我們都知道，在功能磁共振研究中，我們最感興趣的是從血流動(dòng)力變化中觀察到灰質(zhì)也就是神經(jīng)元活動(dòng)是如何表征的，在長(zhǎng)期研究中，將來(lái)自白質(zhì)和腦脊液的信號(hào)作為噪聲以進(jìn)一步使用協(xié)變量方法進(jìn)行處理。但是不關(guān)注不代表其本身不攜帶任何有意義的信息。最近，來(lái)自USA的范德比爾特大學(xué)成像科學(xué)研究所的科研人員在Magnetic Resonance Imaging雜志上對(duì)白質(zhì)信號(hào)中表現(xiàn)出的功能性展開(kāi)了詳細(xì)的描述。

在腦白質(zhì)中可以穩(wěn)定的檢測(cè)到功能磁共振成像(fMRI)信號(hào)，但是在fmri相關(guān)文獻(xiàn)中很大程度忽視這類結(jié)果。他們的本質(zhì)、相關(guān)解釋以及作為腦功能潛在的預(yù)測(cè)因子的相關(guān)說(shuō)明還有待研究，甚至還存在著爭(zhēng)議。近25年以來(lái)，研究者們一直使用fmri的BOLD信號(hào)來(lái)探測(cè)大腦皮層的局部神經(jīng)元活動(dòng)。在大量的研究中可以穩(wěn)定的檢測(cè)到腦灰質(zhì)BOLD信號(hào)，而很少在腦白質(zhì)中報(bào)道這類結(jié)果?？墒?，作者從自身的研究和其他人的研究中可以很清楚的觀察到，雖然腦白質(zhì)中的BOLD信號(hào)是較弱的，但是通過(guò)使用適當(dāng)?shù)臋z測(cè)和分析方法，無(wú)論是在任務(wù)態(tài)的刺激還是在靜息態(tài)下，WM的BOLD信號(hào)都可以穩(wěn)定的被探測(cè)到的。

在靜息態(tài)下的GM（灰質(zhì)）和WM（白質(zhì)）中表現(xiàn)出相似的時(shí)間變化和頻譜特征，并且在相對(duì)低頻(0.01-0.1 Hz)信號(hào)中具有可比性。它們也隨著基線的神經(jīng)活動(dòng)的變化而變化，如不同程度麻醉水平所引起的，以及對(duì)刺激的反應(yīng)而變化。在之前的工作中，作者報(bào)告了靜息態(tài)下WM信號(hào)與相鄰體素呈現(xiàn)出各向異性的時(shí)間相關(guān)性。

基于這些發(fā)現(xiàn)，作者推導(dǎo)出了量化WM的BOLD信號(hào)相關(guān)的功能的各向異性張量值。作者最近的研究表明，刺激會(huì)在部分投射纖維通路上產(chǎn)生明顯的BOLD反應(yīng)，而與任務(wù)相關(guān)的WM的BOLD反應(yīng)會(huì)與刺激的模式同步發(fā)生。WM束也表現(xiàn)出短暫刺激后的瞬態(tài)信號(hào)變化，但與GM的血流動(dòng)力學(xué)響應(yīng)函數(shù)(HRF)有所不同。因此，也有可靠的研究表明WM同時(shí)表現(xiàn)出靜息態(tài)和任務(wù)態(tài)刺激引發(fā)的BOLD信號(hào)，這與GM非常相似(盡管更弱)。其他的一些研究也報(bào)告了可靠的WM激活結(jié)果。通過(guò)使用專門(mén)的任務(wù)態(tài)的或修改后的數(shù)據(jù)分析方法，可以增強(qiáng)WM中BOLD信號(hào)的檢測(cè)。在本文中，作者報(bào)告了他們最近的一些研究結(jié)果，提供了一些證據(jù)表明WM中BOLD信號(hào)與大腦功能活動(dòng)有關(guān)，值得更多的來(lái)自神經(jīng)影像學(xué)界的關(guān)注。

備注：全文7000字左右，推薦閱讀時(shí)間15分鐘，本文基本是探索性討論，閱讀時(shí)保持critical thinking 

背景介紹：

無(wú)論是靜息態(tài)還是任務(wù)態(tài)中，基于BOLD(血氧水平依賴)效應(yīng)的功能性核磁共振成像已被廣泛應(yīng)用于皮層研究中，但在盡管在白質(zhì)(WM)中也發(fā)現(xiàn)了類似的有意義的信號(hào)，但還是更少被人關(guān)注，甚至仍然存在爭(zhēng)議。在本文研究中，作者報(bào)告總結(jié)了一些最近關(guān)于WM的任務(wù)態(tài)和靜息態(tài)研究，結(jié)果表明：

a) 通過(guò)一些適當(dāng)?shù)姆椒?，可穩(wěn)定的探測(cè)到WM中的MRI信號(hào)

b) 與皮層的BOLD信號(hào)相似，但是程度更弱且潛伏時(shí)間更長(zhǎng)

c) 受相連的灰質(zhì)調(diào)控。

從這些結(jié)果中，并結(jié)合其他的研究報(bào)告，提供了強(qiáng)有力的證據(jù)表明，WM中的BOLD信號(hào)值得更多的關(guān)注進(jìn)而來(lái)理解大腦的功能結(jié)構(gòu)，并且在目前的功能研究分析中需要適當(dāng)?shù)目紤]WM的存在。

基于當(dāng)前已有的研究結(jié)果，已存在足夠的理由去懷疑在WM中BOLD效應(yīng)的可探測(cè)性和重要性。比如說(shuō)，WM的血流量大概只有GM的1/4，而WM能量需求是低于灰質(zhì)的，因此，在這里并不清楚的是WM的BOLD在刺激后是否會(huì)出現(xiàn)如預(yù)期一樣的反應(yīng)?？紤]到在既往25余年fmri研究的成功應(yīng)用，確實(shí)很少文獻(xiàn)說(shuō)明WM的出現(xiàn)陽(yáng)性的結(jié)果。然而，根據(jù)作者的經(jīng)驗(yàn)，WM中出現(xiàn)BOLD信號(hào)是經(jīng)常不被報(bào)道的，或者是通過(guò)調(diào)整閾值或團(tuán)塊大小進(jìn)而減少所謂的“假陽(yáng)性”結(jié)果。甚至，可能會(huì)在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中有意的將WM信號(hào)當(dāng)做協(xié)變量進(jìn)行回歸去除。值得注意的是，雖然WM的血流量比GM少很多，但是它們的氧攝取分?jǐn)?shù)（氧攝取分?jǐn)?shù) (oxygen extraction fraction, )：反應(yīng)氧需求，靜息狀態(tài)下，腦組織OEF反應(yīng)神經(jīng)元活動(dòng)的基本水平，可作為腦功能狀態(tài)首要指標(biāo)，對(duì)于腦組織基礎(chǔ)水平功能狀態(tài)的理解至關(guān)重要，是fMRI基于血氧動(dòng)力學(xué)成像的關(guān)鍵）具有可比性。另外，WM的神經(jīng)膠質(zhì)與神經(jīng)元之比明顯高于GM，所以他們的能量需求不僅僅作用于信息傳播所需要的動(dòng)作電位。最近的一份報(bào)告認(rèn)為，WM中能量的主要用途是維持少突膠質(zhì)細(xì)胞正常運(yùn)作所需的膜電位。  

實(shí)驗(yàn)證明，通過(guò)誘導(dǎo)血管舒張和降低血液中脫氧血紅蛋白水平可在白質(zhì)中產(chǎn)生BOLD效應(yīng)。例如，圖1顯示了容許性高碳酸血癥（指在治療呼吸系統(tǒng)疾病如支氣管哮喘時(shí)允許CO2在一定范圍內(nèi)升高，以避免大潮氣量、過(guò)度通氣引起的肺損傷。指在治療呼吸系統(tǒng)疾病如支氣管哮喘時(shí)允許CO2在一定范圍內(nèi)升高，有利于低氧血癥的糾正）對(duì)人類機(jī)體的影響，結(jié)果表明WM的BOLD信號(hào)強(qiáng)度大約是GM的54%，并且需要更長(zhǎng)的時(shí)間達(dá)到峰值。由此可以推斷，與GM相似，含氧血灌注的增加將改變WM的BOLD信號(hào)。此外，在靜息態(tài)下，在低頻范圍0.01-0.1 Hz可明顯的探測(cè)到WM中BOLD信號(hào)，該特征也被用于皮層的功能連接中。

Fig 1  3 T掃描中，正常人的GM（左）和WM（右）對(duì)高碳酸血癥激發(fā)的BOLD反應(yīng)。WM的作用低于GM，并且需要更長(zhǎng)的時(shí)間。

從圖2可以看出，WM中低頻帶的分?jǐn)?shù)隨回波時(shí)間的變化而變化，并且與GM具有相當(dāng)?shù)目杀刃?，這表明它們具有相似的生理起源和（潛在）意義。特別是在最近幾年，有幾份文章表明，在任務(wù)態(tài)下出現(xiàn)某些WM腦區(qū)的激活。

Fig 2. GM(紅色)和WM(藍(lán)色)信號(hào)中，低頻段BOLD信號(hào)波動(dòng)的部分隨回波時(shí)間變化而變化。

圖3的結(jié)果顯示出WM中BOLD效果的主流視圖示例。作者通過(guò)顯示與左側(cè)Broca區(qū)域高度相關(guān)的體素，從而顯示了在靜息態(tài)下與語(yǔ)言表達(dá)相關(guān)的腦區(qū)。其中，如預(yù)期一致，右側(cè)額下回是該環(huán)路的一部分。但是該文章中未解釋清楚的是，與種子點(diǎn)高度相關(guān)腦區(qū)還包括位于胼胝體中呈新月形分布的體素區(qū)域（這是白質(zhì)區(qū)域的）。靜息態(tài)下的白質(zhì)功能連通性容易被忽視，因?yàn)檫@樣的發(fā)現(xiàn)通常是不會(huì)被考慮的，而相比而言，皮層才是主要會(huì)被納入討論的區(qū)域。通過(guò)對(duì)大量其他的研究進(jìn)行仔細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)結(jié)果中存在通過(guò)閾值后的WM陽(yáng)性結(jié)果，而這些體素都是被原作者所忽略的（這種情況是一直出現(xiàn)在相關(guān)文獻(xiàn)中的，基本上大家都不對(duì)白質(zhì)區(qū)域出現(xiàn)的結(jié)果進(jìn)行解釋，甚至是不愿意看到白質(zhì)部分出現(xiàn)結(jié)果的，常規(guī)的操作是使用基于灰質(zhì)概率的mask來(lái)“過(guò)濾”白質(zhì)上可能存在的結(jié)果，現(xiàn)在看來(lái)，我們可能忽略了一些重要的信息）。

Fig 3. 靜息態(tài)MRI中，基于左側(cè)Broca區(qū)域作為種子點(diǎn)識(shí)別出與語(yǔ)言相關(guān)腦區(qū)。

2. WM中靜息態(tài)的相關(guān)性

Ding等人在2013年提出了一些具有挑戰(zhàn)性觀點(diǎn)，他們的研究領(lǐng)域是關(guān)于GM和WM在靜息態(tài)下的低頻振幅和其他特征。圖4的結(jié)果顯示的是來(lái)自2個(gè)被試中以WM為種子點(diǎn)呈現(xiàn)出時(shí)間序列相關(guān)性的腦圖。結(jié)果顯示，與其他的大部分WM或GM體素相比而言，當(dāng)以左側(cè)視放射為種子點(diǎn)時(shí)，雙側(cè)大腦半球的視放射區(qū)域呈現(xiàn)出更高的時(shí)間序列相關(guān)性。同時(shí)，當(dāng)以右側(cè)胼胝體為種子點(diǎn)時(shí)，同樣也與其他絕大部分白質(zhì)相比，雙側(cè)的胼胝體區(qū)域呈現(xiàn)出更高度的時(shí)間序列相關(guān)性。這些高相關(guān)性的腦區(qū)似乎可以延伸到很長(zhǎng)的距離，但都僅限于特定的結(jié)構(gòu)，這意味著只有這些相同的結(jié)構(gòu)中存在同步的時(shí)間變化。Marussich和Peer等人也報(bào)道了類似的發(fā)現(xiàn)，他們分別使用獨(dú)立成分分析(ICA)和K-means聚類的方法對(duì)WM的同質(zhì)性成分進(jìn)行分離。而這些成分顯示出了相似的白質(zhì)纖維的空間分布。這樣的結(jié)果表明WM纖維束提供了結(jié)構(gòu)的連通性，因此在靜息態(tài)下也可能會(huì)呈現(xiàn)出同步的BOLD活動(dòng)。利用這些發(fā)現(xiàn)，Jiang等觀察到了在精分病人中，特定的白質(zhì)成分中存在低頻自發(fā)振蕩振幅的減低。

Fig 4 左圖以左側(cè)視放射為種子點(diǎn)，右圖以胼胝體為種子點(diǎn)（2名健康被試）。

Ding等人還計(jì)算了相鄰WM體素之間信號(hào)的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)它們是具有可測(cè)量的各向異性特征。對(duì)于3×3×3體積中心的體素，有26個(gè)最近的鄰居，因此在靜止?fàn)顟B(tài)下有26個(gè)方向的相關(guān)系數(shù)。WM中的這些值是不相等的，但它們可能適合當(dāng)做是3×3張量，就如DTI中不同的梯度方向。靜息態(tài)下BOLD信號(hào)的函數(shù)相關(guān)張量(FCT)可用類似于DTI張量的方式處理。例如，使用它們的主特征值定義主方向，而類似的各向異性分?jǐn)?shù)(FA)就很容易得到。Wang等人觀察到，感覺(jué)運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)中沿WM纖維束的靜息態(tài)相關(guān)性的平均FA與卒中患者的臨床評(píng)分顯著相關(guān)。而Chen等人將FCT擴(kuò)展為動(dòng)態(tài)FCT（dFCT）。其衍生出來(lái)的定量指標(biāo)，即動(dòng)態(tài)FA，被證明是可有效的識(shí)別輕度認(rèn)知障礙（MCI）。一般來(lái)說(shuō)，FCT定義的纖維束遵循DTI定義的纖維束。圖5顯示了單個(gè)腦切片的DTI和FCT之間的比較比較結(jié)果，而圖6顯示了胼胝體和扣帶回中的單個(gè)體素的定向橢球體。

盡管FCTs似乎與DTI數(shù)據(jù)一致，但它們也有一些局限性。僅使用最近鄰體素，使得FCTs對(duì)噪聲很敏感。此外，相鄰的體素比對(duì)角的體素具有更高的相關(guān)性，從而導(dǎo)致了方向的偏差。

圖5. 第一行是在沒(méi)有任何擴(kuò)散加權(quán)的情況下獲得的，只使用了在四個(gè)不同TEs的靜息態(tài)波動(dòng)-泛函相關(guān)張量中的相關(guān)性。下面一行顯示了由M0和R2*圖像、擴(kuò)散張量和FA映射構(gòu)造的功能相關(guān)張量。

Fig 6  胼胝體的膝部和壓部以及扣帶回中的時(shí)間功能相關(guān)性張量（FCT）和擴(kuò)散張量。左圖為T1，左列的方框區(qū)域中的FCT和同一區(qū)域中的擴(kuò)散張量。 FCT形成的通路與擴(kuò)散張量（紅色箭頭）顯示的通路基本一致。

3. WM中任務(wù)態(tài)下的BOLD激活

由于缺乏可靠的任務(wù)態(tài)下WM的BOLD研究表明，常規(guī)用于GM的功能分析方法可能不適合WM。因此，作者對(duì)分析方法進(jìn)行了修改，用以提高WM中BOLD信號(hào)變化的檢測(cè)率。首先，在常規(guī)的BOLD數(shù)據(jù)分析中，通常要確定感興趣的體積或體素簇的MRI信號(hào)求平均，以使信噪比（SNR）最大化。通常，體素簇是在任務(wù)態(tài)中以變化最大的球形或立方體積呈現(xiàn)。各向同性的平滑可使SNR增加。在GM中，這樣的操作可能是合適的，但在WM中，我們改為對(duì)從彌散張量圖像分割出的單個(gè)WM的MRI信號(hào)進(jìn)行調(diào)整。

任何聚類的假設(shè)都是在一個(gè)聚類組中對(duì)刺激表現(xiàn)出共同的反應(yīng)，作者假設(shè)每個(gè)WM區(qū)域包含100或1000多個(gè)具有相同功能的體素。可以通過(guò)分割高分辨率DTI圖像獲得WM片段，如圖7所示，皮層區(qū)域和相關(guān)WM腦區(qū)的BOLD均顯示出明顯的周期性響應(yīng)，與刺激的調(diào)制（對(duì)手掌的簡(jiǎn)單刺激）平行。

Fig 7 在灰質(zhì)的S1腦區(qū)中，與連接丘腦和S1相連的WM纖維束的 BOLD信號(hào)的時(shí)間變化（12個(gè)HC）。紅色：任務(wù)態(tài)刺激block設(shè)計(jì)示意圖。藍(lán)色：BOLD響應(yīng)。

第二種基本方法是基于對(duì)WM血流動(dòng)力學(xué)變化可能比皮層反應(yīng)滯后且需要更長(zhǎng)的時(shí)間的觀察，因此，用于分析fMRI數(shù)據(jù)的通用線性模型可能不合適WM。對(duì)于一個(gè)周期性的任務(wù)設(shè)計(jì)，與其假設(shè)這樣一個(gè)函數(shù)，不如從邏輯上假設(shè)BOLD響應(yīng)在基本任務(wù)頻率上具有很強(qiáng)的周期性，而與其他組件無(wú)關(guān)。對(duì)時(shí)變信號(hào)進(jìn)行簡(jiǎn)單的傅里葉變換，就可以得到基于信號(hào)幅值的響應(yīng)激活圖。圖8和圖9顯示了BOLD信號(hào)及其傅里葉頻譜的時(shí)間序列，以及在簡(jiǎn)單的交替視覺(jué)刺激下，在基本頻率上顯示出明顯白質(zhì)分布的體素圖。

圖8 時(shí)間序列的BOLD信號(hào)(頂部和中間行)及其傅里葉變化(底部行)呈現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的交替視覺(jué)刺激。

Fig 9 在簡(jiǎn)單的交替視覺(jué)刺激下，WM和GM中BOLD信號(hào)在刺激頻率處的幅度分布。MSF的閾值為0.4 MMSF，適用于WM和GM。

4. WM的血流動(dòng)力學(xué)響應(yīng)

事件相關(guān)設(shè)計(jì)是另一類重要的功能磁共振成像實(shí)驗(yàn)，其中HRF在其中起著核心作用。HRF原則上可以從適當(dāng)?shù)氖录嚓P(guān)研究中獲得。Li等人的研究是識(shí)別與Stroop單詞-顏色干擾任務(wù)的事件相關(guān)的腦活動(dòng)區(qū)域。Stroop相關(guān)激活腦區(qū)包括7個(gè)主要區(qū)域——前扣帶回、島葉、額下和額中區(qū)域和頂葉腦區(qū)。如圖10所示。從DTI中追蹤到與7個(gè)激活的GM區(qū)域相關(guān)的WM區(qū)域，如圖10所示，并且然后分析了這些WM區(qū)在每一個(gè)事件相關(guān)trail下的BOLD波形。雖然有幾個(gè)區(qū)域顯示出連續(xù)增加到一個(gè)單峰，類似于GM反應(yīng)，但其他區(qū)域顯示出明顯的雙相波形，具有明顯的負(fù)下降，隨后出現(xiàn)正峰值。

在皮層中，BOLD的下降很難被可靠地檢測(cè)，盡管假定在動(dòng)脈血液增加之前，由于氧的使用增加而引起脫氧血紅蛋白的暫時(shí)增加（但是這個(gè)時(shí)間是很短暫的，fMRI的低采樣率很難探測(cè)到這個(gè)過(guò)程）。在WM中,血管越小、血流越慢的地方，似乎就會(huì)出現(xiàn)更大的下降，而在整個(gè)纖維束上HRF是可變的。WM的HRF與大多數(shù)功能磁共振成像研究所假設(shè)HRF之間的差異研究解釋了在許多先前的研究中發(fā)現(xiàn)的WM激活缺乏敏感性。

Fig 10. 左上角:用標(biāo)準(zhǔn)GLM檢測(cè)Stroop試驗(yàn)事件相關(guān)激活的皮層區(qū)域。上中圖:使用DTI在ROIs激活圖中追蹤與之相關(guān)的纖維束。右上角:20名受試者的7個(gè)灰質(zhì)區(qū)域的矩陣，兩兩腦區(qū)之間所識(shí)別出來(lái)的WM纖維束(顏色)。下圖:在20個(gè)受試者中的4個(gè)WM區(qū)域中多個(gè)時(shí)間段的BOLD信號(hào)平均時(shí)間。紅線表示適合雙變量函數(shù)，對(duì)照WM區(qū)域無(wú)明顯變化，反應(yīng)平緩。

5. WM的BOLD與神經(jīng)元活動(dòng)的關(guān)系

有證據(jù)表明，任務(wù)態(tài)和靜息態(tài)下的WM中可以檢測(cè)到BOLD信號(hào)。隨之而來(lái)的問(wèn)題是，與GM相比，靜息態(tài)下的WM信號(hào)是否與大腦中的神經(jīng)活動(dòng)或信息處理有關(guān)。以下的這個(gè)研究提供了證據(jù)，被麻醉的猴子大腦中WM靜息態(tài)的信號(hào)隨麻醉程度的變化而變化，且與來(lái)自大腦皮層的BOLD信號(hào)的變化相同。Wu等人的研究是在麻醉的松鼠猴中發(fā)現(xiàn)，WM中BOLD信號(hào)波動(dòng)分?jǐn)?shù)(0.01-0.08 Hz)是GM的60%-75%之間，在當(dāng)異氟醚的含量從0.5%增加到1.25%時(shí)，GM和WM的低頻震蕩以非常相似的方式下降。此外，功能張量分?jǐn)?shù)各向異性值在WM中的分布明顯高于GM，而功能張量特征值隨著麻醉劑量的增加而減小。這些結(jié)果表明，隨著麻醉水平的變化，WM信號(hào)波動(dòng)的表現(xiàn)與GM相似，同時(shí)WM的功能張量也受到影響。

Wu等人研究了靜息態(tài)下WM區(qū)BOLD信號(hào)與已知的參與特定運(yùn)動(dòng)或感覺(jué)反應(yīng)的GM之間的相關(guān)性，證明了GM的活動(dòng)與WM區(qū)之間的關(guān)系。例如，一組受試者進(jìn)行常規(guī)的任務(wù)態(tài)激活研究，通過(guò)受試者手指輕敲來(lái)識(shí)別GM初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)區(qū)域。然后，用DTI來(lái)識(shí)別這些區(qū)域和丘腦之間的WM纖維束。隨后做全腦的靜息態(tài)連接。Wu等人隨后檢測(cè)了GM運(yùn)動(dòng)皮層區(qū)與WM丘腦-皮質(zhì)束之間的靜息狀態(tài)相關(guān)性值，并將其與其他所有的WM區(qū)域之間的相關(guān)性進(jìn)行比較。結(jié)果表明，與其他WM區(qū)域相比，GM運(yùn)動(dòng)皮層區(qū)與丘腦-皮質(zhì)WM束之間的相關(guān)性要大得多，它們隨任務(wù)需求的增加而增加，與對(duì)側(cè)相比，其相關(guān)性也要大得多。這些結(jié)果與WM的BOLD信號(hào)與“驅(qū)動(dòng)”皮層活動(dòng)相關(guān)的假設(shè)是一致的，它們?cè)陟o息態(tài)和任務(wù)態(tài)刺激期間都與皮層活動(dòng)相關(guān)。

6. WM的BOLD信號(hào)隨與任務(wù)態(tài)下GM的BOLD信號(hào)增加而增加

進(jìn)一步的證據(jù)表明，WM的BOLD信號(hào)反映神經(jīng)活動(dòng)。任務(wù)態(tài)下GM的BOLD信號(hào)增加時(shí)，WM的BOLD信號(hào)也隨之相應(yīng)的升高。圖11顯示了一項(xiàng)初步研究的結(jié)果，該研究使用（20s 一個(gè)block)一個(gè)閃爍棋盤(pán)格的簡(jiǎn)單視覺(jué)刺激獲取圖像。棋盤(pán)的閃爍頻率從2Hz增加到14Hz不等。

既往的類似研究表明，主要的視覺(jué)區(qū)域呈現(xiàn)出一個(gè)漸變的BOLD反應(yīng)，且通常在8Hz左右達(dá)到峰值。圖11的結(jié)果顯示了通過(guò)進(jìn)行傅里葉變換，得到GM和WM的fmri信號(hào)在block上的平均幅度變化，以及在GM和WM區(qū)信號(hào)隨閃爍頻率的變化。很明顯的是，WM的反應(yīng)遵循了GM神經(jīng)元對(duì)閃爍頻率的敏感性，這與WM信號(hào)與GM的耦合是一致的。需要強(qiáng)調(diào)的是，這種對(duì)應(yīng)關(guān)系不太可能是由GM的血流作用引起的，因?yàn)槠べ|(zhì)血流主要發(fā)生在向外，而WM靜脈則向內(nèi)引流，它們之間沒(méi)有血管相通。

Fig 11  BOLD信號(hào)隨閃爍頻率的變化。左上角顯示了視覺(jué)皮層對(duì)閃爍的棋盤(pán)(12名被試)的BOLD反應(yīng)。右上角顯示WM和GM在不同block頻率下的信號(hào)變化。下圖表示不同頻率下WM中信號(hào)變化的相對(duì)時(shí)間序列。

7. 功能連接矩陣

    進(jìn)一步的研究需要驗(yàn)證WM束是否直接與大腦皮層區(qū)域的神經(jīng)元活動(dòng)相關(guān)這個(gè)假設(shè)。Ding等人分析了一組健康被試的3T掃描所得的靜息態(tài)BOLD數(shù)據(jù)和DTI數(shù)據(jù)。然后，他們尋找特定的GM體積及分割出來(lái)的WM區(qū)域之間的相關(guān)性。所得的圖像均配準(zhǔn)到MNI空間。使用Johs Hopkin圖譜分割出48個(gè)WM腦區(qū)，使用PickAtlas工具分割出84個(gè)BA GM腦區(qū)。然后計(jì)算每個(gè)WM與GM之間的Pearson相關(guān)性，進(jìn)而得到一個(gè)功能相關(guān)矩陣。

   圖12顯示了48個(gè)WM區(qū)和84個(gè)GM區(qū)中BOLD信號(hào)在靜息態(tài)下的平均時(shí)間相關(guān)性，矩陣中每個(gè)值表示12個(gè)被試中所對(duì)應(yīng)的WM與GM之間的平均相關(guān)系數(shù)值。很明顯，該相關(guān)系數(shù)的變化不是隨機(jī)的，而是以橫條紋的形式表現(xiàn)出來(lái)的，這表明某些WM束與GM總體上表現(xiàn)出更大的時(shí)間序列相關(guān)性。部分WM束與GM區(qū)域之間也存在負(fù)相關(guān)。最值得注意的是，左側(cè)tapetum白質(zhì)與大多數(shù)GM區(qū)域呈顯著的負(fù)相關(guān)(平均CC < -0.3)。水平條紋的模式表明，在大腦處于靜息態(tài)下，部分WM和GM存在同步的BOLD反應(yīng)。

Fig 12 在12HC被試中，WM束(垂直軸)和GM區(qū)域(水平軸)BOLD信號(hào)的平均時(shí)間相關(guān)矩陣。

Ding等人進(jìn)一步分析了172例3T靜息態(tài)fMRI數(shù)據(jù)。GM區(qū)域取自于預(yù)處理所得的ROI，包括68個(gè)腦溝和腦回。同時(shí)，WM區(qū)來(lái)自JHU ICBM-DTI-81 WM圖譜，包括48個(gè)WM腦區(qū)。靜息態(tài)fMRI信號(hào)為每個(gè)GM和WM區(qū)之間的平均時(shí)間序列信號(hào)值 (圖13)。這些數(shù)據(jù)重現(xiàn)了早期的、樣本量較小的研究結(jié)果，并強(qiáng)烈建議對(duì)不同組之間的功能相關(guān)矩陣進(jìn)行比較是有意義的。例如，假設(shè)GM-WM相關(guān)模式在大腦發(fā)育或退化過(guò)程中會(huì)發(fā)生改變是合理的，這可能為描述不同疾病的大腦功能變化提供一種新的方式。Ji等人報(bào)道了一個(gè)相似的研究，通過(guò)WM的兩兩ROI相關(guān)建立了一個(gè)功能網(wǎng)絡(luò)，并得出了與帕金森病患者功能障礙相關(guān)的拓?fù)鋵傩缘慕Y(jié)果。

Fig 13 在172名年輕人中，48個(gè)WM束(縱軸)與68個(gè)皮層區(qū)域(橫軸)的相關(guān)性矩陣。

總結(jié)：

1.  以上研究結(jié)果強(qiáng)烈提示WM在任務(wù)態(tài)和靜息態(tài)的信號(hào)是反映WM和/或鄰近皮質(zhì)區(qū)神經(jīng)活動(dòng)相關(guān)的血流動(dòng)力學(xué)變化的BOLD效應(yīng)。在靜息態(tài)下，WM信號(hào)的波動(dòng)與GM信號(hào)的波動(dòng)類似，隨著麻醉劑量的增加和基線神經(jīng)元活動(dòng)的減少而減少。與GM區(qū)相比，WM區(qū)對(duì)刺激的血流動(dòng)力學(xué)反應(yīng)更小、更慢。在block或事件相關(guān)研究中使用常規(guī)方法檢測(cè)WM的活動(dòng)是不敏感的，部分可能原因是由于使用了不合適的ROI以及不合適的HRF。

2.  WM體素在靜息態(tài)下的相關(guān)性是可檢測(cè)的、具有各向異性的，且可以用3×3張量或其他方法來(lái)描述。功能相關(guān)張量表示白質(zhì)內(nèi)的功能連接，它類似于DTI提供的結(jié)構(gòu)連接，但不需要使用擴(kuò)散梯度即可獲得。來(lái)自特定WM的信號(hào)與它們所連接的皮層區(qū)域的信號(hào)相關(guān)性最強(qiáng)，并且這些相關(guān)性在任務(wù)態(tài)中隨程度的不斷增強(qiáng)而改變。功能相關(guān)矩陣可以構(gòu)建成一個(gè)完整的大腦矩陣，它將不同WM束中的靜息態(tài)的信號(hào)與特定的GM皮層體積相聯(lián)系起來(lái)。

3.   眾所周知，大腦具有層次性的，從單個(gè)神經(jīng)元到整體、列和層、環(huán)路、模塊和系統(tǒng)。不同類型的功能產(chǎn)生于這些不同層次的結(jié)構(gòu)，因此，理解結(jié)構(gòu)和功能是如何聯(lián)系和整合的，可能會(huì)對(duì)大腦如何運(yùn)作提供更深入的了解。WM中這些BOLD變化的確切生物-物理基礎(chǔ)目前還不清楚。WM中的BOLD信號(hào)可能代表對(duì)WM固有信號(hào)的反映，或者它們可能是由皮層血管變化的物理耦合引起的。此外，對(duì)WM相關(guān)性的解釋并不明確。然而，盡管功能磁共振成像技術(shù)已經(jīng)被人們接受并廣泛使用了25年，類似的GM的BOLD的思考仍然是有意義的。

       雖然有證據(jù)表明BOLD的誘發(fā)反應(yīng)通常對(duì)應(yīng)于神經(jīng)元活動(dòng)的增加（如電生理學(xué)可探測(cè)到），然而不是所有BOLD的變化信號(hào)很容易與相應(yīng)的電信號(hào)穩(wěn)定的相關(guān)聯(lián)，反之亦然，但是他們的定量關(guān)系在神經(jīng)傳遞和新陳代謝水平仍然缺乏關(guān)注。關(guān)于從BOLD相關(guān)性得出的功能連通性的解釋，以及在靜息態(tài)下如何反映神經(jīng)回路中的活動(dòng)，仍然存在一些不確定性。雖然對(duì)這些潛在現(xiàn)象的進(jìn)一步研究是值得的，但由于類似的不確定性而忽略了WM信號(hào)的潛在價(jià)值，而接受關(guān)于GM BOLD信號(hào)起源和意義，似乎是違背科學(xué)事實(shí)的。從以上的證據(jù)來(lái)看，WM中BOLD的信號(hào)應(yīng)該得到神經(jīng)影像學(xué)界的更大關(guān)注。

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