结构与功能神经影像学

神经影像学是一系列用于描绘活体大脑的技术。结构成像显示解剖结构——大脑区域的形状、大小和组织构成——而功能成像则主要通过伴随神经处理的血流和血氧变化来推断活动。它们共同使得大脑结构和功能能够进行非侵入性研究。

Definition

结构神经影像学可视化大脑的解剖结构和组织特性，而功能神经影像学则测量神经活动的关联物，例如血流和血氧，从而可以在体内评估结构和功能。

Scope

本主题涵盖了主要的结构成像模式（计算机断层扫描和结构磁共振成像，包括弥散成像和形态测量学）和功能成像模式（基于血氧水平依赖对比的功能磁共振成像，以及功能连接和有效连接的分析）。它描述了每种方法作为参考方法学所测量的内容，而非作为临床指导。

Core questions

• 结构成像测量什么？它与功能成像有何不同？
• 功能磁共振成像如何从血氧信号推断神经活动？
• 图像如何转化为大脑结构和连接的定量测量？

Key concepts

• 计算机断层扫描和结构磁共振成像
• 弥散加权成像
• 体素和表面形态测量学
• 血氧水平依赖（BOLD）对比
• 功能连接和有效连接
• 静息态成像和默认模式网络
• 图像分割和量化

Mechanisms

结构磁共振成像通过组织的磁共振特性来区分组织，而弥散成像则利用水的运动来探测微观结构和纤维方向（Le Bihan et al., 1986）。功能磁共振成像依赖于脱氧血和氧合血在磁敏感性上存在差异的发现，因此神经活动后局部血氧的变化会产生可测量的血氧水平依赖信号（Ogawa et al., 1990）。分析这些信号在不同区域如何协同变化，可以得出功能连接和有效连接的测量结果（Friston, 1994），包括在没有明确任务的静息状态下观察到的模式（Gusnard & Raichle, 2001）。自动化流程对图像进行分割和标记，将其转换为定量的解剖学测量（Fischl, 2012）。

Clinical relevance

神经影像学方法是研究和实践中观察和测量大脑结构和功能的基础，理解每种模式测量的内容有助于谨慎解读。本条目是方法学参考资料，不提供诊断标准或治疗建议。

History

X射线计算机断层扫描首次使活体人脑的解剖结构得以观察，随后磁共振成像提供了卓越的软组织对比度和基于弥散的微观结构成像（Le Bihan et al., 1986）。血氧水平依赖对比的发现（Ogawa et al., 1990）启动了功能磁共振成像，此后连接性分析（Friston, 1994）和静息态活动研究（Gusnard & Raichle, 2001）拓宽了该领域，并得到了自动化图像分析工具的支持（Fischl, 2012）。

Debates

BOLD信号究竟反映了什么？

功能磁共振成像测量的是血氧信号，它是神经活动的一种间接的血管替代指标，因此BOLD反应与潜在神经元事件之间的精确关系仍然是一个解释上的注意事项。

Key figures

• Seiji Ogawa
• Denis Le Bihan
• Karl Friston
• Marcus Raichle
• Bruce Fischl

Seminal works

• ogawa-1990
• le-bihan-1986
• friston-1994

Frequently asked questions

结构神经影像学和功能神经影像学有什么区别？

结构神经影像学描绘大脑的解剖结构和组织，而功能神经影像学则测量活动的关联物，例如伴随神经处理的血氧变化。

功能磁共振成像直接测量神经元吗？

不。它测量的是血氧水平依赖信号，这是一种间接的血管替代指标，它追踪神经活动，而不是直接记录神经元的活动。