射频电导率揭示了人类早期大脑发育的一个独特维度

《Scientific Reports》：Radiofrequency electrical conductivity reveals a distinct dimension of early human brain development

　　

摘要

定量MRI主要通过检测水分子的运动性来研究人类大脑的早期发育情况，而未能探究成熟组织的其他生物物理特性。本研究表明，除了水分含量外，射频电导率还能反映离子组成、膜密度以及细胞外结构等信息，而且可以从传统MRI扫描的数据中反推出这些信息，并且能够大规模处理。这一发现为了解大脑组织的早期成熟状态提供了新的视角。通过对888次新生儿MRI检查数据（784名受试者，胎龄26至45周）以及婴儿期和儿童期的数据进行分析，我们发现整个大脑的导电性在围产期会急剧下降，而在调整了平均扩散率和脑室体积后，这一指标仍与年龄存在关联，这表明它代表了一种独立的发育信号，不能仅用组织中的水分含量来解释。早产儿在相当于足月年龄时的导电性较高，尤其是在深部灰质中更为明显。而在患有缺氧缺血性脑病的新生儿中（n?=?25），同一脑区的导电性升高，而平均扩散率却降低，这一差异表明这两种测量指标反映了组织对损伤反应的不同机制。这些研究结果表明，射频电导率为研究围产期大脑的成熟过程及其在受到损伤时的变化提供了新的生物物理视角，使得定量MRI的应用范围超越了单纯检测水分子运动性的局限。