1.2 BOLD-fMRI的发展历程

自从小川诚二等人发现了BOLD对比度后，人们开始意识到利用磁共振成像技术可以测量血氧含量的变化。进一步地，人们开始利用BOLD-fMRI技术来测量大脑在不同任务下的功能区域和活动情况。

1992年，美国麻省总医院的邝博士（Kwong）等人首次将BOLD-fMRI技术应用在1.5T机器上，研究大脑在视觉刺激和手动刺激时的活动情况（Kwong et al., 1992）。他们利用自旋回波反转恢复技术来测量血流信号，利用梯度回波平面成像（gradient echo-echoplanar imaging, GE-EPI）序列来测量BOLD信号。视觉刺激是闪光棋盘格，刺激频率为8Hz，刺激模式为60秒静息和60秒视觉刺激，这一循环重复两次。图1.2和图1.3为他们的实验结果。相比于休息时，在视觉刺激期间，血流信号和BOLD信号都显示出持续的增加。与此同时，贝尔实验室的小川诚二等人在4T高场上得到了用回波平面成像（echo planar imaging, EPI）序列研究长时间视觉刺激的结果，他们第一次展示了脑活动时的BOLD信号与回波时间有密切关系，进一步证实了BOLD信号的变化源自于血液中横向弛豫率的变化（Ogawa et al., 1992）。同一年，威斯康星医学院的班代蒂尼（Bandettini）等人在1.5T的机器上用梯度回波平面成像序列测量到了整个大脑的图像，发现在持续的敲击手指运动下，大脑运动区域的BOLD信号显著增加，而其他区域没有被显著激活，这进一步证实了检测到的激活信号来自于大脑的功能活

图1.2 人脑的首次BOLD-fMRI激活图像

注：Baseline表示基线图像。

图1.3 激活区域BOLD信号的时间曲线

注：上图为利用对BOLD信号敏感的自旋回波（spin echo, SE）反转恢复（inversion recovery, IR）序列测得的结果；下图为利用对BOLD信号敏感的梯度回波（gradient echo, GE）序列测得的结果。动，而不是运动伪影；同时，班代蒂尼等人还发现，左手的敲击运动激活了大脑右侧运动区域，而右手的敲击运动则激活了大脑左侧运动区域，从而表明了BOLD-fMRI技术的空间特异性（Bandettini et al., 1992）。

以上实验都是利用BOLD-fMRI研究长时间刺激下大脑的活动情况，均得到了显著的激活效果，然而一些小组也开始利用fMRI来研究短时间刺激的BOLD效应，即事件相关活动中的大脑激活情况。1992年，巴拉米尔（Blamire）等人在2.1 T的机器上，利用自旋回波EPI技术研究在不同长度时间的刺激下，视觉区域的BOLD信号变化。他们发现，即使在2秒的视觉刺激下，视觉区域仍可看见显著的信号激活（Blamire et al., 1992），如图1.4所示。

图1.4 2秒的视觉刺激得到的激活