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基于模型的BOLD fMRI神经动力学分析

杨兰  
【摘要】:近年来,脑的功能成像技术得到了广泛的应用和长足的发展。脑功能成像技术具有自身的特色和优势,可以在生理状态下无创地研究人脑的形态结构和功能活动,也可以从整体水平上研究脑的功能和形态变化。但是,不同研究脑功能的技术各有所长,在脑功能成像的时间分辨率、空间分辨率以及成像参数方面各有优势。研究不同脑功能成像技术结合的前提是找到它们成像的生理机制。但在脑功能成像中应用广泛的功能磁共振成像(fMRI)和功能磁共振谱(MRS)的生理和生化机制至今都没有定量研究。 本论文首先在对脑电生理活动整体分析的基础上,应用生化和血液动力学理论深入研究了一个数学模型。此模型将脑活动中涉及到的离子迁移、能量代谢和血液动力耦合在一起,分析得到相关参数的联系。进一步考虑血液动力模型血流的非线性特性,引入刺激时流入的血流体积对前面的模型进行改进,为进一步了解功能磁共振的生理原理提供了一个很好的借鉴,并为找到电活动与BOLD的直接联系、找到不同脑功能成像方法的结合提供了一个发展方向。模型用MATLAB仿真,分析了在持续刺激和重复刺激下模型涉及功能成像的重要参数的变化曲线。并且比较了与功能磁共振成像(fMRI)相关的BOLD信号和与功能磁共振谱(MRS)相关的各种代谢物质的变化,为两种重要的功能成像技术的结合提供了很好的借鉴。理论计算结果与参考文献实验数据的比较,说明各参数的理论曲线和实验数据是相吻合的。


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