实时生物反馈的脑功能磁共振研究

Real-time biofeedback has been widely used in the treatment of attention deficit hyperactivity disorder, epilepsy, and various movement disorders. However, its brain mechanism is not clear. Many fMRI studies have been carried out on motor real-time feedback by using block design or event-related fMRI design. But such task design is not suitable for frequency analysis. Real-time fMRI is a new technique. It presents the fMRI signal to the subject. But such way of feedback is not practical in the near future. Using the "state" design and analytic methods of resting-state fMRI, the current project aimed to investigate the brain mechanism of continuous finger force feedback and EEG feedback. We will compare the amplitude of low frequency fluctuation (ALFF) of fMRI signals between a real-time feedback state and false feedback state. We will also analyze the data of finger force and EEG and correlate them with ALFF of fMRI data. The results will reveal the mechanism of mental processes of sustained attention and motor control during continuous feedback. This project will provide theoretical basis and practical insights for the clinical use of real-time biofeedback.

实时生物反馈已经被广泛用于注意缺陷多动障碍、癫痫、运动障碍等各种疾病的治疗，但其脑机制尚不清楚。运动实时反馈的fMRI研究已经较多，但均采用组块设计或事件相关设计方法，不适合进行频率分析；实时fMRI给被试呈现的是被试本人的fMRI信号，是一种新技术，但这种反馈方式与临床实际应用有较大的距离。本项目拟借鉴静息态fMRI"状态"设计理念及其数据处理方法，对手指压力实时反馈和脑电实时反馈两种反馈方式进行fMRI研究，比较fMRI信号的低频振幅以及功能实时反馈状态与对照状态（假反馈状态）两种状态的差异，并分析实时反馈过程中的持续手指压力信号和脑电信号的不同频段与fMRI信号低频振幅的相关性，从而揭示持续实时反馈过程中持续注意的低频涨落、运动控制等过程的脑机制，为实时生物反馈在脑疾病的治疗提供理论基础，为将来改进实时生物反馈治疗方法提供参考。

实时生物反馈已经被广泛用于各种脑疾病的治疗，但其机制远不清楚。尽管运动实时反馈的 fMRI 研究已经较多，但均采用组块设计或事件相关设计方法，不适合进行频率分析。本项目借鉴静息态 fMRI的“状态”设计理念及其数据处理方法，对手指压力实时反馈的脑机制进行了系列研究。此外，也针对静息态功能磁共振进行了系列研究，共发表SCI论文12篇。主要发现如下：（1）发现基底节参与实验持续压力反馈任务；（2）在真实的实时反馈状态下，执行网络与默认网络的负向功能连接高于假反馈状态；（3）对实时反馈状态下不同频段的fMRI信号进行分析，发现不同脑区的频段特征有所不同，其中，前次发现壳核的极低频（<0.01Hz）信号参与了实时反馈过程；（4）首次表明ASL技术与BOLD技术所发现的结果的不同，主要是分析方法的不同，而不是技术的不同；（5）静息态fMRI的高频信号到0.35Hz在睁眼与闭眼两种状态下明显不同；（6）全脑平均时间序列对于ReHo的影响有优点有缺点：其中，在丘脑，回归全脑平均时间序列，使得睁眼、闭眼之间的差异更加明显；（7）去除头动的影响之后，对于睁眼与闭眼两种状态之间的差异，在低频不明显，但在高频（0.3Hz左右）可以使差异变大，提示头动对于高频信号的影响更大。