目前临床上仍有很多现有医疗技术无法治愈的可导致双眼失明的疾病:如严重的眼外伤导致丧失视力或眼球;青光眼导致的视神经萎缩和多种类型的视网膜变性疾病等。然而,这些病人的视皮层细胞并没有死亡。因此,直接将视觉图像转换成电信号传给视皮层神经元,是重建视觉的途径之一。要将视觉图像转换成视皮层神经元认识的电信号,首先要知道视觉正常人在图形刺激时,视皮层神经元对该图形反应的空间分布模式、功能定位区域以及与反应强度等相关信息。我们才能用该反应模式指导对视皮层的刺激模式的设计,以期盲人能够产生与该反应模式对应的图形视觉感受。本研究采用血氧水平依赖的功能磁共振成像(blood oxygenation leveldependent-functional magnetic resonance imaging , BOLD-fMRI)技术来研究视觉正常人观看图形时的视皮层反应。其基本原理为检测受试者由于外界刺激引起的脑部血流量变化,从而发现脑部某区域在刺激条件下活动增加,说明这部分脑区和刺激之间具有相关性。由于其具有无侵入、无损伤、无放射等诸多优势,具有很高的安全性,已被广泛用于大脑功能的研究。本研究首先利用这一技术研究视觉正常人对何种刺激图形更加敏感,之后利用这种刺激图形进行实验,获得大脑对这种刺激图形的脑激活数据库。利用数据库中的信息重建出视皮层被激活区域的三维模型,观察视皮层激活区域的空间分布与刺激图形之间的相关性。之后按解剖区域提取出视皮层每个解剖区域中被激活体素的体素量,并进一步得到这些体素的激活强度,研究每个解剖区域中被激活的体素量和激活总强度之间的相关性。本研究包括三个部分:第一部分:视觉正常人图形刺激fMRI图像记录及分析1、发现圆环形刺激图形可以引起视觉正常人较大范围和较高强度的视皮层激活,是一种理想的视觉刺激图形。2、采集了4名受试者对圆环图形的fMRI影像,分析得到脑激活信息数据库,4名志愿者平均激活体素量分别为1号21478个、2号4777个、3号8843个、4号21603个,说明刺激图形可以引起大脑激活,实验是成功的,为更进一步的分析数据提供了数据基础。第二部分:视觉相关区域激活信息提取与视网膜和视皮层之间拓扑对应关系的研究1、利用XJview软件对第一部分获得的脑激活数据库进行了筛选处理,首先剔除与视觉刺激无关的负性激活;再剔除非枕叶的正性激活,4名志愿者被剔除的非枕叶正性激活在激活总量中所占的平均百分比分别为:1号15.20%、2号14.87%、3号9.08%、4号42.85%。说明非枕叶部位的激活占了相当的比例,必须剔除后才能获得精确的枕叶激活信息。2、利用仅保留枕叶正性激活信息的脑激活数据库进视皮层激活的三维重建,获得视皮层激活的三维重建图。观察视皮层激活的三维空间分布和刺激图形之间的关系,发现其分布符合视网膜到视皮层的空间拓扑对应关系,说明视皮层的激活确实是由刺激图形引起的,第一部分进行的视觉刺激实验是成功的。第三部分:视皮层各激活区域定位和定量研究1、建立了初级视皮层区域Brodmann 17、18及19区的mask数据库,利用这个数据库提取出了每个解剖区域中被激活的体素数量,对比各解剖区域平均激活量可发现,Brodmann17区平均激活体素量最少,为205个;Brodmann18区平均激活体素量最多,为1105个,Brodmann19区也较多,为892个。说明刺激图形对不同脑区的激活量是不同的,其主要的激活区域是分布在Brodmann18区及19区。2、利用AFNI软件获得了各解剖区域体素的反应强度分布图,分析发现:1)同一名志愿者同一解剖区域三次重复实验的重复性较好,不同志愿者之间可重复性不明显。2)体素激活强度在Brodmann 18区最强,19区次之,在17区最弱。3) Brodmann 18区体素激活的密度最高,19区次之,17区密度最低。3、视皮层三个解剖区域的可重复性比较发现:1)1号志愿者的可重复性最好,其次为4号和3号,2号志愿者最差。2)Brodmann17区的可重复性要好于18区和19区。但总体来说,同一名受试者同一解剖区域三次实验均被激活的体素反应强度之间是存在共同变化趋势的,但在不同人之间体素强度的变化趋势可重复性较差。所以寻找不同人数据之间的联系将为下一步研究的重点。4、采用线性相关模型分析视皮层三个解剖区域的体素活量和激活总强度之间的关系,发现在三个解剖区域中体素活量和激活总强度之间均为线性正相关,其线性相关方程分别为: Brodmann 17区y=0.111x+57.50 R2=0.942 , Brodmann 18区y=0.146x+96.16 R2=0.971,Brodmann 19区y=0.170x+75.00 R2=0.974。三个区之间比较,Brodmann18和19区的拟合优度较好(R2>0.97),而Brodmann17区拟合优度相对稍差(R2=0.942)。但这三个区域的拟合优度在0.942到0.974之间,说明不同受试者之间的体素反应是存在内在联系的,这为今后建立这些解剖区域的标准反应模式提供了基础。本研究结论:1、圆环刺激图形是一种用来研究视皮层对图形反应的理想视觉刺激图形。2、建立了一种理想的按解剖区域提取体素的方法,即先建立解剖区域的mask数据库,再将mask数据库与激活数据库进行对比,从激活数据库中提取出属于该解剖区域的体素,同时还能得到这些体素的反应强度,达到了定位、定量分析的目的。3、通过对每个视皮层解剖区域体素激活量和强度的比较,发现视皮层各解剖区域对相同图形的反应模式在同一名受试者重复实验中有较好的可重复性,不同受试者之间重复性不明显。4、发现不同受试者相同图形刺激视觉刺激时,其视皮层每个解剖区域被激活的体素量与激活总强度之间存在线性正相关关系。