不同空间模式下负信号神经-血管耦合特性研究

血液动力学负信号与抑制性神经活动的耦合是fMRI等脑功能成像手段研究抑制性神经活动的生理基础，但有证据表明负信号与抑制性神经活动并不必然耦合，而是否耦合及如何耦合可能与负信号的空间模式有关。本课题采用多光谱内源光学功能成像、微电极阵列、电压敏感染料成像、激光多普勒等多种观测手段在大鼠后肢刺激诱发负信号的模型上对不同空间模式下负信号的神经-血管耦合特性进行研究。重点考察正激活毗邻脑区、刺激异侧非毗邻脑区以及刺激同侧脑区三种空间模式下负信号的神经-血管耦合特性以及三者之间是否存在定性和定量差异。考察是否同时存在多种耦合性质的负信号，是否有"偷血"效应参与负信号的形成过程，确认血液动力学负信号与抑制性神经活动的因果关系。通过本项目的研究，为不同模式负信号的神经-血管耦合特性给出清晰的描述，为大脑功能成像实验结果的正确解释提供生理依据。

本课题以揭示神经活动-血液动力学特性之间的耦合关系为目的，结合使用多光谱内源光学功能成像、微电极阵列、激光多普勒等多种观测手段，在SD大鼠的体感、视觉区，以及猫的初级视皮层上进行了负响应信号相关的深入研究。研究取得了显著进展，获得了多项具有重要意义的科学发现，为神经-血管耦合机制的研究理论提供了新的依据。.1）开发了激光多普勒与局部场电位同步记录技术，利用格兰杰因果分析手段，首次从因果性的角度证明了神经活动对于低频血液动力学振荡信号的驱动性作用，从而有力支撑了低频自发振荡信号的神经学起源理论。.2）结合内源光学功能成像和电生理手段，研究了不同空间位置的抑制型/易化型的视觉神经元的分布特点以及方位选择性的特点。发现抑制型整合野类型的细胞倾向于分布在功能柱图的风车样中心，而异化型神经元倾向于分布在功能柱中心；并且距离风车样中心越近，抑制特性越明显，越远则异化性质越明显。此外还发现，风车样中心的方位选择性要弱于功能柱中心，并且距离风车样中心越近选择性越弱，而功能柱中心的方位选择性最强。.3）开发了基于信号显著度的负响应信号盲源分离方法，有效解决了因为神经成像数据维度过高而经常出现的过拟合问题，极大提高了数据分析方法的稳定性，保证了感兴趣神经信号的高质量检出，为大脑成像数据的后继分析奠定了基础。.4）研究了频率型刺激范式在猫视觉刺激方案设计中的应用，探索了不同参数下频率型刺激范式的效果，同时与旋转型刺激范式进行了比较，结果显示频率型刺激范式表现出较高可信性。.结合课题相关研究工作发表学术论文6篇， 其中4篇SCI收录，文章发表在IEEE Trans. Mecial Imaging, NeuroImage等权威期刊上。项目负责人获得2013年度教育部自然科学奖二等奖1项，排名第五。项目成员参加国际/国内会议8人次。结合课题项目已经毕业博士研究生1名，硕士研究生2名。