基于9.4T磁共振成像技术的婴幼猕猴脑运动中枢与运动行为发育关联性研究

Understanding how the brain motorium works and the motor behavior development is one of the greatest challenges facing human brain science. In particular, for both the development process is causality or linear relationships is still controversial. Nonhuman primate is the most suitable experimental animal to study human brain and behavior development because of its close phylogenetic relationship with humans. But few study on infant nonhuman primate about brain and behavior development. This research focus on the infant (0-6 months age) rhesus macaque (Macaca mulatta) to study the brain motorium development using a 9.4T high field magnetic resonance imaging (MRI), and to study motor behavior development using behavior sampling methods. Our goals are to clarify the quantitative correlation between brain motorium and motor behavior development in infant rhesus macaque, and also to establish a set of assessment method to assess infant macaque motor behavior development. The results of this project will provide critical information for future study on brain and behavior develop mechanism in nonhuman primate. Meanwhile, the restlts of this study have potential value to understanding brain motorium and motor behavior development mechanism in human society.

婴幼儿脑运动中枢发育与运动行为发育是目前脑科学和行为学关注的重要科学问题，其中对于二者在发育过程中呈因果关系还是线性关系仍存在争议。作为人类脑科学研究的重要模式动物—非人灵长类动物，是探索该问题的理想实验对象。本研究以实验猕猴(Macaca mulatta)为对象，运用目前国内最先进的9.4T超高场动物磁共振成像系统，研究0-6月龄婴幼猴脑运动中枢在不同发育阶段的结构变化特征，同时结合灵长类动物行为学取样方法，分类定义婴幼猴运动行为发育指标，研究个体运动行为发育特征并进行发育评价，阐明运动中枢发育结构变化与运动行为发育变化之间的量化关系，进而探讨婴幼猴脑运动中枢发育与运动行为发育的关联机制。通过本研究预期建立一套评估婴幼猴个体运动行为发育的测量方法，为非人灵长类动物脑发育与行为发育的关联模型提供基础数据和科学依据；同时，对理解人类婴幼儿运动神经与行为发育机制也具有极其重要的科学参考价值。

本项目主要依托稳态强磁场大科学装置下9.4T 40cm大型哺乳动物磁共振成像装置，以实验猕猴（Macaca mulatta）为对象，研究0-6月龄婴幼猕猴运动行为发育特征。分类定义婴幼猴运动行为发育指标，制定出0-6月龄猕猴婴幼个体行为发育评价表，可用于婴幼猕猴行为发育的评价标准和评价方法，获得早起行为学发育变化的数据，研究表明0-6月龄是猕猴脑发育与运动行为发育关键期，满3月龄的婴幼猕猴运动行为基本发育完全。对猕猴幼猴个体运动行为时间分配研究表明，3月龄后的婴幼猕猴粗大运动行为时间分配比重要高于精细运动时间；开展了婴幼猕猴运动功能障碍模型的研究，通过手术切除运动皮层法及鞘内注射胆红素法建立婴幼猕猴运动功能障碍模型，模型动物表现出姿势异常、肌张力增高和侧肢痉挛等运动功能障碍症状；发展了9.4 T超高磁场磁共振成像新技术，通过引入超低噪声工艺、改良加工制作方法、提出新型射频线圈构型等技术手段，并在9.4T平台上开展并大量的实验调试，研发获得了突破性进展，已针对性地研发出可应用于婴幼猴脑的高灵敏度射频线圈。利用该线圈，可取得高信噪比且层内150微米级别分辨率的幼猴脑图像，自主研究制作出的新型高性能线圈穹顶形正交表面线圈，并成功获得婴幼猕猴颅脑T1和T2加权像。项目研究成果对于评估人类婴幼儿运动行为发育提供参考，建立猕猴运动功能障碍模型能够真实准确地反映人类发病机制，对于运动功能障碍的恢复与治疗等临床医学具有极其重要的指导意义。