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[结果]朱朝宇教授北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室研究组《Science Advances》通过脑图发表了一种新型的人脑图谱



9月4日,北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室朱超宇教授在《科学》科学《科学进展》科学进展中发表了关于——“经颅脑”的文章(五年影响因子:11.514) )。阿特拉斯“(经颅地图)。

Brain Atlas是描述人类大脑功能和结构之间对应关系的地图。在人脑图的绘图中,研究人员定义了标准的三维脑空间,并在具体的研究中,包括皮质神经元染色,任务反应,脑网络特性和皮质的遗传表型。人脑解剖和功能信息以标签的形式映射到该三维空间中的坐标。因此,一方面,脑图实际上为我们提供了一个重要的平台,可以整合不同研究的观察结果和人脑功能结构的不同方面,帮助研究人员形成对人脑的系统理解。另一方面,脑图提供的先验知识也是定义脑成像研究中感兴趣区域,定义网络节点和指定脑干预研究中的干预目标的重要基础。在非侵入性脑成像/干预研究中,主要有两种类型的技术,一种是由MRI和PET代表的立体脑成像技术,另一种是由fNIRS和TMS代表的经颅技术。前者因为成像空间是三维脑空间,所以其观察可以通过空间配准直接映射到地图所在的标准空间。后者通过放置在颅骨表面上的经颅装置观察或干预下面的外侧皮质,因此脑图所处的立体脑空间对于这种技术不是直接可见的。这限制了大脑绘图提供的先验知识的使用,以指导在认知神经科学研究和临床应用中实施经颅技术。

在《科学进展》发表的着作中,作者提出了经颅脑图的概念和方法框架,包括三个主要内容:首先,基于颅骨标志点和尺度测量,定义了颅骨比例坐标系(颅骨比例坐标)。系统,CPC系统)定义了可用于经颅放置的整个二维颅骨空间的标准坐标表示。其次,使用114人MRI结构图像数据库,对人口水平的标准头颅坐标系(CPC空间)与标准脑实体坐标系(MNI空间)之间的概率对应进行??建模。第三,基于马尔可夫概率模型,解决了CPC空间与脑图标签的概率对应关系。图1经颅图谱概念

作者根据四种常用的脑图LPBA400,AAL,Tailarach和Craddock构建了相应的经颅脑图,并验证了结果。首先,半可靠性验证的结果表明,基于不同数据集构建的经颅脑图具有高度可重复性。其次,人口 - 个体预测结果表明,基于大样本组信息构建的脑 - 脑图信息可以基于个体结构图像的定位结果有效地预测内部组主体。第三,跨种族预测的结果表明,基于大样本人口信息的经颅脑图信息也可以有效地预测跨种族受试者的个体定位结果。最后,我们使用构建的经颅脑图来指导实际fNIRS实验的光电极的放置,并比较在10-20系统的指导下放置的大脑和由标准手指敲击任务引起的大脑。观察到活动变化的影响。结果表明,在脑图的引导下放置灯杆可以显着提高灯杆在感兴趣的大脑区域的放置的覆盖精度和不同上皮层中相应通道的空间一致性。受试者,从而有效地改善了fNIRS对。观察对大脑活动感兴趣时的敏感性。

图2骷髅比例坐标系(CPC系统)。 (A)单个头壳上的CPC系统的示例。 (B)CPC坐标系的平面投影表示。

图3经颅脑图TBA_LPBA是基于LPBA40脑图构建的。 (A)脑叶水平概率图。 (B)脑叶水平标签图。 (C)脑回归水平概率图。

(D)脑背部水平标记图。 (E)脑背水平标签图(立体视图)。

图4将颅脑图引导的fNIRS光电极位置(顶部)与传统方法进行比较,即10-20系统的灯杆位置(底部),以手指敲击任务为例。

(A)Photopole放置策略。 (B)由群体中的光电极测量的实际皮质位置的变化。

(C)FNIRS实际观察到的组级任务激活。 (D)灯杆覆盖到感兴趣的大脑区域,中央前方。本研究提出了一种直接适用于经颅技术的新型人脑图。在实际应用中,这意味着实验者只需要提供测试头壳的可见形态信息,并且可以通过空间精度与经颅脑成像技术的分辨率相匹配来推断不可见的大脑解剖和功能信息。结合实时定位和增强现实等技术,经颅脑图有可能为研究人员提供直观,准确的方法,为有意识的脑成像研究中的fNIRS和TMS代表的经颅脑成像提供导航基础。婴儿。每日情境社会互动和人为因素脑成像研究,以及临床干预研究在精神和神经疾病中的应用和发展。

论文的第一作者是博士。来自北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室的朱朝宇教授是学生萧翔。致谢来自西南大学的刘力教授和邱江教授在数据方面支持了这项研究。

该论文得到了国家自然科学基金(61431002)和国家973项目(2014CB846100)的支持。

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