【核磁共振|当钙成像爱上核磁共振后，结局亮了！科学家开发新型成像技术|开发|结局|信】_

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光学显微镜可以在纳米级别水平观察到神经元的超微结构,但成像区域小，成像速度慢。核磁共振成像技术可以在全脑水平上进行功能成像,但是分辨率较低。要全面了解脑功能，需要具有互补优势的多种成像技术. 但每种成像工具在洞悉大脑功能特定方面都有优势，这就需要根据实验目的进行权衡。
钙离子成像目前广泛应用于神经科学领域的研究，但是它也有一定的局限性：仅限于光学显微镜可触及的大脑组织，若触及太深，需要埋置Grin透镜等辅助成像。而功能核磁共振则不需要考虑组织深度的问题，当钙离子成像遇上功能核磁共振会发生神马？
核磁共振|当钙成像爱上核磁共振后，结局亮了！科学家开发新型成像技术
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在成像领域，不乏成功结合的案例，比如共聚焦显微镜和电镜显微镜联用技术，化学遗传学技术和核磁共振成像联用技术。 2020年11月2日耶鲁大学医学院放射与生物医学成像系Evelyn M. R. Lake、R. Todd Constable联合神经科学系Michael C. Crair团队在Nature Methods杂志上发表文章开发了钙成像和核磁共振成像联用技术，可同时进行二维的钙成像和三维的核磁共振的联合成像，更深入的研究大脑功能。
核磁共振|当钙成像爱上核磁共振后，结局亮了！科学家开发新型成像技术
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解决钙成像装置对核磁成像的干扰：考虑到金属对核磁成像的影响，研究人员在核磁共振成像的模块上装上了钙成像模块，该成像模块所有的金属元件全部被更换为非导电塑料。考虑到磁场对光纤记录系统的干扰，减少钙信号的噪音，将相干光纤激光器与核磁共振放置相邻不同的房间。
解决钙成像和核磁成像区域的一致性：在成像过程中，以皮层区域的血管分布为参照物，以保证钙成像和核磁成像的区域基本保持一致。但在实际成像中，钙离子变化和血氧水平依赖性信号所响应的区域并不是完全重合。因此研究人员将响应区域内的信号变化幅度进行均一化，尽量避免因统计阈值引起差异。
解决钙离子信号和BOLD信号转换：功能核磁共振成像主要依赖于神经元兴奋后局部耗氧与血流振幅的不一致，通过测定血氧水平依赖性（BOLD）信号间接反映神经元活动。而钙成像技术则是直接通过钙离子浓度变化反映神经元活动。将这两种技术联用，需要考虑BOLD信号和钙离子浓度变化之间的转换。研究人员通过卷积函数最优化的将钙离子信号转换为BOLD信号，实现这两者之间最大的关联。
研究人员利用钙离子指示剂工具小鼠发现在低频刺激下（0.009–0.08赫兹），小鼠皮层钙离子活动变化与BOLD信号的一致性最好。此外，钙离子活动变化与BOLD功能连接的关联存在区域的依赖性：钙离子和BOLD连接强度相关性在桶状皮层与同侧半球内的脑区呈正相关关系（同步化），但与对侧半球内的脑区呈负相关。这种区域功能依赖性表明BOLD的连接来自于不同细胞群的协同神经活动。
本文开发出的钙离子和核磁共振联合成像技术在一定程度上解释了BOLD信号的生物学基础。这种高级的联用技术的应用还有待记忆不开发，期待用于更多的研究场景。
【参考文献】
原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41592-020-00984-6
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稿源：(健康界)

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标题：核磁共振|当钙成像爱上核磁共振后，结局亮了！科学家开发新型成像技术

傻大方

核磁共振|当钙成像爱上核磁共振后，结局亮了！科学家开发新型成像技术

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