7T磁共振實現外膝體功能分層和視皮層功能柱成像

　　利用安裝在中科院生物物理所的我國首臺7T人體磁共振成像系統，研究者成功獲得人腦外側膝狀體的功能分層和視皮層的功能柱成像，表明我國高分辨率人腦功能成像技術又登上一個新的臺階。

　　外側膝狀體（外膝體）是皮層下視覺通路上重要的視覺核團，具有精細的分層結構，不同類型的神經元分離在不同的細胞層中，很適合研究與細胞通路相關的科學問題。通過7T高分辨率功能磁共振成像和針對特定細胞層的視覺刺激，生物物理所腦與認知科學國家重點實驗室的研究人員首次觀測到了人類外側膝狀體的功能分層，實現了在個體水平上準確區分外膝體中來自左右眼和大小細胞層的神經活動。 此前，對外膝體功能的了解僅限于麻醉動物。外膝體分層成像技術可用于研究人腦外膝體與注意等反饋調控相關的神經機制，對研究弱視、青光眼、發展性閱讀障礙以及精神分裂等特定視覺通路相關的神經疾病也有重要意義。

　　人腦外膝體左右眼分層放大圖及三維重建

　　皮層功能柱是大腦皮層基本的結構和功能單元，由數千個具有相似功能的神經元組成垂直皮層表面的柱狀結構，寬度在0.5mm左右。例如在人腦的初級視皮層，單眼神經元聚集在一起形成眼優勢柱， 主要處理來自單眼的視覺信號，左眼和右眼優勢柱在皮層上呈條帶狀交替排列。 利用生物物理所7T超高場磁共振成像系統，通過改良的回波平面成像和穩態自由進動序列，可在亞毫米(0.5~0.8mm)的分辨率下獲得穩定的眼優勢柱功能圖譜，并可以區分不同皮層深度下與前饋和反饋相關的神經活動。此技術可進一步用于探索不同類型的皮層功能柱及相應的視覺信息編碼機制，以及與注意和意識等高級認知功能相關的神經機制。

　　人腦眼優勢柱圖譜以及在皮層深度上的分布

　　7T磁共振成像系統是繼3T之后磁共振家族新的旗艦級機型，其信噪比、分辨率等關鍵指標比當前主流的3T系統有成倍的提高。在亞毫米尺度解析皮層功能柱、皮層亞層以及皮層下核團等精細結構以及功能單元的神經活動，對理解人腦的工作原理、病變機理以及啟發類腦智能有重要價值。 經過數年的技術改造和軟硬件研發，生物物理所的7T系統已發展成與腦磁、腦電等多種手段結合的大型腦成像研究平臺。