功能磁共振成像嗅觉刺激器的设计与验证

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作者：

王骁冠

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摘要：

凭借较高的时间、空间分辨率和非侵入的成像方式等优点,功能磁共振成像(fMRI)技术在人类脑科学研究中得到了越来越广泛的应用。但是在对被试进行任务刺激的方式上,目前主要还局限于视觉、听觉刺激,通过嗅觉刺激任务进行相关脑科学研究的还比较少。究其原因,主要是缺乏专用的嗅觉刺激装置,在MRI环境下对被试精确地进行自动化嗅觉刺激比较困难。此外,由于人体的嗅觉感受具有与视觉、听觉不同的特点,嗅觉fMRI实验的设计模式也与传统的fMRI实验设计模式不同,需要进一步进行研究。为了满足以上两点要求,本文主要进行了fMRI嗅觉刺激装置的设计和原型装置搭建,并通过嗅觉fMRI实验对其进行了功能验证,具体成果如下。一、对传统的fMRI实验设计方法和人体嗅觉感受的特点进行了综合分析,总结了嗅觉fMRI的实验设计方法,详细阐述了不同刺激物、人体呼吸、嗅觉适应、干扰刺激、成像同步等方面对嗅觉fMRI实验设计的影响,得出了嗅觉fMRI实验设计的基本原则。二、在对嗅觉fMRI实验从方法学角度深入研究的基础上,分析了fMRI嗅觉刺激器的功能和性能需求,设计并搭建了fMRI嗅觉刺激原型装置。此装置分为气路系统和控制系统,具有良好的人机界面,可以自动地对被试在fMRI实验中进行三种气味的嗅觉刺激,具有较好的时间精度和良好的电磁兼容性,并且可以很方便地达到刺激和成像的时间同步,初步满足了嗅觉fMRI实验的需求。三、使用搭建的fMRI嗅觉刺激装置进行了单被试嗅觉fMRI实验,得到了乙醇、乙酸、乙酸异戊酯、吡啶四种刺激物的脑激活图和部分ROI的脑激活信号时间曲线图,验证了刺激器的可用性和在嗅觉fMRI实验设计中采用短刺激(刺激20s,间隔25s)的可行性,并初步证实了不同气味刺激对人体的脑激活结果存在较大差异。

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关键词：

功能磁共振成像 嗅觉 刺激 刺激装置 fMRI Olfactory Stimulation Olfactometer