2020年4月，北京師範大學認知神經科學與學習國家重點實驗室朱朝喆課題組圍繞「提高經顱技術靶向腦功能系統的準確性」在著名腦影像方法學期刊Neuroimage發表如下論文：「Targeting Brain Functions from the Scalp: Transcranial Brain Atlas based on Large-scale fMRI Data Synthesis」.近年來，經顱技術（近紅外成像fNIRS和經顱磁刺激TMS）在認知神經科學研究和臨床治療中發揮著日漸重要的作用。然而經顱技術面臨著一個根本的技術挑戰，即如何在頭殼表面放置光極/線圈，以使得它們能夠有效地測量/調控到感興趣的腦功能活動。我們在此前研究中構建的經顱解剖圖譜可以將腦解剖信息以直觀的方式顯示在顱骨表面，提供一種直觀的可視化方式指導光極/線圈放置。但當研究者的目標是腦功能系統時，使用解剖圖譜就需要額外建立功能與解剖的對應關係，這一過程耗時耗力，並可能引入主觀因素帶來的誤差。此外，腦功能信息的原始空間尺度為體素級別，而解剖圖譜的空間尺度僅為解剖分區級別，使用解剖圖譜來表達功能信息會大大降低空間精度，喪失解剖分區內部的功能信息細節。因此，本研究旨在直接構建經顱功能圖譜。步驟如下：1. 基於大數據腦影像元分析建立具有高空間精度的腦功能圖譜 2. 基於此前建立的高解析度顱-腦對應關係，建立標準顱骨空間到功能信息的概率對應模型。也即將將腦功能圖譜直接表達在頭殼表面得到經顱功能腦圖譜（functional transcranial brain atlas, fTBA） 3. 給出在個體頭殼上如何根據fTBA完成放置的protocol
圖2 頭殼導航系統，由3D磁定位儀和導航軟體構成。當定位儀探筆標記頭殼上任意一點時，這一位置會相應顯示在導航軟體的圖譜上。
基於該框架，我們構建了運動和工作記憶系統的經顱功能腦圖譜，並在fNIRS和TMS研究中進行了驗證：
圖3 左側.(a,d)運動相關腦功能圖譜（功能特異性圖譜： action execution和範式特異性圖譜：finger tapping） (b,e)運動相關腦圖譜的經顱技術可通達性，即圖1中的P(b|s) (c,f)運動相關的經顱腦功能圖譜右側. 工作記憶相關腦功能圖譜，可通達性，經顱腦功能圖譜
在fNIRS驗證實驗中，我們利用fTBA指導的光極放置可以觀測到被試在執行運動和工作記憶任務時的顯著激活，並表現出較高的敏感性和特異性。敏感性：圖譜內通道可以成功檢測到任務相關的功能活動（顯著激活）。 特異性：圖譜內通道的平均激活水平顯著高於圖譜外通道。在TMS驗證實驗中，刺激運動區7*7網格所得到的MEP（運動誘發電位）map和fTBA map相似。此外，相比傳統的確定運動區位置的方法，如10-20系統C3和從Cz出發的5-cm放置原則，利用fTBA指導放置的刺激位點距離運動區的hot-spot點（MEP最大的位置）更近，能更精確地刺激到運動區。綜上，經顱功能圖譜解決了以腦功能系統為目標的研究中經顱導航的挑戰。通過將功能信息無損、高精度地顯示在顱骨表面，實現了更加精確、可靠的fNIRS光極及TMS線圈放置。根據感興趣的功能不同，經顱功能圖譜構建框架可以靈活訂製不同的功能系統及具體範式圖譜。
來源：北師大腦與認知科學