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基于磁共振成像的视觉专家大脑局部功能与结构可塑性研究

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第一章 绪论

1.1引言

1.2大脑可塑性研究进展

1.3基于磁共振成像的大脑可塑性研究

1.4视觉专家特点

1.5本文的研究内容及组织框架

第二章 磁共振成像技术

2.1 磁共振成像发展简介

2.2 功能磁共振成像原理

2.3 结构磁共振成像原理

2.4 本章小结

第三章 基于ALFF的视觉专家大脑局部功能研究

3.1 引言

3.2 低频振幅方法

3.3 实验材料和方法

3.4 实验结果和讨论

3.5 本章小结

第四章 基于VBM的视觉专家大脑灰质可塑性研究

4.1 引言

4.2 基于体素的形态学分析方法

4.3 实验材料和方法

4.4 结果和讨论

4.5 本章小结

第五章 总结和展望

5.1 本文总结

5.2 展望

参考文献

致谢

作者简介

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摘要

大脑是人类行为的源头，可以在生理、经验、环境等因素影响下发生可塑性变化，这一特性正是人类学习的神经基础。近年来，随着磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI）技术的出现和成熟，研究者能在系统水平对大脑的可塑性变化及其机制进行精细的在体研究。
　　专家（experts）是人类学习机制研究的鲁棒对象群体，专家技能（expertise）被视为学习的高级状态受到了学术界的重视。世界各国的多个研究组分别根据本国特点提出了极具特色的研究模型来研究从运动学习、知觉学习到认知学习过程中的重要问题，例如：英国的研究组利用出租车司机模型研究海马在空间导航中的作用，德国的研究组利用音乐家模型研究知觉-运动学习机制，美国的研究组利用冥想大师模型研究高级认知能力的学习机制。
　　视觉识别是人类的基本能力，对生存有着重要意义，同时也有着重要的社交意义。因此，人类视觉识别能力背后的神经机制一直是神经科学研究的重点，而学术界往往采用专家模型研究行为背后的神经机制。医学影像检查在疾病的预判、诊断及治疗中起到了举足轻重的作用，影像医师与医学影像检查密不可分，且对医学影像检查起着决定性作用。2010年北美放射学会的研究结果表明：影像医师视觉目标识别能力是后续有效诊疗的基础。面对医学影像图片，影像医师首先通过视觉筛查检出病灶区，随后对其进行诊断、治疗。因此，本文借助磁共振成像技术，围绕影像医师专家模型展开研究，被试由视觉专家组（21名影像实习医生）和对照组（21名非视觉专家）组成，针对功能磁共振成像数据和结构磁共振成像数据，利用低频振荡幅度分析（amplitude of low frequency fluctuation, ALFF）和基于体素的形态学分析(voxel based morphometry, VBM)方法探求视觉专家技能对大脑造成的可塑性影响。具体研究如下：
　　研究一：“基于ALFF的视觉专家大脑局部功能研究”。低频振荡幅度被广泛用于表征大脑基线活动水平。我们的研究发现：视觉专家组被试在右侧梭状回（fusiform gyrus, FG）和左侧眶额叶皮层（orbitofrontal cortex, OFC）两个区域的ALFF值明显大于对照组被试，说明视觉专家在这两个区域的活动增强。已有研究证实OFC完成视觉信息的快速整合加工处理，FG主要负责视觉信息全局处理。该研究表明：自顶向下和自下而上的视觉过程参与了视觉识别，具体表现为这两个过程涉及的核心脑区的基线活动水平提高。
　　研究二：“基于 VBM的视觉专家大脑灰质研究”。VBM被广泛用于大脑灰质体积的定量分析。我们的分析结果表明：视觉专家左侧初级视觉皮层（primary visual cortex, V1）的灰质体积显著性地高于对照组，导致这一变化的因素较多，既有特异性因素（神经细胞的变化等），也有非特异性因素（如血管数目形态的变化等），具体原因需要在后续的试验中进一步验证。

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