人體的疼痛感知、運(yùn)動(dòng)控制與情緒調(diào)節(jié)等高級(jí)功能，依賴(lài)于大腦與脊髓之間的精密協(xié)同。大腦是決策與指揮的核心中樞，脊髓承擔(dān)信號(hào)傳導(dǎo)與反射調(diào)控的關(guān)鍵任務(wù)。兩者高效互動(dòng)，確保身體與意識(shí)的統(tǒng)一運(yùn)作。
但是，受限于傳統(tǒng)磁共振成像技術(shù)的硬件范圍與信噪比，多數(shù)研究聚焦于大腦或脊髓的局部活動(dòng)。如何在一次成像中便捷地同步捕捉大腦與脊髓的神經(jīng)信號(hào)，繼而在整體上刻畫(huà)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)協(xié)作，是神經(jīng)影像學(xué)領(lǐng)域的技術(shù)瓶頸。
近期，中國(guó)科學(xué)院心理研究所研究員孔亞卓團(tuán)隊(duì)，優(yōu)化了同步腦–脊髓功能磁共振成像方案，建立了配套的腦–脊髓聯(lián)合分析與質(zhì)量控制流程。該成果被命名為CoSpine，以開(kāi)放數(shù)據(jù)庫(kù)形式在Scientific Data正式發(fā)表。
CoSpine成像方案實(shí)現(xiàn)了覆蓋大腦、腦干、小腦及頸段脊髓的單視野同步采集。這一方案融合多頻帶并行采集與并行重建算法，可保持1.5毫米高空間分辨率，提升了時(shí)間采樣效率與圖像質(zhì)量。該策略使皮層-腦干-脊髓神經(jīng)信號(hào)得以在一次掃描中連續(xù)獲取，為腦–脊髓功能交互研究奠定了方法學(xué)基礎(chǔ)。
在成像方法之外，研究還構(gòu)建了基于本成像方案的數(shù)據(jù)預(yù)處理與統(tǒng)計(jì)分析框架，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理到標(biāo)準(zhǔn)化配準(zhǔn)的系統(tǒng)化優(yōu)化流程。該流程整合國(guó)際主流軟件包，并針對(duì)脊髓解剖結(jié)構(gòu)的特殊性進(jìn)行多項(xiàng)算法優(yōu)化。研究結(jié)合呼吸與心跳信號(hào)的實(shí)時(shí)記錄，利用生理噪聲建模方法實(shí)現(xiàn)多層去噪，提升了信號(hào)的穩(wěn)定性。同時(shí)，針對(duì)腦干和脊髓易受磁場(chǎng)不均影響的問(wèn)題，方案引入局部勻場(chǎng)優(yōu)化與反向相位B?校正策略，減少了幾何形變和信號(hào)丟失。研究顯示，經(jīng)預(yù)處理后的圖像信噪比顯著提升。
CoSpine數(shù)據(jù)庫(kù)包含兩個(gè)采集站點(diǎn)，共61名健康參與者的同步腦–脊髓原始影像、任務(wù)設(shè)計(jì)及生理記錄數(shù)據(jù)，涵蓋兩種經(jīng)典任務(wù)范式，驗(yàn)證了上述成像方案與分析流程在不同功能系統(tǒng)中的穩(wěn)定性。
CoSpine數(shù)據(jù)庫(kù)已在OpenNeuro平臺(tái)正式上線，并在GitHub（LINIP-share/CoSpine）同步開(kāi)放分析代碼與說(shuō)明文件。
研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)和科學(xué)技術(shù)部等的支持。
論文鏈接
CoSpine功能與結(jié)構(gòu)成像的采集方案及示意圖
結(jié)構(gòu)和功能像的數(shù)據(jù)處理框架
經(jīng)典接觸性熱痛和主動(dòng)運(yùn)動(dòng)任務(wù)誘發(fā)腦-脊髓激活
本文鏈接：腦–脊髓同步功能磁共振開(kāi)放數(shù)據(jù)庫(kù)發(fā)布http://www.sq15.cn/show-12-2007-0.html
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