人脑内侧颞叶超高分辨率功能、弥散和结构成像特征的AD病变机制研究

The exploration of early imaging biomarkers of Alzheimer’s disease (AD) is important and benefit to its early diagnosis and intervention. Structural, functional and diffusion magnetic resonance imaging (MRI), which can qualitatively measure the brain morphology, activity and neural fiber bundles, were widely used in AD research. Previous studies indicated that the millimeter level pathological changes in medial temporal lobe (MTL), like abnormal activity in hippocampal sub-regions and fiber degeneration in performant pathway, is valuable for early diagnosis of AD. However, these features were very difficult to be measured under common used MRI due to the limited resolution. In this project we would utilize ultra-high resolution functional and diffusion MRI (millimeter level) and microstructural MRI (submillimeter level) to measure the micro functional and structural abnormity in MTL and investigate the sturcure-function association in MTL of AD under millimeter or submillimeter level. We expect and attempt to find early biomarkers for AD prediction and diagnosis through these works.

阿尔茨海默氏病（AD）的早期影像学标记物有助于及时诊断和干预。结构、功能和弥散磁共振成像是当前可有效检测人脑中组织形态、神经活动和白质纤维特性的影像技术，并被广泛用于AD的机制研究。以往研究提示人脑内侧颞叶区域是AD发展中较早出现病变的关键区域。内侧颞叶毫米水平结构和功能特征——如海马的不同亚区神经活动和穿通通路纤维属性等——对AD早期诊断和机制研究可能具有重要价值，但在现有磁共振分辨率下难以进行精确测量。通过在序列设计和信号采集、重建算法等方面进行优化，我们前期已经实现超高分辨率功能、弥散（1.5mm）和微结构磁共振（<0.5mm）等新技术。本项目拟应用这些新技术，利用多尺度多模态数据融合算法，联合认知评估和空间导航能力测试等行为学数据，从结构-功能耦合的视角，探究人脑内侧颞叶毫米水平影像特征在AD发展过程中的改变机制，为AD的早期诊断和预警提供客观影像学依据。

阿尔茨海默氏病（AD）的早期影像学标记物有助于及时诊断和干预。结构、功能和弥散磁共振成像是当前可有效检测人脑中组织形态、神经活动和白质纤维特性的影像技术，并被广泛用于AD的机制研究。以往研究提示人脑内侧颞叶区域是AD发展中较早出现病变的关键区域。内侧颞叶毫米水平结构和功能特征——如海马的不同亚区神经活动和穿通通路纤维属性等——对AD早期诊断和机制研究可能具有重要价值，但在现有磁共振分辨率下难以进行精确测量。通过在序列设计和信号采集、重建算法等方面进行优化，我们前期已经实现超高分辨率功能、弥散（1.5mm）和微结构磁共振（<0.5mm）等新技术。本项目计划应用这些新技术，利用多尺度多模态数据融合算法，联合认知评估和空间导航能力测试等行为学数据，从结构-功能耦合的视角，探究人脑内侧颞叶毫米水平影像特征在AD发展过程中的改变机制，为AD的早期诊断和预警提供客观影像学依据。实际执行过程中，发现不同模态的超高分辨率成像均对被试依从性存在很高的要求，而AD及MCI患者较难长时间控制头动，因此图像质量很难实现预期效果。因此，本项目从技术角度，对特异于内侧颞叶区域的嗅觉功能成像和普遍的静息态功能成像均进行了数据处理方法学探讨，改进了相关预处理，提高了脑功能图像分析的可重复性，并根据国际最新进展，开展了基于眼动-fMRI检测内侧颞叶内嗅皮层网格细胞特异性功能的方法学研究，成功建立了适用于早期AD患者的稳定实验范式。另外，我们也在现有技术平台验证了对内侧颞叶脑功能活动与AD早期空间导航受损的相关性，并发现了患者壳核、丘脑和海马等区域的特异性脑自发活动损伤。本项目对超高分辨率成像在AD早期内侧颞叶损伤进行了探索，并开发和改进了一些可用的范式，并发现了AD早期患者内侧颞叶特异性功能损伤，为未来进一步探索AD早期内侧颞叶损伤特征提供了基础。