基于功能磁共振成像扫描的大脑范围内的功能连接性与时间增强的非神经源低频振荡（SLFO）血流信号有关

在神经科学领域，一个核心的问题是大脑的连接如何随着时间的推移重新配置，以支持适应性功能的变化。这种随时间动态变化的神经元变化可以通过功能磁共振成像（fMRI）在人类中测量，通过功能连接性（FC）的估计。FC量化了神经元活动在大脑不同区域间的协调程度，从而反映了神经连接的强度。

精确测量FC及其随时间变化的能力，依赖于基于fMRI的血氧水平依赖（BOLD）信号的可靠性、有效性和特异性——这是量化神经活动的基本输入。这项研究显示，基于fMRI的大脑功能连接性估计在静息态和任务基础的扫描期间以空间异质的速率人为膨胀。这造成了假阳性连接强度变化和大脑连接图的空间扭曲。数据证明，这种伪影是由SLFO血流信号在fMRI扫描中的时间膨胀驱动的，且标准去噪过程无法解决。我们提供的证据显示，SLFO膨胀反映了扫描期间呼吸和心率变化引起的脑血流扰动，尽管这一途径的机制尚不确切。最后，我们证明，在fMRI处理管道中增加一个专门的SLFO去噪过程，可以减轻功能连接性的人为膨胀，提高fMRI发现的有效性和扫描内可靠性。

查收：2023年9月13日 接受：2024年5月3日 在线发表：匿名 更新检查

所写论文来自哈佛大学医学院精神病学部、麦克莱恩医院脑成像中心、美国国家药物滥用研究所神经成像研究部、国家卫生研究院三个部分的科学家合作研究成果，并由Cole Korponay、Amy C. Janes和Blaise B. Frederick共同指导。这篇研究提供了一种方法，用于消除fMRI得出的功能连接性评估中固有的非神经信号增强问题。

1. 研究流程概述： 通过对静息状态和任务基础扫描期间胰岛与纹状体之间的FC进行时间内变化的调查，作者发现，来自个体呼吸和心率变化的血流干扰是导致伪影的原因。进一步的全脑分析证实了这些时间依赖的FC增加是全脑范围内一个结构性的、非任务相关的现象。在复制和独立样本的额外测试中，作者发现这一结论的普适性。

2. 主要研究结果： 研究结果表明，SLFO信号随着扫描时间的延长而在空间上不均匀地增加。该现象存在于所有人类fMRI数据集中，并且与扫描期间个体觉醒水平的减少有关，而这并不总会引起睡眠状态的变化。

3. 研究结论和意义： 研究得出结论，非神经源的SLFO信号是FC和GMS膨胀的直接原因。通过SLFO信号的去除，可以大大减少FC的膨胀现象。通过比较不同去噪管线的效果，证明了Riptide去噪管线对稳定平均大脑范围内FC的能力，完全移除了FC的膨胀。

4. 研究亮点： 这项研究针对的是静息状态fMRI可靠性的评估问题，提出了一个创新的视角，即非神经源的生理性信号时间性的增长。研究中开发的SLFO去噪程序为改善fMRI数据的去噪和动态FC变化的精确测量提供了一个有力的工具。

本研究发表在 “Nature Human Behaviour” 上，由哈佛大学、麦克莱恩医院、国家药物滥用研究所联合进行。研究将为我们理解FC的动态变化以及在静息状态或执行任务时大脑如何协调不同区域的活动提供新的见解。此外，研究成果有助于日后在脑功能组织和疾病研究中，更准确地应用fMRI技术，有望为相关临床诊断和治疗策略的制定提供科学依据。