脑干白质纤维连接的概率性图谱

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    31872802
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    60.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    C1105.整合生理学与整合生物学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The small and compact both structurally and functionally brainstem contains many critical structures but is a challenging area to study with neuroimaging and in neurosurgery. Fiber pathways in the brainstem are critically important for sensory and motor functions as well as consciousness and cognition, and connect nuclei implicated in the pathogenesis of a wide spectrum of neurological disorders including Alzheimer’s disease(AD), Parkinson’s disease(PD) and multiple sclerosis. The exploration of white matter fibers connectivity of brainstem is considered as an important scientific issues to be solved urgently in present. However, with the limitation of data quality and imaging process methods, there are few studies about quantitive analysis of the brainstem white matter fibers in vivo.. A total of 200 healthy young subjects (100 males and 100 females) will be included in this study. High resolution three-dimensional structural MR images and multi-shell high angular resolution diffusion imaging (HARDI) data will be acquired on a 3.0Tesla SIEMENS MRI scanner. After image preprocessing, the fiber orientation distribution (FODs) will be computed using a novel algorithm and the precise and higher resolution tract density images (TDI) will be reconstructed. The region of interest (ROIs) of the brainstem tracts will be labeled referenced with the histological staining sections data. Some advanced techniques and well-validated image analysis methods e.g. 3D computer visualization, tractography and tract reconstruction based on the ROIs will be performed to explore the three-dimensional anatomical locations of individual tracts and their spatial positions relative to adjacent structures. And some ideal methods of image registration, probability distribution calculation of fibers and brain atlas construction will be used to construct a comprehensive population-based probabilistic atlas of brainstem connectivity. Our results will be a novel tool in the neuroimaging studies and neurosurgery navigation, and will be useful for us to understand the complicated structure and function of the brainstem and the pathogenesis of implicated neurological disorders. It also will provide detailed anatomical basis for the diagnosis and treatment of the brainstem disease.
脑干结构功能紧凑,是脑科学研究与神经外科手术中最具挑战性的区域,其白质纤维束不仅对人的感觉、运动、意识、认知等功能非常重要,亦与许多神经疾病的发病机理密切相关。脑干白质纤维连接是当前亟需解决的重要科学问题,但由于数据质量和图像处理技术等限制,活体脑干纤维束的定量研究甚少。. 课题选用200例(男女各半)健康青年的3.0T结构MRI和多球壳高角分辨率扩散成像(multi-shell HARDI)数据,计算纤维方向分布(FODs),以组织学染色数据为参照,利用计算机三维可视化、基于ROIs的纤维束成像和重建等技术研究脑干纤维束的空间位置和毗邻关系;用图像配准、概率性分布计算和图谱构建等方法建立脑干白质纤维连接的概率性图谱并进行验证。以期为神经影像学研究提供工具,帮助我们深入探索脑干复杂的结构和功能,探明相关神经精神疾病的发病机理,为涉及脑干疾病的诊治提供详实的解剖学依据。

结项摘要

脑干是脑科学研究与临床手术中最具挑战性的区域,弄清其结构和功能是脑计划的重要组成部分。脑干白质纤维对人的感觉、运动、认知等功能非常重要,而且与许多神经疾病的发病机理密切相关。目前关于人脑干结构与功能,尤其是纤维连接的研究极度缺乏。. 本研究选用高分辨率多模态影像学数据,以组织学染色图像为参照,利用纤维束成像和形态学分析的技术,构建脑干纤维束的概率性分布图谱,探索脑干内核团与大脑结构的纤维连接,以及脑干在老化过程中的形态学改变。我们利用Freesurfer等软件对三维结构MRI数据进行处理,利用球谐函数计算DTI图像的纤维方向分布(FODs),对FODs进行纤维束追踪,获得高分辨率、高结构对照的纤维密度图(TDIs),以基于ROI的纤维追踪技术对脑干内的主要纤维束进行概率性追踪和三维重建,并建立概率性白质纤维图谱。以蓝斑与内侧内嗅皮质为感兴趣区,利用MRTrix软件对纤维束进行概率性追踪和三维重建,建立蓝斑和内侧内嗅皮质纤维连接的概率性图谱。以此为模板计算并分析阿尔茨海默病人的相关纤维环路,发现随着AD病情的加重,纤维的完整性逐渐下降。. 除此之外,扩展的内容还有:1,利用结构MRI数据和形态分析方法探索老化过程中脑干形态的变化规律;2,利用冰冻切片和染色技术获取脑干连续组织学切片数据;3,利用结构MRI数据探索中外人脑不对称性的差异;4. 利用多模态影像学数据探索参与恋爱的脑区以及恋爱对大脑结构和功能的影响;5. 利用神经突定向弥散和密度成像(NODDI)方法对新生儿DTI数据进行分析并检测皮层微结构改变;6. 利用DTI数据探索上纵束三条分支的纤维形态和连接特征。本课题发表论文9篇,其中高质量SCI论文8篇,参加国际会议并作报告2次,参加国内会议并作报告5次,申请国家专利1项;累计培养博士后和研究生10人次。 . 本项目的研究成果能够帮助科研人员和临床医生深入了解脑干复杂的结构和功能,探索相关神经精神疾病的发病机理,为涉及脑干疾病的诊断和治疗提供详实的解剖学依据。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(0)
Morphological and hemispheric and sex differences of the anterior ascending ramus and the horizontal ascending ramus of the lateral sulcus.
外侧沟前升支和水平升支的形态、半球和性别差异
  • DOI:
    10.1007/s00429-022-02482-1
  • 发表时间:
    2022-07
  • 期刊:
    BRAIN STRUCTURE & FUNCTION
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Wang, Yu;Xu, Feifei;Zhou, Wenjuan;Hou, Lanwei;Tang, Yuchun;Liu, Shuwei
  • 通讯作者:
    Liu, Shuwei
Morphological Development Trajectory and Structural Covariance Network of the Human Fetal Cortical Plate during the Early Second Trimester
妊娠中期早期人类胎儿皮质板的形态发育轨迹和结构协方差网络
  • DOI:
    10.1093/cercor/bhab123
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
    Cerebral Cortex
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Xu Feifei;Liu Mengting;Kim Sharon Y.;Ge Xinting;Zhang Zhonghe;Tang Yuchun;Lin Xiangtao;Toga Arthur W.;Liu Shuwei;Kim Hosung
  • 通讯作者:
    Kim Hosung
A probabilistic atlas of locus coeruleus pathways to transentorhinal cortex for connectome imaging in Alzheimer's disease.
用于阿尔茨海默病连接组成像的蓝斑通路到内嗅皮层的概率图谱
  • DOI:
    10.1016/j.neuroimage.2020.117301
  • 发表时间:
    2020-12
  • 期刊:
    NeuroImage
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Sun W;Tang Y;Qiao Y;Ge X;Mather M;Ringman JM;Shi Y;for Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative
  • 通讯作者:
    for Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative
Altered cortical microstructure in preterm infants at term-equivalent age relative to term-born neonates
与足月出生的新生儿相比,足月当量年龄早产儿的皮质微观结构发生改变
  • DOI:
    10.1093/cercor/bhac091
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Cerebral Cortex
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    王文君;于乔文;梁文佳;许飞飞;李卓然;汤煜春;刘树伟
  • 通讯作者:
    刘树伟
Brain asymmetry differences between Chinese and Caucasian populations: a surface-based morphometric comparison study
中国人和白人之间的大脑不对称差异:基于表面的形态测量比较研究
  • DOI:
    10.1007/s11682-019-00184-7
  • 发表时间:
    2020-12-01
  • 期刊:
    BRAIN IMAGING AND BEHAVIOR
  • 影响因子:
    3.2
  • 作者:
    Lou, Yunxia;Zhao, Lu;Liu, Shuwei
  • 通讯作者:
    Liu, Shuwei

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  • 期刊:
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    丁娟
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  • 通讯作者:
    林祥涛
特征约束的多实例图像超分辨率
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  • 发表时间:
    2016
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  • 作者:
    张帆;李雪梅;汤煜春;张彩明
  • 通讯作者:
    张彩明

其他文献

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汤煜春的其他基金

蓝斑-内嗅皮质-海马神经环路在阿尔茨海默病早期进程中的改变及其机制的多模态多尺度研究
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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