6.1.1　多模态神经影像的含义

大脑本身就是一个高度活跃的器官，约消耗整个身体能量的20%，脑活动涉及感觉、知觉推断、评估过程、动作规划和执行等多个方面。从结构上，脑功能依赖于不同的细胞类型，这些细胞的分布和彼此之间的连接通过预定的生物学通路进行延展，且受后天经历的影响。现代神经影像学技术从宏观水平探索这些神经过程和结构，揭示健康人和疾病人群认知和行为的神经基础。

狭义上，多模态神经影像主要结合从两种或多种不同影像学设备获取的数据，旨在使用互补的方法加强我们对于脑结构和功能的理解。广义上，多模态神经影像也指将从相同物理设备上获得的数据进行融合（如在脑卒中的研究中，将灌注和弥散加权的MRI图像结合）。

所有影像学技术使用特定的物理原理进行交互。物理相互作用决定了哪些生理过程和（或）结构可以被测量，并且特定方法的信号采集参数决定了各自的时间和空间分辨率。在此我们简要提及不同技术生理交互作用的例子。磁共振成像通过操纵和检测氢核的磁矩探索脑结构和活动。正电子发射断层扫描检测正负电子湮灭过程中的γ射线（放射性标记化合物的放射性β衰变），而光学成像方法包括功能近红外光谱（functional near-infrared spectroscopy，fNIRS），测量神经活动后组织的光散射和吸收特性改变。

狭义上，多模态神经影像描述从不同机器采集的数据的结合。如果进行不同设备的同步采集，就需要开发特定的设备，使得采集到的数据免受模态之间的干扰。例如EEG-fMRI使用EEG设备（脑电帽、放大器等）结合MRI扫描，就需要有另外的设备将二者联合起来。这种新型的设备可以实现从相对简单的布置，如EEG探测器和fNIRS光极放在帽子的何处，到新的复杂技术的创新，以及允许同时进行EEG和MRI采集的电路与放大器，或允许同时采集PET和MRI数据的磁场不敏感光电传感器。在一些组合中如MEG-MRI，两个仪器之间的物理作用限制了数据同时采集的可能性。

广义上，多模态神经影像也包括从同一设备采集得到的非冗余数据的结合（如对比类数据）。在这一方面，MRI便是一个常用的多模态成像工具，它可以操纵组织的磁化状态，因而可以依据电磁脉冲出现时间和时间脉冲波形产生不同的组织对比度。

常使用MRI在同一被试获得T1和T2加权解剖数据、T2*加权功能数据和弥散加权数据。然而，优化的MRI脉冲设计有时可以在同一次采集中结合两个或更多的对比数据。有研究者提出了一个新的称作“MR指纹识别”的MR序列方法，该方法在数据采集过程中伪随机地改变MR序列参数，将从每个体素获得的信号和基于Bloch等式的计算仿真进行比较，通过Bloch等式构建不同组织电磁属性（如T1、T2*、光密度等）的函数。对这些属性的一系列真实值进行仿真，并且和每个体素内测量到的信号进行匹配，可以同时绘制许多定量的MRI对比。

通过注射不同的放射性化合物，PET也可以获得多种对比。然而，这只能进行顺序测量对比，因为不同混合物的β衰减会产生相同能量（约551 keV）的γ射线。光学成像检测不同的对比包括通过使用外源性对比剂、细胞标记以及（或）多种波长。

电生理学记录方法，如EEG和MEG，常包含在广义的多模态神经影像的范畴。该方法常基于数据的非冗余特征，如特定频段的事件相关电位和时间相关（去）同步。需要说明的是，除了无创头皮脑电，还有一种侵入性电生理学技术，如临床上常用于帮助难治性癫痫患者进行癫痫灶定位的颅内EEG（intracranial EEG，iEEG），该技术通过将电极植入脑组织记录潜在生理过程中不同频率的多单元尖峰和局部场电位（local field potential，LFP）。该技术所采集的信号通常受限于很少的记录位点。还有一种侵入性电生理学技术是皮层脑电图检测（intraoperative electrocorticography，ECoG），该技术将一排电极直接覆盖于大脑表面。其因有创性，只能用于动物或特定患者群体，如癫痫患者。

另一项多模态成像相关的技术是光遗传学（optogenetics），该方法使用特定的病毒修改细胞特性（如神经元中的离子通道），使病毒能够使用光进行细胞类型特异性神经成像和操作。广义上，光遗传学可结合fMRI或电生理学技术用于多模态成像。狭义上，光遗传学技术可以使用多种光控的细胞修饰，用于多模态成像。