猕猴全脑亚毫米级扩散磁共振成像数据集MADI@700：推动活体神经连接图谱研究的新标准

针对非人灵长类（NHP）活体扩散磁共振成像（dMRI）缺乏标准化高分辨率数据集的难题，法国波尔多大学联合加拿大舍布鲁克大学团队利用临床3T MRI技术，首次发布包含9只猕猴全脑的亚毫米级（0.7mm各向同性分辨率）dMRI数据集MADI@700。该数据集整合T1/T2加权解剖图像（0.5mm）及纤维取向分布函数（fODF）等量化指标，通过定制化3D EPI序列突破信噪比限制，并生成标准化脑模板。其高质量束路追踪（tractography）能力成功重建胼胝体（CC）、前连合（AC）等白质纤维束，为跨物种脑连接组研究及神经调控技术提供关键基础设施。

　　

论文解读

研究背景与意义

大脑微观结构与连接图谱的解析是神经科学的核心挑战。扩散磁共振成像（dMRI）通过检测水分子扩散方向，成为活体追踪白质纤维束的核心技术。但在非人灵长类（NHP）尤其是猕猴研究中，实现亚毫米分辨率对精准束路追踪至关重要——猕猴脑容量仅为人类的1/10，标准毫米级分辨率无法精确解析精细纤维通路。然而，现有活体数据集存在三大瓶颈：依赖超高场强设备（>9T）、缺乏标准化处理流程、公开数据稀缺。这严重阻碍了跨实验室的神经环路比较研究与神经调控技术（如深脑刺激）的开发验证。

为此，由法国波尔多大学（Univ. Bordeaux, CNRS）、加拿大舍布鲁克大学（Université de Sherbrooke）等机构组成的研究团队，利用临床普及的3T MRI设备，首次构建高分辨率猕猴全脑dMRI数据集MADI@700，旨在为神经科学界提供可复制的活体研究新标准。

关键技术方法

研究团队对9只食蟹猴（Macaca fascicularis，5雄4雌，3-23岁）开展两项扫描：

1. 扩散成像：采用定制化3D自旋回波分段EPI序列（DW-3D-SE-EPI），实现0.7mm各向同性分辨率（无插值），b值=1000 s/mm²的32个扩散方向，扫描时长2小时36分钟；

2. 解剖成像：T1加权（MPRAGE序列）与T2加权（SPACE序列）图像达0.5mm分辨率，用于配准与组织分割。

   数据处理使用开源流程versaFlow（https://github.com/AlexVCaron/versaFlow），涵盖噪声过滤、运动校正、扩散张量（DTI）与纤维取向分布函数（fODF）计算，并生成群体水平脑模板。

研究结果

1. 数据质量验证

通过定量指标确认数据可靠性：

• 运动控制：平均绝对平移<0.12mm，旋转<5.6×10^-4度（Eddy校正）

• 信噪比：b0图像SNR>4.17，T1对比噪声比(CNR)>0.73

• 技术稳定性：方差图谱显示9个个体数据在模板空间高度一致

2. 多模态数据产出

数据集包含：

• 原始数据：dMRI、T1/T2加权图像

• 处理指标：分数各向异性(FA)、轴向/径向扩散系数(DT-AD/DT-RD)、表观纤维密度(fODF-AFD)

• 模板资源：基于ANTs多模态配准生成的9个体平均脑模板

3. 束路追踪验证

基于全脑概率性追踪（SCILpy工具箱），成功提取关键白质束：

• 胼胝体(CC)：按脑叶分区（额叶、顶叶、枕叶、颞叶），纤维数量与形态学参数匹配已知拓扑结构（如额叶CC体积最大：3656.5±1026.0 mm³）

• 前连合(AC)：连接双侧颞叶的紧凑纤维束，平均长度61.0±5.0mm

• 锥体束(PyT)：涵盖皮质脊髓束(CST)与皮质延髓束(CBT)，双侧结构对称性高（左侧伸长率17.2±3.2 vs 右侧18.6±6.6）

结论与意义

MADI@700数据集通过三大突破填补领域空白：

1. 技术可及性：基于临床3T设备与商用线圈实现亚毫米dMRI，规避对超高场强（9.4T以上）的依赖；

2. 标准化流程：开源处理管道versaFlow整合多图谱配准（INIA19、D99、SARM），支持跨研究中心数据比对；

3. 资源开放共享：数据遵循BIDS标准发布于EBRAINS（DOI: 10.25493/XGXR-BRD）与PRIME-DE平台，脉冲序列开源供西门子用户复用。

该数据集首次提供活体猕猴全脑亚毫米扩散成像标准化方案，不仅为神经环路演化、跨物种脑连接比较提供关键基础，更将加速神经调控技术（如个性化深脑刺激靶点规划）的临床转化。未来可通过纳入更多个体扩展数