[发明专利]红外神经刺激诱导全脑功能磁共振高分辨率成像方法

说明书

本发明公开了一种红外神经刺激诱导全脑功能磁共振高分辨率成像方法。实验对象置于磁共振仪，光纤固定接脑皮层，红外激光刺激通过光纤传导到脑皮层进行刺激，进行红外激光刺激并同时利用磁共振仪进行功能磁共振扫描实现成像获得图像数据；分析处理获得刺激皮层部位的脑神经激活网络图谱；刺激条件为：激光波长1875nm，激光辐射能量0.1‑1.0J/cm2，每个刺激由单脉冲时长为0.25毫秒、频率为200赫兹、总持续时长为0.5s‑1s的脉冲序列组成。本发明将INS系统结合功能磁共振成像系统可以在全脑范围实现神经网络连接成像，通过对皮层特定局灶部位的INS，得到与此部位有功能联系的脑网络图谱。

技术领域

本发明涉及一种刺激激活脑皮层功能成像的方法，尤其是一种红外神经刺激(INS)诱导全脑功能磁共振高分辨率成像方法。

背景技术

研究大脑中的连接模式图谱对理解大脑神经网络及其与行为和疾病的关系至关重要。有许多方法可以研究大脑中的脑网络连接图谱。然而，目前还没有一种方法能够在活体全脑范围内快速系统地绘制毫米级分辨率的脑网络连接图。基于1-5毫米大小的示踪剂注射的解剖绘图方法仅限于少量注射部位(通常3-5个示踪剂)，需要2-3周才能进行示踪剂运输，动物处死切片以及耗时的图像重建。在fMRI中，基于大脑中低频相关性的静息态连接网络图谱通常用于研究脑神经网络连接；然而，这些相关性与解剖连接之间的关系仍然不确定。

扩散方法成像(DTI)可以实现高空间分辨率，但在全脑范围使用仍仅局限于较大的神经纤维束。fMRI结合光遗传学刺激是一种全新的全脑网络连接成像方法；然而，在诸如灵长类动物的动物中，这需要病毒注射表达数周时间等待，并且仅限于少数位点。而将fMRI与电刺激结合到目前为止还没有在全脑尺度提供高分辨率脑网络图谱。

发明内容

为了解决背景技术中存在的问题，本发明给出了一种利用脉冲近红外神经刺激(INS)诱导神经元活动与功能磁共振相结合的全脑功能性神经网络连接成像方法，在功能磁共振(fMRI)中使用红外激光刺激来研究全脑高分辨率的皮层神经网络连接活动。

本发明解决技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：

采用本发明进行活体动物高场磁共振功能成像过程如图1所示，实验对象经过预处理之后置于磁共振仪，进行红外激光刺激并同时利用磁共振仪进行功能磁共振扫描实现成像：设定红外激光刺激的参数，光纤固定连接脑皮层，红外激光刺激(INS)通过光纤传导到脑皮层进行刺激，在红外神经刺激的同时进行磁共振扫描，获得图像数据；对图像数据进行数据分析处理获得固定一刺激皮层部位的脑神经激活网络图谱，进而用于研究全脑高分辨率的脑皮层神经网络连接活动；红外神经刺激采用红外激光发射到实验对象进行刺激，刺激条件为：激光波长1875nm，激光辐射能量0.1-1.0J/cm2，每个刺激由单脉冲时长为0.25毫秒、频率为200赫兹、总持续时长为0.5s-1s的脉冲序列组成；在磁共振的18秒开阶段中的初始进行一次刺激，在磁共振的18秒关阶段休息不进行刺激，以此重复磁共振的开关阶段36秒共10-20次。

本发明在功能磁共振中使用红外激光刺激来研究脑皮层神经网络，获得了高分辨率和针对性的成像图像。

具体实施中的实验对象为大鼠、小鼠、猫和实验用猴以及人，但不限于此。

所述的光纤通过颅骨钻孔加固定石英毛细管作为光纤导管固定，使光纤头置于皮层表面。

所述光纤具有直径100、200、400um的三种，数值孔径为0.22，光纤出射端距离皮层表面为0mm。

所述的红外神经刺激局灶性地刺激脑皮层，脑皮层上产生激活区域为直径100-500um范围。

磁共振扫描是采用7T-9.4T磁共振仪的高场核磁共振成像。