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研究人员对比 BOLD 与 ADC-fMRI 研究大脑功能连接，发现 ADC-fMRI 在白质连接上优势显著，为脑研究提供新工具。
# 探索大脑奥秘的新钥匙：ADC-fMRI 助力白质静息态连接研究
在大脑的复杂世界里，神经活动如同一场神秘的交响乐，而科学家们一直致力于找到精准解读这场音乐会的方法。功能磁共振成像（fMRI）作为研究大脑功能连接（FC）的重要手段，其中基于血氧水平依赖（BOLD）的对比成像应用广泛。然而，BOLD 就像一位戴着有色眼镜的观察者，存在诸多局限。它依赖神经血管耦合，信号并非直接源于神经活动，在反映大脑活动时不够准确，在白质（WM）区域的敏感性也大打折扣，其低频振荡、血流和血容量在白质中分别降低 60%、75% 和 75% 。此外，当血管系统出现问题，如在健康老龄化、脑肿瘤、多发性硬化等情况，或者使用某些药物时，BOLD 反应可能会被改变，即便大脑活动并未受到影响。因此，寻找一种更可靠的大脑功能连接研究方法迫在眉睫。
为了突破这些困境，来自瑞士洛桑大学医院（CHUV）、洛桑大学等机构的研究人员开展了一项重要研究。他们将表观扩散系数功能磁共振成像（ADC-fMRI）引入大脑功能连接研究，并与传统的 BOLD-fMRI 进行对比。该研究成果发表在《Communications Biology》上，为大脑研究开辟了新的道路。
研究人员在研究中运用了多种关键技术方法。首先是数据采集，他们使用西门子 Prisma 3T 和西门子 Magnetom 7T 扫描仪，对 22 名受试者进行扫描，获取解剖参考图像和功能磁共振图像。在功能磁共振成像中，采用 DW-TRSE-EPI 序列获取 ADC-fMRI 数据，SE-EPI 序列获取 BOLD-fMRI 数据。其次是数据处理，包括剔除边缘切片、检测和替换异常值、MP-PCA 去噪、吉布斯振铃校正、 susceptibility 失真校正、运动伪影校正等一系列操作，还通过独立成分分析去除结构噪声。最后，利用图论分析等方法对数据进行深入挖掘，研究不同功能连接域的特征。
研究结果
- 功能连接
- GM-GM 连接：在 3T 时，ADC-fMRI 和 BOLD-fMRI 在 GM-GM 连接上呈现相似的正相关性，但 BOLD-fMRI 的平均正相关性更强，且负相关性更明显；7T 时，二者正相关性仍相似，不过 ADC-fMRI 的负相关性大幅减弱，BOLD-fMRI 则依然显著12。
- GM-WM 连接：3T 时，ADC-fMRI 和 BOLD-fMRI 在 GM-WM 连接上有相似的正负相关性，但 BOLD-fMRI 下采样后的平均显著 GM-WM FC 权重更大；7T 时，二者也有相似的连接模式34。
- WM-WM 连接：3T 和 7T 时，ADC-fMRI 和 BOLD-fMRI 在 WM-WM 连接上都存在一些相似的正相关连接，但 ADC-fMRI 在 WM-WM 连接上的平均聚类系数、平均节点强度和全局效率更高，且受试者间相似性更强59。
- ADC 与 BOLD 连接强度对比：对于正功能连接，ADC-fMRI 和 BOLD-fMRI 的线性拟合斜率为 0.74，R2为 0.62；对于负功能连接，斜率为 0.18，R2为 0.06，表明二者正相关一致性较好，但 ADC-fMRI 的负相关性明显减弱6。
- 图论分析：在 WM-WM 连接中，ADC-fMRI 的平均聚类系数、平均节点强度和全局效率显著高于 BOLD-fMRI；在 GM-GM 连接中，ADC-fMRI 的全局效率更高，这反映出 ADC-fMRI 在白质中具有更好的整合和分离能力78。
- 受试者间相似性：在 WM-WM 连接中，ADC-fMRI 的受试者间相似性显著高于 BOLD-fMRI，这表明 ADC-fMRI 在不同受试者间的结果更一致109。
研究结论与讨论
这项研究表明，ADC-fMRI 是一种极具潜力的静息态分析工具。在灰质中，它与 BOLD-fMRI 的正相关性相当；而在白质中，其优势更为突出。ADC-fMRI 通过神经形态耦合而非神经血管耦合来捕捉大脑活动，对生理噪声的敏感性更低，能更可靠地反映白质的功能连接。虽然研究存在样本量小、扫描范围有限、时间分辨率低等局限性，但为未来研究指明了方向。未来可采用各向同性扩散编码等技术进一步优化 ADC-fMRI，有望更深入地揭示大脑白质功能连接的奥秘，为神经系统疾病的诊断和治疗提供更有力的支持。
