神经工程学神经工程学 (16).pdf

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1、磁共振技术的发展及应用趋势更高的外加磁场强度图3T(左)与7T(右)MR图像质量比较(采用相同采样率和正交发射体积的射频线圈；7T与3T相比，信噪比提高了近2倍；)磁共振技术的发展及应用趋势3T图像7T图像更高的时空分辨率TR=2.5sTR=0.8sTR=0.4s缩短TR时间以改进脑静息态网络(resting state network，RSN)检测示例图片来源：Uurbil K,Xu J,Auerbach E J,et al.Pushing spatial and temporal resolution for functional and diffusion MRI in the Huma

2、n Connectome ProjectJ.Neuroimage,2013,80:80-104.）磁共振技术的发展及应用趋势更快的成像速度利用同时图像采集加速神经纤维轨迹显示的扩散成像示例图片来源：Feinberg D A,Setsompop K.Ultra-fast MRI of the human brain with simultaneous multi-slice imagingJ.Journal of magnetic resonance,2013,229:90-100.该图引自：S.Ramanna,V.Deshpande,D.Feinberg,SIR-EPI Diffusion I

3、maging for 3-Fold Faster Scan Time to Enable Trade-Offs in Slice Coverage and Gradient Duty Cycle Reduction,ISMRM Annual Meeting,2010,p.1623.）磁共振技术的发展及应用趋势新型结构成像方式DKI:扩散峭度成像DSI:扩散谱成像40岁创伤性脑损伤男性传统的采集方式和扩散峭度成像得到的参数图像对比扩散谱成像大脑的纤维跟踪（图片来源：Foy H J，Runham P，Chapman P.2016.Prefrontal cortex activation and y

4、oung driver behaviour：A fNIRS study.PLoS One，11：e0156512）磁共振技术的发展及应用趋势01动脉自旋标记(ASL)示踪基于ASL-MRI技术的脑认知功能退化疾病早期预诊02fMRI生物反馈法03MR Fingerprinting(MRF)04基于MRI信号的视图解码临床应用磁共振技术的发展及应用趋势世界各国脑计划澳大利亚脑计划2016年2月澳大利亚脑联盟正式成立，该计划主要的路线包括：健康：通过揭示神经精神疾病的脑异常机制发展新的治疗手段；教育：通过编码神经环路和脑网络的认知功能来帮助提高脑力成长；新工业：通过促进工业合作者和脑研究的结合研发

5、新的药物、医疗设备并发展可穿戴技术。美国脑计划2013年4月2日，美国时任总统奥巴马宣布启动“创新性神经技术大脑研究”计划（BRAIN计划），旨在绘制出显示脑细胞和复杂神经回路快速相互作用的脑部动态图像，研究大脑功能和行为的复杂联系，了解大脑对大量信息的记录、处理、应用、存储和检索的过程，改变人类对大脑的认识。最终目的是产生对脑功能障碍的认识，帮助研究人员找到治疗、治愈甚至防止老年痴呆症、创伤性脑损伤等脑部疾病的新方法。欧盟脑计划2013年欧盟推出了由15个欧洲国家参与、预期10年的“人类脑计划”。欧盟人类脑计划的目标是开发信息和通信技术平台，致力于神经信息学、大脑模拟、高性能计算、医学信息学

6、、神经形态的计算和神经机器人研究。侧重于通过超级计算机技术来模拟脑功能，以实现人工智能。日本脑计划2014年由日本科学家发起的神 经 科 学 研 究 计 划（Brain/MINDS）由日本47家研究单位的65个实验室组成，旨在通过融合灵长类模式动物（狨猴）多种神经技术的研究，弥补曾经利用啮齿类动物研究人类神经生理机制的缺陷，并且建立狨猴脑发育以及疾病发生的动物模型。韩国脑计划该计划核心是破译大脑的功能和机制，调节作为决策基础的大脑功能的整合和控制机制。该计划还包括开发用于集成脑成像的新技术和工具。在多个尺度构建大脑图谱；开发用于脑测绘的创新神经技术；加强人工智能相关研发；开发神经系统疾病的个性

7、化医疗。加拿大脑计划目标是改变加拿大的脑研究现状。该计划的三个基本原则：核心脑原则：从复杂系统的角度研究脑的观念，为理解健康人和病人脑提供支持；合作原则：“核心脑”方法强调通过训练和体系来提高合作的重要性；核心社区原则：通过增加资金规模来强化加拿大脑研究社群。中国脑计划中国脑计划制定为15年计划（2016-2030年），前五年与中国“十三五”国民经济和社会发展规划纲要相吻合，将面向世界智能科技前沿和“健康中国2030”的战略需要，发展我国脑科学、类脑技术，从认识脑、保护脑和模拟脑三个方向展开研究，逐步形成以脑认知功能的解析和技术平台为一体，以认知障碍相关重大脑疾病诊治和类脑计算与脑机智能技术为

8、两翼的“一体两翼”研究布局。磁共振技术的发展及应用趋势脑连接组学研究脑连接组(Connectome)人脑连接组学(Human Connectomics)，是众多组学研究中的一个分支，是从整体的角度去研究脑网络或者脑连接组的科学概念。如基因组学(genomics)等。人脑连接组被视为继人类基因组学研究之后面临的最大挑战。磁共振技术的发展及应用趋势脑连接组学研究人脑连接组学研究方向多种的成像检测技术获取更高精度的大脑连接信息（sMRI、fMRI、dMRI、EEG、MEG、fNIRS等）多种尺度网络分析技术揭示大脑的组织运作机制（节点/脑区、连接、全局网络等拓扑分析等）多种外界因素下大脑功能/结构的改变机制（环境因素、遗传因素、年龄、疾病等）磁共振技术的发展及应用趋势MRI前沿应用MRI发展趋势组织中自由水扩散扩散加权成像扩散张量成像本章总结1.扩散磁共振成像（dMRI）2.MRI前沿应用及发展趋势