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2019-03-07 READ MORE

2019年伊始,张孝通副研究员课题组在《IEEE Transactions on Biomedical Engineering》与《Physics in Medicine and Biology杂志陆续发表了其在7T磁共振平台开展的最新研究成果,两篇论文的第一作者分别为课题组硕士研究生王品一与博士研究生高阳


发表在《IEEE Transactions on Biomedical Engineering》的研究题“Evaluation of Submillimeter Diffusion Imaging of the Macaque Brain Using Readout-Segmented EPI at 7T”。弥散张量成像是当前一种能有效观察和追踪大脑白质纤维束的非侵入性检查方法主要用于研究人类和非人类灵长类动物大脑内的白质结构通路和结构连接模式。在临床上,毫米级的弥散张量成像广泛应用于检测超早期脑梗死、阿尔兹海默病、癫痫和脑肿瘤等疾病。但是由于扫描时间过长,图像畸变等因素的存在,因而制约了弥散张量成像的亚毫米级成像研究。近年来,超高场(7特斯拉及以上)磁共振系统的迅速发展,为亚毫米级别的大脑弥散张量成像提供了无限可能,亚毫米级图像不仅能更清晰地显示大脑白质纤维束,还能显示神经与邻近组织结构之间的空间关系,但直至目前,无论是在临床还是科研上,尚未有一种亚毫米级弥散张量成像的标准方法出现。本研究在西门子人体用7特斯拉超高场磁共振系统平台上,运用先进的西门子RESOLVE技术,在3只麻醉猕猴大脑上进行弥散张量图像的采集。通过设置RESOLVE序列中不同的扫描参数采集到不同的毫米级的弥散图像,进而通过一些列对图像信噪比和几何畸变程度的评估,得出最优的成像参数,从而寻找一种用于亚毫米级空间分辨率的弥散张量成像的最优扫描方案;同时,本研究利用这套最优扫描方案进行亚毫米级的弥散张量图像采集,获得了高质量的0.8 mm各向同性空间分辨率弥散张量图像数据,且与1mm各向同性空间分辨率弥散张量图像数据比较发现,亚毫米级弥散张量图像可以更好描绘大脑白质纤维束走向和通路结构,证实了超高场条件下亚毫米级空间分辨率弥散张量成像的可行性,为临床高分辨率弥散张量成像提供了有益的技术参考。

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原文链接:https://ieeexplore.ieee.org/document/8641295


发表在《Physics in Medicine and Biology》的研究题“A Surface Loop Array for in vivo Small Animal MRI/fMRI on 7T Human Scanners” 基于动物模型的实验一直在神经科学研究中具有不可替代的作用。由于动物专用磁共振系统一般无法容纳大动物,且在同一台磁共振系统上开展动物和人的神经功能比较研究有助于消除不同系统带来的诸多混淆因素影响,因而在人体用磁共振系统上开展大动物研究有其必要性。但是人体用磁共振系统所装配的梯度性能要远低于动物专用磁共振系统,尤其是梯度切换速率限制了对动物进行高分辨率功能磁共振成像的研究,因而制约了高分辨率小动物功能成像研究。本研究在西门子7特斯拉超高场磁共振平台上,提出了一种结合小尺寸发射线圈和多通道接收线圈的新型磁共振射频线圈设计,利用其小范围信号激励能力缩小成像区域,同时结合多通道接收阵列的并行加速能力,最大程度减小图像编码矩阵的尺寸,同时减轻高分辨率功能成像对梯度线圈的性能要求,使得在人用磁共振系统上开展小动物成像研究成为可能。同时本研究的结果证实了低负载的小尺寸表面接收线圈阵列可以提高功能磁共振成像的时域信噪比,为优化功能磁共振成像信号采集的射频线圈设计开拓了新思路。

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2019-02-22 READ MORE

2019年伊始,张孝通副研究员课题组在《IEEE Transactions on Biomedical Engineering》与《Physics in Medicine and Biology杂志陆续发表了其在7T磁共振平台开展的最新研究成果,两篇论文的第一作者分别为课题组硕士研究生王品一与博士研究生高阳


发表在《IEEE Transactions on Biomedical Engineering》的研究题“Evaluation of Submillimeter Diffusion Imaging of the Macaque Brain Using Readout-Segmented EPI at 7T”。弥散张量成像是当前一种能有效观察和追踪大脑白质纤维束的非侵入性检查方法主要用于研究人类和非人类灵长类动物大脑内的白质结构通路和结构连接模式。在临床上,毫米级的弥散张量成像广泛应用于检测超早期脑梗死、阿尔兹海默病、癫痫和脑肿瘤等疾病。但是由于扫描时间过长,图像畸变等因素的存在,因而制约了弥散张量成像的亚毫米级成像研究。近年来,超高场(7特斯拉及以上)磁共振系统的迅速发展,为亚毫米级别的大脑弥散张量成像提供了无限可能,亚毫米级图像不仅能更清晰地显示大脑白质纤维束,还能显示神经与邻近组织结构之间的空间关系,但直至目前,无论是在临床还是科研上,尚未有一种亚毫米级弥散张量成像的标准方法出现。本研究在西门子人体用7特斯拉超高场磁共振系统平台上,运用先进的西门子RESOLVE技术,在3只麻醉猕猴大脑上进行弥散张量图像的采集。通过设置RESOLVE序列中不同的扫描参数采集到不同的毫米级的弥散图像,进而通过一些列对图像信噪比和几何畸变程度的评估,得出最优的成像参数,从而寻找一种用于亚毫米级空间分辨率的弥散张量成像的最优扫描方案;同时,本研究利用这套最优扫描方案进行亚毫米级的弥散张量图像采集,获得了高质量的0.8 mm各向同性空间分辨率弥散张量图像数据,且与1mm各向同性空间分辨率弥散张量图像数据比较发现,亚毫米级弥散张量图像可以更好描绘大脑白质纤维束走向和通路结构,证实了超高场条件下亚毫米级空间分辨率弥散张量成像的可行性,为临床高分辨率弥散张量成像提供了有益的技术参考。

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原文链接:https://ieeexplore.ieee.org/document/8641295


发表在《Physics in Medicine and Biology》的研究题“A Surface Loop Array for in vivo Small Animal MRI/fMRI on 7T Human Scanners” 基于动物模型的实验一直在神经科学研究中具有不可替代的作用。由于动物专用磁共振系统一般无法容纳大动物,且在同一台磁共振系统上开展动物和人的神经功能比较研究有助于消除不同系统带来的诸多混淆因素影响,因而在人体用磁共振系统上开展大动物研究有其必要性。但是人体用磁共振系统所装配的梯度性能要远低于动物专用磁共振系统,尤其是梯度切换速率限制了对动物进行高分辨率功能磁共振成像的研究,因而制约了高分辨率小动物功能成像研究。本研究在西门子7特斯拉超高场磁共振平台上,提出了一种结合小尺寸发射线圈和多通道接收线圈的新型磁共振射频线圈设计,利用其小范围信号激励能力缩小成像区域,同时结合多通道接收阵列的并行加速能力,最大程度减小图像编码矩阵的尺寸,同时减轻高分辨率功能成像对梯度线圈的性能要求,使得在人用磁共振系统上开展小动物成像研究成为可能。同时本研究的结果证实了低负载的小尺寸表面接收线圈阵列可以提高功能磁共振成像的时域信噪比,为优化功能磁共振成像信号采集的射频线圈设计开拓了新思路。

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2019-02-22 READ MORE
2019-01-16 READ MORE

   2018年7月,浙江大学Toru Takahata课题组在Journal of Comparative Neurology上发表了“Long‐term histological changes in the macaque primary visual cortex and the lateral geniculate nucleus after monocular deprivation produced by early restricted retinal lesions and diffuser induced form deprivation“的文章。


眼优势(OD)可塑性在各种哺乳动物中得到了广泛的研究。虽然单眼眼睑缝合后OD变化明显,但早期眼摘除或注射河豚毒素 (TTX)后OD可塑性较差。因此,视觉皮层中异常的双目信号交互作用可能在OD可塑性的诱导中发挥关键作用。


本研究中,我们检查了猕猴中外侧膝状体核(LGN)和纹状皮层(V1)组织化学变化。在猕猴3周年龄视力发育的关键期,其同一只眼睛经历了两种单眼感官剥夺:一种是黄斑或周边视网膜的激光损伤和一种扩散透镜下的视力剥夺。随后,这些猴子在正常的视觉环境下被饲养了5年。在LGN中,病灶投射区(LPZs)神经元萎缩,GFAP表达显著增加。V1中,虽然LPZ边界未见明显移位,但病变眼的眼优势柱(ODCs)缩小,完整眼的眼优势柱在V1整体上扩张。这种ODC的大小变化在LPZ外的区域和LPZ内靠近边界的区域比LPZ中心的区域更加明显。这些发育变化可能反映出V1在婴儿期早期的异常双眼相互作用。该研究对早期慢性单眼感觉丧失后LGN和V1的变性和可塑性变化提供了可鉴之处。

 

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原文链接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cne.24494

2018-12-14 READ MORE

  2018年7浙江大学Toru Takahata课题组在Journal of Comparative Neurology发表了“Long‐term histological changes in the macaque primary visual cortex and the lateral geniculate nucleus after monocular deprivation produced by early restricted retinal lesions and diffuser induced form deprivation“的文章。


眼优势(OD)可塑性在各种哺乳动物中得到了广泛的研究。虽然单眼眼睑缝合后OD变化明显,但早期眼摘除或注射河豚毒素 (TTX)后OD可塑性较差。因此,视觉皮层中异常的双目信号交互作用可能在OD可塑性的诱导中发挥关键作用。


本研究中,我们检查了猕猴中外侧膝状体核(LGN)和纹状皮层(V1)组织化学变化。在猕猴3周年龄视力发育关键期,同一只眼睛经历了两种单眼感官剥夺:一种是黄斑或周边视网膜的激光损伤和一种扩散透镜下的视力剥夺。随后,这些猴子在正常的视觉环境下被饲养了5年。在LGN中,病灶投射区(LPZs)神经元萎缩,GFAP表达显著增加。V1中,虽然LPZ边界未见明显移位,但病变眼的眼优势柱(ODCs)缩小,完整眼的眼优势柱在V1整体上扩张。这种ODC的大小变化在LPZ外的区域和LPZ内靠近边界的区域比LPZ中心的区域更加明显这些发育变化可能反映出V1在婴儿期早期的异常双眼相互作用。该研究对早期慢性单眼感觉丧失后LGN和V1的变性和可塑性变化提供了可鉴之处。

 

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原文链接: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cne.24494


2018-12-14 READ MORE

Functionally specific optogenetic modulation in primate visual cortex

 

Significance

Primate visual cortex is organized into columns that process different features of a visual scene, such as color, orientation preference, and ocular dominance. Until now, their small size has made it difficult to modulate them directly. Here, we report for the first time that focal targeting of light-sensitive ion channels (channelrhodopsins) in macaques using lentiviral vectors allows one to stimulate functional domains. We show that such targeted stimulation leads to selective activation of anatomically connected neighboring domains with similar function. Such a fine-scale optical stimulation approach is capable of mapping functionally specific domain-based neuronal networks. Its potential for linking such networks to optogenetic modulation of perception and behavior opens doors for developing targeted, domain-based neuroprosthetics.

Abstract

In primates, visual perception is mediated by brain circuits composed of submillimeter nodes linked together in specific networks that process different types of information, such as eye specificity and contour orientation. We hypothesized that optogenetic stimulation targeted to cortical nodes could selectively activate such cortical networks. We used viral transfection methods to confer light sensitivity to neurons in monkey primary visual cortex. Using intrinsic signal optical imaging and single-unit electrophysiology to assess effects of targeted optogenetic stimulation, we found that (i) optogenetic stimulation of single ocular dominance columns (eye-specific nodes) revealed preferential activation of nearby same-eye columns but not opposite-eye columns, and (ii) optogenetic stimulation of single orientation domains increased visual response of matching orientation domains and relatively suppressed nonmatching orientation selectivity. These findings demonstrate that optical stimulation of single nodes leads to modulation of functionally specific cortical networks related to underlying neural architecture.

Link: http://www.pnas.org/content/115/41/10505

2018-10-18 READ MORE

Brain active transmembrane water cycling measured by MR is associated with neuronal activityPDF.BRL.pdf

Ruiliang Bai,Charles S. Springer Jr.,Dietmar Plenz, Peter J. Basser


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浙江大学白瑞良课题组的最新研究成果于2018年9月8号刊登在Magnetic Resonance In Medicine杂志上,文章一经刊登便被NIH官方以及Medicalxpress、Reliawire等杂志报道 https://medicalxpress.com/news/2018-09-neurons-absorb.html;https://reliawire.com/awc-neuronal-activity/https://science.nichd.nih.gov/confluence/display/sqits/Home


该研究揭示了当神经元在整个大脑中传递信息时,神经元会加快吸收并释放水分子,即水分子跨膜交换加快。用成像技术跟踪分析这个水分子运动,将提供一种检测正常大脑活动的有效手段,同时也为研究受伤或疾病如何影响大脑功能提供工具。

功能磁共振成像被广泛用于研究大脑活动。然而,传统的功能磁共振成像方法仅通过血流动力学耦合间接地评估神经元活动, 存在生理机制不明、时空分辨率差等弊端。白瑞良课题组首次提出活跃、稳定的跨膜水循环(active transmembrane water exchange)可以作为一个直接检测神经元活动的潜在功能磁共振成像机制的基础。

神经元之间通过一个被称为放电的过程相互交流, 并伴随着大量的离子交换,例如钾离子和钠离子的跨膜交换。白瑞良课题组在大鼠器官皮质培养物上采用一套磁共振成像与荧光成像双模态成像组合系统来测量跨膜水循环以及神经元活动。该研究发现,当刺激大鼠神经元的细胞培养物使其放电时,钾离子和钠离子的交换带动了进入和离开细胞的水分子数量的增加。这种神经活动伴随的水分子跨膜运输加快现象可作为新型脑功能成像的潜在机制。该方法目前只在神经元的培养物中进行了验证,而额外的研究对于推进这项技术是必要的,从而推动该技术被用来监测活体生物的神经元放电。

白瑞良(CV.Pdf)课题组主要从事超高场磁共振技术方法学研究。一方面利用磁共振技术进行脑组织微结构成像,为脑卒中、脑肿瘤等疾病的诊断及康复治疗提供影像学工具。另一方面,课题组进行新型功能磁共振成像方法学开发,为实现全脑神经元活动的直接检测提供新型的无创磁共振成像工具。2014年至今,课题组共发表15篇高质量论文,包括PNAS, ACS NanoTheranostics在内的权威杂志(平均影响因子>6)。白瑞良博士近期当选国际医学磁共振协会青年会士(ISMRM 2017 Junior Fellow,全球每年大约十人), 摘取海外华人医学磁共振协会青年科学家荣誉,美国国立卫生研究院博士生杰出研究奖,并多次获得ISMRM 年会的最佳论文奖等各种奖项。白瑞良博士从20179月开始担任浙江大学实验室课题组组长


原文链接:https://doi.org/10.1002/mrm.27473

2018-10-18 READ MORE
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