5.3.1　概述

血氧水平依赖（blood oxygenation level dependent，BOLD）fMRI技术，因具有实时、无创、空间和时间分辨率较高等优点，成为采集静息态脑影像数据的重要研究方法。按图像采集时是否执行特定任务，功能磁共振成像又可分为任务态fMRI和静息态fMRI。

任务态fMRI记录被试在执行特定认知任务时诱发的大脑激活模式。通过设计实验任务，利用功能磁共振成像技术研究脑功能具有重要意义。在认知实验中，被试完成涉及视觉、听觉、运动、学习、记忆等功能的认知任务，这些任务能够诱发大脑内某些特定区域的神经活动。

静息态时的自发神经活动对理解脑功能同样具有重要意义。GLM（generalized linear model，广义线性模型）局限于对控制变量效应的估计，对已知刺激之外的自发BOLD信号的波动则无法解释。研究发现自发BOLD信号可以解释一部分在任务之上的BOLD信号的波动，并认为任务引起的和自发的BOLD信号的波动在人脑上是线性叠加的。使用fMRI任务激活范式在很多目标指向性任务条件下都可以发现，后扣带回（posterior cingulate cortex）、楔前叶、下顶叶、内侧前额叶等脑区总是表现出任务非特异性的活动减低，而相比任务状态，在被动注视或静息状态下这些脑区却表现得更加活跃。更多研究表明，静息态下自发的脑神经活动或许与巩固记忆、预测未来、保持警觉等功能有关。另外，静息态fMRI扫描一般持续数分钟，只要求被试安静地躺在扫描仪里，无须执行任何特定任务，无须复杂精细的实验设计，故而容易操作和控制，被试容易配合，便于开展多中心、大样本的研究，更适合临床研究和应用，这是静息态fMRI脑成像的优点。目前，静息态fMRI已经被用于多种神经精神疾病如儿童注意缺陷多动障碍（attention deficit／hyperactivity disorder，ADHD）、阿尔茨海默病等的研究。

功能图像数据分析分为三个阶段（图5.17）。首先是预处理，数据预处理可以有效抑制噪声，提高信噪比，尽可能排除或避免对反映认知任务的血氧反应信号产生干扰作用的其他因素。对于任务态fMRI，第二步是激活区检测，在此阶段检测出与任务相关的激活体素。在磁共振成像实验后可得到被试的功能像和结构像。利用功能像数据计算得出各个体素的统计量，用伪彩色在结构像上表示，得到统计参数图。不同的激活区检测方法、不同的统计量，形成不同的统计参数图。第三步是对激活脑区或感兴趣区进行定量分析，包括时间曲线变化情况，以及定量度量各激活区的时间或空间相互关系。对于静息态fMRI数据，第二步是一些参数的计算，基于预处理后的脑图像，根据不同的研究目的，我们可以计算低频振荡振幅（amplitude of low frequency fluctuations，ALFF）、局部一致性（regional homogeneity，ReHo）等指标，最后对上述指标进行组水平的统计分析，得到统计参数图。

图5.17　fMRI数据分析步骤

注：fMRI：功能性磁共振成像。