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通过同步功能磁共振成像和光纤钙记录索引脑状态依赖的瞳孔动力学

DOI：10.1073/pnas.1909937117 期刊：Proceedings of the National Academy of Sciences 出版年份：2020 更新时间：2025-09-23 15:19:57
摘要： 瞳孔测量法作为一种无创的唤醒度评估手段，与人脑功能磁共振成像（fMRI）相结合，能够检测认知处理波动期并识别与特定注意状态相关的网络。即使在麻醉状态下，瞳孔动态仍与脑状态波动相关，且持续性扩张标志着向更易唤醒状态的转变。然而跨尺度神经元激活模式很少与脑状态依赖性瞳孔动态建立关联。本研究通过联合大鼠静息态fMRI、皮层钙信号记录（基于GCaMP标记）和瞳孔测量，揭示了脑状态变化与多尺度神经动力学之间的联系。该多模态平台帮助我们发现了一个与瞳孔大小共变的整体脑网络，据此可生成反映麻醉期间脑状态波动的指标。此外，在解剖学位置与去甲肾上腺素能细胞群5（A5）相符的脑干区域，检测到特定的相关性模式——该模式似乎依赖于皮层活动不同频率间的耦合，可能进一步提示特殊的脑状态动力学特征。这种融合同步钙记录与瞳孔测量的多模态fMRI技术，能够追踪麻醉状态下脑状态依赖性瞳孔动态，并识别独特的跨尺度神经动力学模式。
作者： Patricia Pais-Roldán，Kengo Takahashi，Filip Sobczak，Yi Chen，Xiaoning Zhao，Hang Zeng，Yuanyuan Jiang，Xin Yu
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

利用结合静息态功能磁共振成像、皮层钙记录和瞳孔测量的多模态平台，研究麻醉大鼠中脑状态变化与不同尺度神经动力学之间的关联。

研究成果

该研究识别出一种与瞳孔扩张相关的准全球性负fMRI空间模式，并以此为模板生成麻醉期间的脑状态fMRI指数。通过同步记录扣带皮层的神经元钙振荡，验证了时变fMRI推断脑状态与瞳孔动力学之间关联的神经生物学相关性。结合同步钙记录和瞳孔测量的多模态fMRI技术，能够追踪依赖脑状态的瞳孔动力学变化，并识别麻醉状态下独特的跨尺度神经元动态模式。

研究不足

该研究在麻醉状态下进行，这可能限制了研究结果对清醒状态的普适性。根据此处获得的数据，对这些大脑状态变化的探究程度有限。

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