盡管患者頭部結(jié)構(gòu)存在不確定性 但新方法仍能映射大腦活動(dòng)

Skoltech 研究人員提出了一種解釋大腦活動(dòng)數(shù)據(jù)的方法，在 MRI 數(shù)據(jù)包含偽影或只有低分辨率頭部模型可用的情況下，該方法被證明比傳統(tǒng)使用的技術(shù)準(zhǔn)確率高達(dá)五倍。在IEEE Transactions on Medical Imaging 上報(bào)道，這些發(fā)現(xiàn)可用于治療耐藥性癲癇和理解健康大腦的認(rèn)知過(guò)程，包括它如何對(duì)視覺(jué)刺激做出反應(yīng)并記錄新單詞。

繪制大腦活動(dòng)圖是確定大腦的哪些部分參與特定認(rèn)知任務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)方法——例如，接收用手指戳貓的感覺(jué)輸入——或涉及病理過(guò)程，如癲癇發(fā)作或睡眠障礙。大腦活動(dòng)通常用腦電圖或腦磁圖記錄，分別縮寫(xiě)為 EEG 和 MEG。第一種技術(shù)涉及在頭皮表面放置電極陣列以測(cè)量局部電位。第二種方法使用傳感器來(lái)記錄磁場(chǎng)而不是電位，但這兩種方法都是檢測(cè)和定位大腦中電流的代理。

“腦電圖已經(jīng)存在了大約 100 年，并且對(duì)某些類(lèi)型的神經(jīng)活動(dòng)進(jìn)行了很好的研究，”該研究的主要作者、Skoltech 的高級(jí)研究科學(xué)家 Nikolay Yavich 解釋說(shuō)。“例如，對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)生來(lái)說(shuō)，通過(guò)閱讀原始腦電圖數(shù)據(jù)來(lái)研究睡眠障礙是相當(dāng)容易的。其他情況更難。為了查明導(dǎo)致癲癇發(fā)作的患者大腦中的精確熱點(diǎn)，EEG 或 MEG 數(shù)據(jù)與高分辨率 MRI 掃描相結(jié)合，該掃描對(duì)患者的頭部進(jìn)行建模，并使用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)算法進(jìn)行處理。只要問(wèn)題區(qū)域被準(zhǔn)確定位，就可以在不損傷周?chē)M織的情況下進(jìn)行手術(shù)，以在藥物不起作用時(shí)幫助癲癇患者。”

然而，與大腦活動(dòng)圖結(jié)合使用的 MRI 掃描并不總是完美的。它們經(jīng)常被噪聲和其他圖像偽影破壞。這導(dǎo)致圖像分割不準(zhǔn)確。據(jù)參與該研究的 Skoltech 研究人員稱(chēng)，他們的技術(shù)對(duì)此類(lèi)數(shù)據(jù)缺陷的敏感度要低得多。

“我們發(fā)現(xiàn)，在對(duì)低分辨率頭部模型進(jìn)行神經(jīng)活動(dòng)建模時(shí)，我們的方法比傳統(tǒng)方法準(zhǔn)確率高出五倍。雖然它也需要更高的計(jì)算負(fù)載，但好處似乎證明了它的應(yīng)用是合理的，”Yavich 評(píng)論道。

這意味著該方法可以幫助認(rèn)知科學(xué)家、神經(jīng)學(xué)家和腦外科醫(yī)生使用不太完美的數(shù)據(jù)來(lái)了解癲癇、注意力缺陷障礙和自閉癥等疾病的神經(jīng)學(xué)基礎(chǔ)，以及涉及記憶、感官的健康認(rèn)知過(guò)程。感知、運(yùn)動(dòng)等。

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