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众脑之力:通过开放神经影像数据和大规模协作催化神经精神疾病的创新发现

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Science Bulletin 2024年第10期69卷 1536-1555页

作者：鲁彬陈骁 Francisco Xavier Castellanos Paul M.Thompson 左西年臧玉峰严超赣 CAS Key Laboratory of Behavioral Science Institute of PsychologyBeijing 100101China Department of Psychology University of Chinese Academy of SciencesBeijing 100101China Department of Child and Adolescent Psychiatry NYU Grossman School of MedicineNew York 10016USA d Nathan Kline Institute for Psychiatric Research Orangeburg 10962USA Imaging Genetics Center Mark&Mary Stevens Institute for Neuroimaging&InformaticsKeck School of MedicineUniversity of Southern CaliforniaLos Angeles 90033USA Developmental Population Neuroscience Research Center IDG/McGovern Institute for Brain ResearchBeijing Normal UniversityBeijing 100875China National Basic Science Data Center Beijing 100190China Centre for Cognition and Brain Disorders The Affiliated Hospital of Hangzhou Normal UniversityHangzhou 310004China Institute of Psychological Science Hangzhou Normal UniversityHangzhou 310030China Zhejiang Key Laboratory for Research in Assessment of Cognitive Impairment Hangzhou 311121China International Big-Data Center for Depression Research Institute of PsychologyChinese Academy of SciencesBeijing 100101China Magnetic Resonance Imaging Research Center Institute of PsychologyChinese Academy of SciencesBeijing 100101China

Recent advances in open neuroimaging data are enhancing our comprehension of neuropsychiatric disorders.By pooling images from various cohorts,statistical power has increased,enabling the detection of subtle abnormalities and robust associations,and fostering new research methods.Global collaborations in imaging have furthered our knowledge of the neurobiological foundations of brain disorders and aided in imaging-based prediction for more targeted treatment.Large-scale magnetic resonance imaging initiatives are driving innovation in analytics and supporting generalizable psychiatric studies.We also emphasize the significant role of big data in understanding neural mechanisms and in the early identification and precise treatment of neuropsychiatric disorders.However,challenges such as data harmonization across different sites,privacy protection,and effective data sharing must be addressed.With proper governance and open science practices,we conclude with a projection of how large-scale imaging resources and collaborations could revolutionize diagnosis,treatment selection,and outcome prediction,contributing to optimal brain health.

关键词： Magnetic resonance imaging Neuropsychiatric disorders Big data Open science Artificial intelligence

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你好,情绪脑精灵

光明少年 2023年第7期 28-30页

作者：严超赣

如果晚上临睡前有人问你：“回想一下,今天你有过哪些情绪？”可能你会回答：“开心、生气、兴奋、害怕、紧张、悲伤……”我们为什么会有各种情绪呢？那是因为在我们的身体里有一些特殊的小精灵。在动画电影《头脑特工队》中,有五个“...

如果晚上临睡前有人问你：“回想一下,今天你有过哪些情绪？”可能你会回答：“开心、生气、兴奋、害怕、紧张、悲伤……”我们为什么会有各种情绪呢？那是因为在我们的身体里有一些特殊的小精灵。在动画电影《头脑特工队》中,有五个“情绪脑精灵”,它们分别是黄色乐乐、蓝色忧忧、红色怒怒、绿色厌厌和紫色怕怕。电影的主人公莱莉原本每天都很开心,直到有一天,

关键词：

DPABISurf:基于皮层的脑影像数据分析工具包

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Science Bulletin 2021年第24期66卷 2453-2455页

作者：严超赣王鑫迪鲁彬 CAS Key Laboratory of Behavioral Science Institute of PsychologyBeijing 100101China Department of Psychology University of Chinese Academy of SciencesBeijing 100101China International Big-Data Center for Depression Research Institute of PsychologyChinese Academy of SciencesBeijing 100101China Magnetic Resonance Imaging Research Center Institute of PsychologyChinese Academy of SciencesBeijing 100101China McGill Centre for Integrative Neuroscience Montreal Neurological InstituteMcGill UniversityMontréal H3A 2B4Canada Beijing Intelligent Brain Cloud Inc.Beijing 100036China

Functional magnetic resonance imaging(fMRI)is a prevalent technology in brain research of cognition,emotion,development,and brain disorders.The traditional fMRI analysis is based on volume-based preprocessing pipelines and algorithms,which means that the brain MRI data is to be registered to a 3-dimensional(3D)coordinate[1].However,the relatively low spatial resolution of fMRI may lead to partial-volume-effect(e.g.,a 3D region may contain signals from grey matter,white matter and even cerebrospinal fluid).Given the human brain function is organized in a brain surface mesh manner,therefore,a growing number of studies conducted surface-based preprocessing pipelines and algorithms.Surface-based methods reconstructed the brain grey matter into 2-dimensional cortical surface which better represent the curving structure of the brain.Surface-based method is superior to volume-based method on brain registration,signal–noise ratio and reproducibility of algorithms[2].Specifically,the traditional volume-based approach was reported with a spatial localization that is only 35%of the best surface-based method[2].

关键词：脑影像 coordinate registered

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大数据时代的静息态功能磁共振成像

中华精神科杂志 2018年第4期51卷 224-227页

作者：严超赣中国科学院心理研究所行为科学重点实验室磁共振成像研究中心

脑功能成像是对大脑神经功能活动进行测量的技术,其中,fMRI技术由于其安全无创、兼具较高的空间/时间分辨率以及设备得到广泛普及等特点,在临床研究中被寄予厚望,期待能够找到临床实践中可用的疾病影像学生物标记物。fMRI技术又分任务态... 详细信息

脑功能成像是对大脑神经功能活动进行测量的技术,其中,fMRI技术由于其安全无创、兼具较高的空间/时间分辨率以及设备得到广泛普及等特点,在临床研究中被寄予厚望,期待能够找到临床实践中可用的疾病影像学生物标记物。fMRI技术又分任务态fMRI技术和静息态fMRI技术。在临床应用上,任务态fMRI目前在术前功能区定位方面取得了一定的成功。然而,由于任务态fMRI需要比较复杂的实验设计,需要患者能够非常主动的配合,对于MRI兼容反应刺激仪也有较高要求,在某种程度上限制了其使用。而静息态fMRI只需要被试者在MRI扫描仪中安静平躺5~10min,具有设计简单、便于积累大数据、临床易实施、患者易配合等独特优势,因而成为fMRI技术在临床诊疗应用研究中的一大热点。

关键词：疾病诊疗应用

静息态fMRI在帕金森病基线脑活动变化中的初步研究

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临床放射学杂志 2009年第8期28卷 1069-1072页

作者：龙玉刘波雒晓东严超赣刘岘李宁娜陈志光陈俊广州中医药大学第二附属医院(广东省中医院)放射科 510120 广州中医药大学第二附属医院(广东省中医院)神经科 510120 北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室

目的探讨静息态功能磁共振成像(fMRI)低频振幅(ALFF)方法评价帕金森病(Parkinson’s disease,PD)基线脑活动变化。资料与方法利用1.5TMRI系统对PD患者和年龄匹配正常对照组各16例分别进行静息态fMRI。静息态fMRI原始数据采用统计参数图... 详细信息

目的探讨静息态功能磁共振成像(fMRI)低频振幅(ALFF)方法评价帕金森病(Parkinson’s disease,PD)基线脑活动变化。资料与方法利用1.5TMRI系统对PD患者和年龄匹配正常对照组各16例分别进行静息态fMRI。静息态fMRI原始数据采用统计参数图软件(SPM5)预处理和静息态磁共振数据分析工具包(REST)进行ALFF分析,采用SPM5进行t检验统计分析,并用XjView软件确定有统计学意义的脑区解剖位置及MRIcroN软件结果呈现。结果在静息状态下,相对正常对照组,PD患者以下脑区ALFF增高有统计学意义,这些脑区包括左侧中央后回(BA5)、左侧顶上小叶(BA7)、左侧顶下小叶、左侧楔前叶和左侧额上回;右侧枕叶舌回(BA18);双侧小脑后叶。结论PD患者静息态下左侧脑默认网络及感觉运动皮质等区域ALFF较对照组明显增高,可能代表了与病情程度及治疗有关的特定病理改变。

关键词：静息态功能磁共振成像低频振幅帕金森病

脑功能动态模式稳定性在不同网络和状态间的差异

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脑功能动态模式稳定性在不同网络和状态间的差异

采用分水岭分割方法获取功能磁共振激活图感兴趣区

第二十二届全国心理学学术会议

作者：李乐鲁彬严超赣中国科学院心理研究所

大脑以分布式的神经连接对信息形成稳定的表征,是其有效运转的关键。虽然脑功能组织模式是动态变化的,但仍呈现出一定程度的稳定性,即脑功能连接模式在多个时刻之间具有相似性。虽然已有许多针对脑动态性特征的研究,但目前对脑动态功能... 详细信息

大脑以分布式的神经连接对信息形成稳定的表征,是其有效运转的关键。虽然脑功能组织模式是动态变化的,但仍呈现出一定程度的稳定性,即脑功能连接模式在多个时刻之间具有相似性。虽然已有许多针对脑动态性特征的研究,但目前对脑动态功能稳定性的研究非常有限,对于各脑网络的稳定性分布模式仍不清楚。本研究拟通过测量全脑动态功能连接的前后一致性,描绘出体素水平的脑功能稳定性。我们首先采用一组从公开数据库获取的、具有重复测量的静息态fMRI数据,比较不同脑区、特别是高级联合脑区和单模态脑区的功能稳定性差异,并检验脑动态功能稳定性指标的可靠性。研究结果显示,在静息态下高级联合脑区呈现高稳定性,尤其是位于默认网络的脑区,而初级感觉运动脑区则呈现相对较低稳定性。功能稳定性在不同脑区和脑网络之间的差异在同一组被试前后两次测量间是一致的,反应了这一指标具有良好的可重复性。在建立了脑功能稳定性的具有可重复性的测量方法之后,我们进一步从公开数据库获取两组fMRI数据,一组作为发现组,另一组作为验证组,这两组数据采集了被试在观看电影时和静息态下的脑活动图像。我们通过观影状态和静息态的比较,考察脑功能稳定性如何受到自然情境任务的调节,并重点关注视觉联合皮层与视觉初级皮层的差异。对发现组的分析结果显示,相比于静息态,初级视觉皮层的功能稳定性在观看电影时降低了;相反,视觉加工通路的高级联合脑区的功能稳定性在观看电影时升高了。验证组的分析也发现了观影状态和静息态之间类似的脑功能稳定性差异,说明了这一结果具有良好的可重复性。本研究对脑功能稳定性的分布模式及受任务调节模式的可重复发现,从动态角度为大脑的稳定性特征提供了证据支持,并有望为发展心理状态检查和疾病诊断的神经标志物提供参考。

关键词：脑功能稳定性高级联合脑区静息态观看电影动态功能连接

来源： cnki会议评论

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cnki会议

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中国医学影像技术 2008年第9期24卷 1476-1479页

作者：孔维丹朱朝喆邹启红左西年严超赣臧玉峰中国科学院自动化研究所模式识别国家重点实验室北京100080 北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室北京100875

目的为功能磁共振中的功能连接研究提供一种更为合适的感兴趣区(ROI)获取方法。方法20名正常被试者完成视觉任务扫描,对视觉任务组水平激活图利用分水岭算法进行功能分割。结果分水岭方法可得到单峰的、空间上互相独立的激活区。结论分... 详细信息

目的为功能磁共振中的功能连接研究提供一种更为合适的感兴趣区(ROI)获取方法。方法20名正常被试者完成视觉任务扫描,对视觉任务组水平激活图利用分水岭算法进行功能分割。结果分水岭方法可得到单峰的、空间上互相独立的激活区。结论分水岭方法可以将较大的、有多个激活峰值的功能团块分割为空间上相互独立的单峰脑区,克服了单纯采用激活程度阈值来产生ROI的方法之缺点,为下一步的功能连接分析提供了一种选择ROI的方法。

关键词：磁共振成像感兴趣区分水岭算法功能分割

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静息态功能磁共振评价针刺足三里穴后效应

中国医学影像技术 2009年第3期25卷 373-376页

作者：龙玉刘波刘岘严超赣陈志光陈俊尚小静莫伟钊广州中医药大学第二附属医院、广东省中医院放射科广东广州510120 北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室北京100875

目的研究针刺足三里穴后引起静息态脑功能活动的时间变化规律,探讨针刺后效应。方法对17名健康志愿者,采集针刺双侧足三里穴拔针后的第10、25、45和60min的静息态功能磁共振数据,利用REST软件计算低频振幅(ALFF),然后用SPM5与针刺前相... 详细信息

目的研究针刺足三里穴后引起静息态脑功能活动的时间变化规律,探讨针刺后效应。方法对17名健康志愿者,采集针刺双侧足三里穴拔针后的第10、25、45和60min的静息态功能磁共振数据,利用REST软件计算低频振幅(ALFF),然后用SPM5与针刺前相应数据进行配对t检验,得到拔针后上述4个时间点相对于针刺前脑区ALFF的变化及其趋势。结果针刺足三里穴拔针后引起了脑部ALFF变化,拔针后第10和第25minALFF显著增高脑区数量最多,主要包括双侧枕叶、双侧颞中回、左侧楔前叶、左侧顶下小叶、左侧中央后回、左侧小脑后叶、右侧扣带前回及右侧扣带后回等;拔针后第45和第60minALFF显著增高脑区逐渐减少,主要包括双侧枕叶、左侧楔前叶、左侧顶下小叶、左侧顶上小叶及右侧扣带后回等。结论针刺后效应对静息态脑网络活动产生显著影响,拔针后第10和25min为针刺后效应重要时间点。

关键词：静息态磁共振成像低频振幅足三里后效应

轻度阿尔茨海默病患者静息态脑默认活动网络的fMRI研究

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中华神经医学杂志 2012年第6期11卷 609-612页

作者：席芊赵小虎王培军郭起浩江虹曹歆轶贺永严超赣同济大学附属同济医院医学影像科上海200065 复旦大学附属华山医院神经内科上海200041 北京师范大学认知神经与学习国家重点实验室北京100089

目的采用静息态功能磁共^（fMRD技术，探讨轻度阿尔茨海默病（AD）患者的脑默认活动网络（DMN）是否存在异常及其可能的神经机制。方法以复旦大学附属华山医院和同济大学附属同济医院神经内科门诊自2009年1月至2010年6月收治的24名轻度A... 详细信息

目的采用静息态功能磁共^（fMRD技术，探讨轻度阿尔茨海默病（AD）患者的脑默认活动网络（DMN）是否存在异常及其可能的神经机制。方法以复旦大学附属华山医院和同济大学附属同济医院神经内科门诊自2009年1月至2010年6月收治的24名轻度AD患者和同期上海社区中整群抽样选择的25名正常老年人为研究对象，对其进行简易智能状态（MMSE）、Mattis痴呆评定量表（DRS）检查和静息态脑功能成像。利用低频振幅（ALFF）算法对全脑静息态数据进行对比分析，观察AD患者相对于正常老年人ALFF有显著差异的区域。结果行为学结果显示：轻度AD患者相对对照组成员记忆功能存在明显损害。静息态fMRI结果显示：与对照组比较，AD患者中与记忆密切相关的后扣带回、前额叶中内侧腹侧、前额叶中内侧背侧等脑区ALFF明显减弱。结论AD患者静息态脑DMN中与记忆密切相关的脑区节点活动强度减弱，DMN异常在其早期记忆损害的病理机制中起着非常重要的作用。

关键词：阿尔茨海默病静息态脑默认活动网络低频振幅功能磁共振成像