全皮层钙成像联合 fMRI 揭示 fMRI 准周期模式的神经机制

《Communications Biology》：Cortex-wide neuronal dynamics underpin quasi-periodic patterns in resting-state fMRI

　　

摘要

功能性磁共振成像（fMRI）能够无创地捕捉人类和动物的大脑活动波动。除了与特定任务或刺激相关的反应外，fMRI还能测量休息状态下的大规模模式化活动。在这些活动中，准周期模式（QPPs）表现为持续数秒的重复活动波，并具有稳定的时空特征。值得注意的是，某些fMRI-QPPs在不同物种间具有高度一致性，并且在多种神经精神疾病和神经退行性疾病中会发生变化。然而，由于fMRI信号依赖于血氧水平（BOLD）的变化，我们对这些现象的神经机制认知仍然较为有限。尽管局部场电位的同步测量为fMRI-QPPs的神经起源提供了一定的支持，但这类点测量仅限于少数特定部位。在此研究中，我们采用了一种独特的多模态技术——同时进行广域钙离子（WF-Ca²⁺）成像和fMRI检测——以探究fMRI中QPPs的神经基础。研究发现，通过全皮层荧光WF-Ca²⁺成像检测到的神经活动与BOLD-fMRI所记录的QPPs之间存在稳健的时间锁定相关性。这些数据进一步验证了以下假设：BOLD-fMRI中的QPPs源自之前发生的缓慢神经活动，且这种关联具有区域性和时间上的精确性。