【摘 要】
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脑是自然界最复杂的器官,神经系统一直是生物医学研究的重点领域之一。神经成像技术,包括磁共振成像(Magnetic resonance imaging,MRI)、正电子发射断层扫描(Positron emission tomography,PET)等,已经成为神经系统基础研究和临床应用中不可或缺的检测手段。由于生物医学研究的特殊性,很多研究不能直接利用人进行试验,例如新药的研发,病理发展过程的研究等
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脑是自然界最复杂的器官,神经系统一直是生物医学研究的重点领域之一。神经成像技术,包括磁共振成像(Magnetic resonance imaging,MRI)、正电子发射断层扫描(Positron emission tomography,PET)等,已经成为神经系统基础研究和临床应用中不可或缺的检测手段。由于生物医学研究的特殊性,很多研究不能直接利用人进行试验,例如新药的研发,病理发展过程的研究等,都需要利用动物模型进行实验。相比于传统的解剖实验,动物脑成像实验能够实现在体且纵向跟踪模型动物的脑功能/结构的变化,因此,在神经科学研究中具有非常重要的意义。数据分析在神经影像学研究中至关重要。目前,对于人脑成像的数据分析已经有比较成熟的软件,但是,对于动物脑成像的数据分析还缺乏通用的分析软件。由于神经科学研究的复杂性,动物实验可能在不同种类的实验动物身上进行。另外,不同物种动物脑体型相差较大,并且不同疾病也适用于不同的成像技术,因此动物脑影像数据的分析比人脑更具有挑战性。基于感兴趣区(Region of interest,ROI)的脑影像数据分析最主要的是将各个被试的脑影像统一到标准空间,与脑图谱对齐。本文基于ROI方法建立了不同种类、不同模态的动物脑影像数据分析工具箱,名为Image Analysis Toolbox of Animal Brain(IATAB)。IATAB可以为常用实验物种动物包括大鼠、小鼠、树鼩和恒河猴提供脑影像数据批量分析处理流程。为了实现大脑进化的研究,该工具箱还集成了人类脑影像处理单元。IATAB是基于Matlab语言搭建的,集成了图形用户界面(Graphical user interface,GUI),可以实现交互式选择感兴趣区域。通过分析左侧大脑中动脉阻塞(Middle cerebral artery occlusion,MCAO)大鼠疾病模型,和进行种间脑进化额叶相对体积的变化趋势分析,对工具箱进行了测试、验证及应用,并且还将工具箱应用到探究种间脑进化的额叶代谢差异。以上对PET数据和MRI数据的分析验证了IATAB的可靠性和实用性。预计该开源软件将以简单、快速、灵活的方式为动物脑影像分析和跨物种研究提供一种有效的方法,并进一步促进临床成果转化。
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