功能性超声波 (fUS) 检测轻微的大脑变化使用正规相关性分析和动态功能连接分析

科学领域:

• 神经成像
• 系统神经科学
• 生物医学工程

背景情况:

• 功能性超声波 (fUS) 通过检测大脑血液体积的变化来显示大脑活动.
• 使用fUS的功能连接 (FC) 分析可以揭示大脑网络的变化,为神经发育障碍生物标志物提供潜力.
• fUS-FC受限于对非神经信号源的敏感性,如运动和心脏脉动,阻碍检测微妙的大脑变化.

研究的目的:

• 开发和验证使用正规相关性分析 (CCA) 的新型预处理方法,以提高fUS-FC数据的信号噪声比.
• 在小鼠模型中应用这种增强的fUS-FC分析来描述轻度周围炎症对大脑连接性的影响.
• 证明CCA预处理优于其他方法,如fUS数据的全球信号回归.

主要方法:

• 开发一个预处理管道,将fUS数据的正规相关性分析 (CCA) 与动态功能连接 (dFC) 分析结合起来.
• 用CCA增强的dFC方法应用于轻度周围炎症的小鼠模型.
• 将CCA预处理与全球信号回归 (GSR) 和其他技术进行比较.

主要成果:

• 通过CCA预处理成功地将噪声与fUS-FC信号脱,从而能够更清楚地描述大脑活动.
• 患有周围炎症的小鼠表现出改变的FC状态,大脑主要区域 (皮质,海马体,丘脑,小脑) 之间的高FC减少.
• 炎症模型小鼠显示受限连接状态 (皮质内或腹腔通路) 的患病率增加,与GSR无法辨认的差异.

结论:

• CCA预处理显著提高了fUS-FC分析的灵敏度和特异性,特别是用于检测微妙的网络变化.
• 开发的方法强大且适用于各种fUS成像场景,包括清醒和麻醉的动物,以及不同的发育阶段.
• 这种方法有望识别神经发育障碍的神经成像生物标志物,并且可以适应其他神经成像模式.