白質(zhì)是神經(jīng)元軸突組成的纖維束，通過(guò)傳遞動(dòng)作電位實(shí)現(xiàn)腦區(qū)間的信息傳遞。非侵入式檢測(cè)白質(zhì)的功能活動(dòng)對(duì)于探討人腦的信息交互至關(guān)重要。雖然白質(zhì)的血氧(BOLD)信號(hào)微弱，但仍能夠通過(guò)超高場(chǎng)功能核磁共振成像(fMRI)技術(shù)進(jìn)行檢測(cè)。目前白質(zhì)的BOLD fMRI信號(hào)與神經(jīng)活動(dòng)的關(guān)聯(lián)存在較大爭(zhēng)議，且缺乏對(duì)白質(zhì)精細(xì)功能圖譜的描繪。通過(guò)群體感受野模型(pRF)對(duì)人腦連接組計(jì)劃(HCP)的7T高分辨率fMRI數(shù)據(jù)集進(jìn)行分析，中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所張朋課題組與中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)合作揭示了視覺(jué)白質(zhì)纖維束視放射(OR)和垂直枕束(VOF)的視野功能圖譜。該研究為白質(zhì)fMRI信號(hào)與神經(jīng)活動(dòng)的關(guān)聯(lián)提供了直接證據(jù)，證明了7T高分辨率fMRI能夠用于研究白質(zhì)纖維束的精細(xì)功能圖譜。

視放射(OR)連接視覺(jué)丘腦外膝體(LGN)和初級(jí)視覺(jué)皮層(V1)，而垂直枕束(VOF)連接腹側(cè)(hV4/VO)和背側(cè)視皮層(V3A/V3B)。pRF模型對(duì)7T白質(zhì)fMRI信號(hào)的分析揭示了OR和VOF表征對(duì)側(cè)視野的功能圖譜。在纖維束的橫切面上，OR的背側(cè)、中間和腹側(cè)部分分別表征下視野、中央視野和上視野，與OR的解剖結(jié)構(gòu)和纖維束追蹤的結(jié)果高度一致;而VOF的背側(cè)和腹側(cè)部分表現(xiàn)出反轉(zhuǎn)的視野圖譜，與連接的背側(cè)和腹側(cè)視覺(jué)皮層的視野圖譜相匹配。另外，白質(zhì)纖維束還表現(xiàn)出與所連接的灰質(zhì)區(qū)域類(lèi)似的視野編碼特性，包括中央視野偏好以及感受野大小隨離心度增加等。相較于灰質(zhì)區(qū)域，視覺(jué)白質(zhì)的血液動(dòng)力學(xué)響應(yīng)函數(shù)(HRF)更慢更寬。視覺(jué)白質(zhì)的視野圖譜能夠在群體水平數(shù)據(jù)上獲得，也能夠在個(gè)體水平數(shù)據(jù)上清晰觀察到。

上述研究為白質(zhì)BOLD fMRI信號(hào)與軸突內(nèi)神經(jīng)活動(dòng)的關(guān)聯(lián)提供了直接證據(jù)，證明了7T高分辨率fMRI能夠用于研究白質(zhì)纖維束精細(xì)的功能圖譜和反應(yīng)特性。視覺(jué)白質(zhì)7T fMRI高分辨率功能成像為探究白質(zhì)相關(guān)的神經(jīng)機(jī)制以及青光眼、黃斑變性、偏盲、弱視與精神分裂癥等視覺(jué)和大腦疾病導(dǎo)致的白質(zhì)功能異常提供了重要工具。

近日，相關(guān)研究成果發(fā)表在NeuroImage上。研究工作得到科技創(chuàng)新2030重大項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院的支持。

視放射(OR)和垂直枕束(VOF)的視野功能圖譜(Wang et al., 2023)