM的ASM对上肢运动障碍的贡献最大。

原文:The contribution of lesion location to upper limb deficit after stroke

http://dx./10.1136/jnnp-2015-312738

6Cognition:语言是如何受到大脑支持的——语言模型介绍之陈述/程序性双系统模型(注:这篇没图)
近年来,关于语言的神经通路如何实现系统的整合是众多研究者关注的重点。今天给大家再介绍一篇由著名研究者Ullman提出的陈述/程序性双系统模型。陈述/程序性双系统模型是从大脑记忆存储方式的不同出发,对语言加工中的词汇和句法的大脑表征进行解释的。该模型认为,尽管语言系统存在其特殊性,但其仍旧是依赖于大脑系统的,而大脑系统支持的功能网络是多样的。
陈述性/过程性(DP)模型认为,心理词库是记忆特定词汇知识的,它依赖于加工陈述性记忆的广范的颞叶皮层和内颞叶结构(如海马体、齿状回等脑区),这些脑区是事实和事件知识存储和使用的基础。心理语法依赖于一个独特的神经系统,它将词汇项的规则组合转化为复杂的表征形式。该系统由特定的额叶、基底神经节、顶骨和小脑结构组成,构成程序性记忆的基础,支持学习和执行运动和认知技能,尤其是涉及序列的技能。
该模型认为心理词库是存储词汇知识的,也包括一些固定的习语或俗语,词汇信息的存储和提取都在心理词库的层面完成。心理语法则是存储和提取句法知识的,认为句法知识属于语法的一部分,它是程序性记忆的一种,是一种内隐的、无意识的认知过程,它是将词汇组合更大单位的表征的规则。心理词库和心理语法在语言加工中是有交互关系的,这种交互关系是基于陈述性记忆和程序性记忆的交关系的。表现为该模型认为支持句法加工的额叶和基底神经节网络并不是语言加工所独享的,该模型引证了其他非语言领域但涉及规则加工的认知过程在这一网络中也有激活的脑成像研究来证明这一点。作者分析了一些脑激活成像、失语症脑成像研究和发展性语言障碍以及一些非语言障碍方面的脑成像研究来证明这一模型的合理性。
 
原文:Ullman, M. T. . (2004). Contributions of memory circuits to language: the declarative/procedural model. Cognition, 92(1-2), 231-270.
doi:10.1016/j.cognition.2003.10.008
7Current Biology alpha相干有节奏地调节人脑中的大规模交流

近来的几项研究表明,神经振荡相干可能是灵活调节大脑区域间通信的一种门控机制。如果此种机制为真,那么这种神经振荡应是稳健的,脑区间的相干性也应表现出锁时的相关性,且时间延迟与相干振荡的相位延迟应相匹配。Julio I. Chapeton等人在《Current Biology》发文,使用iEEG的方法在多空间尺度分析人类电生理学指标,在10名参与者的颞叶植入网格状或条状电极,分析每名被试的侧颞叶皮层的时域和频域功能连接。

结果发现,每名参与者的中心频率一致且稳健的alpha振荡在脑区间具有相干性,且振荡的相位延迟与宽带(broadband)活动的时间延迟相匹配。Alpha振荡满足是将其相干性作为调节大规模皮层通信的手段所必需的几个约束条件。因此证明了,人类大脑中的大规模通讯可能受到ALpha振荡的节律性调制。

原文:Large-Scale Communication in the Human Brain Is Rhythmically Modulated through Alpha Coherence
DOI10.1016/j.cub.2019.07.014

8Neuroimage:大鼠弥散功能成像研究 

       Daniel等人使用弥散功能成像采集大鼠接受前爪刺激下的影像数据,对丘脑皮层通路的神经活动进行研究,发现相对于以往基于血氧的功能核磁成像,这种添加了弥散加权的功能影像可以更加详细精确地锁定大脑激活区域。

 复杂的神经血管耦合控制着核磁影像中血样水平依赖的功能对比,这在分析大脑神经活动区域时是十分重要的;但是相对而言这些分析也有着较为明显的限制,比如对于病灶区域的神经活动不具备特异性。而弥散加权功能影像以其相对较高的弥散加权有效弥补了这个缺点,因为它提供了与潜在活动更加紧密联系的功能性对比。除却在一些更小的激活区域外,弥散功能磁共振成像相对于依赖于血氧水平驱动的功能核磁有过于显著的优势,并且其激活映射更加依赖于一些显著的模型。这里我们将弥散功能核磁成像与传统的功能核磁成像比较,看弥散功能成像对于神经活动在丘脑皮层通路上是否具有更高的优势。我们对大鼠的前爪施加刺激,并使用9.4t的核磁设备采集数据,我们首次发现在弥散功能成像呈现出了一种层特异性,并对于血氧水平呈现区域性的信号缺失。此外,我们还发现丘脑皮层通路的弥散功能影像信号相互吻合,即腹后外侧丘脑核(VPL)的弥散功能成像信号与躯体感觉皮层的第四层和第五层相互吻合。而这种在丘脑皮层的活动模式相对于基于血氧信号的方法来说和采集的电生理信息更加一致。这些研究都证明在弥散功能成像在呈现那些通路上的潜在神经活动上有更好的表现。而这些优势在全脑范围内对于那些更加精确的神经活动映射将提供巨大的帮助。
 
原文:Layer-specific connectivity revealed by diffusion-weighted functional MRI in the rat thalamocortical pathway
Doihttps:///10.1016/j.neuroimage.2018.09.050
9NeuroImage:自传体式记忆、情景记忆和语义记忆提取的脑网络

自传体式记忆、情景记忆和语义记忆是记忆的三种储存形式。本研究旨在为这三种记忆的提取寻找一个共同的通路。研究中使用了基于事件相关的fMRI任务态实验设计。在三种提取的诱发实验中,采用同样的图片刺激,然后根据记忆的形式,设置不同的问题以获得对应的记忆提取过程。
在数据分析阶段,我们首先采用了已有的相关研究得出的区域作为网络构建的点。已有的研究结果提示,左侧海马、左侧舌回和右侧尾状核在这三种记忆的提取中呈现出相似的连接模式。本研究也对此结果进行了验证。数据分析结果显示,这三个区域的功能连接在三种类型的记忆提取中均呈现出一致的模式。双侧额下和颞中回、左侧颞-顶叶联合区域、和扣带回前后部的激活与左侧海马、左侧舌回、以及右侧尾状核具有显著的相关性;而后侧枕颞-顶叶区域则呈现出显著的负相关。本研究为记忆提取的共同通路提供了神经基础。
 
原文:A common functional brain network for autobiographical, episodic, and semantic memory retrieval
doi: 10.1016/j.neuroimage.2009.08.066.

10Neuropsychopharmacology:战争接触、PTSD、脑部受损影响退伍军人不同区域的皮层厚度

众所周知,经历过战争的退役老兵是患精神疾病的高风险人群,然而战争与对于大脑健康的影响我们所知之甚少,来自杜克大学的Ashley N. Clausen等人将经历战争的程度与大脑皮层的厚度联系在一起,进行了深入研究。对退伍军人(N = 337; 80%为男性)进行了结构神经影像学分析,并在临床上评估了战斗接触程度,抑郁症状,大脑损伤和创伤后应激障碍(PTSD)。
得到结论:接触了较多战争则左前额叶皮层厚度减少和左中颞叶皮层厚度增加。 PTSD与右梭形的皮层厚度呈负相关。头部受伤与双侧内侧前额叶皮层皮质厚度增加有关。本文独特的地方在于将接触战争、PTSD、脑部受损的程度作为一个量表,来研究其与不同区域大脑皮层厚度的关系,并且研究了这几者之间的内部影响。
 
原文:Combat exposure, posttraumatic stress disorder, and head injuries differentially relate to alterations in cortical thickness in military Veterans
DOI10.1038/s41386-019-0539-9

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