大规模、多空间尺度的脑活动观测是研究脑认知功能和构建闭环神经调控方法的基础。自功能磁共振成像(fMRI)在90年代早期出现后，该技术很快成为脑科学研究中的重要工具。 本研究组建立了全面的清醒鼠、猴的功能磁共振成像方法，进一步多模态地融合神经调控方法（如光遗传学、低强度聚焦超声）和神经观测方法（如钙光纤记录、电生理），以探索全脑尺度功能神经网络在不同状态和调控下的动态变化机理，并构建基于神经影像反馈的新型神经调控方法。具体研究方向举例如下：

1.  构建基于多模态磁共振影像的闭环超声神经调控方法

本研究组在侵入性的神经调控和记录技术与磁共振影像结合的方向已有了深厚的积累。基于以上技术专长，团队正进一步拓展至人和大动物（猕猴）上的基于低强度聚焦超声的(LIFU)无创神经调控和脑影像的结合方向。低强度聚焦超声(LIFU)是一项新型无创神经调控技术，其使用声波穿透颅骨，可以以毫米级的空间精准性和数厘米级的穿透深度，无创地靶向调控深部脑区。但是，低强度聚焦超声具体是如何调控神经活动的机制不清，量效关系不明，因此难以实现个体化、精准化的调控。而多模态磁共振影像可以提供超声调控的物理和生理效应的反馈，从而实现闭环。为此，团队将以实现基于多模态磁共振影像的闭环超声神经调控为核心目标，从超声调控效应的快速精准成像方法、多模态融合的调控效应预测基座模型、猴-人模型跨物种迁移和临床应用这三个研究方向推进。

2.  解析睡眠的鼠猴人跨物种功能网络和开发睡眠调控方法

睡眠是人与动物中普遍存在且演化中保守的生理过程，现代社会中睡眠障碍已极为普遍，带来极大健康问题。目前睡眠的神经机制解析主要依赖于小鼠模型，但是尚不清楚小鼠中经典的睡眠通路在灵长类高度复杂的大脑网络中是否保守。这种从鼠脑局部到猴脑/人脑全脑的机制认识缺失，限制了基于机制的无创干预技术的开发。因此，本研究方向将基于团队在前期建立的小鼠睡眠fMRI的基础上，进一步建立和整合猴、人睡眠fMRI范式，揭示跨物种保守（或特异的）全脑睡眠网络特征，并以此为基础，结合前述闭环超声神经调控方法，开发具有转化价值的无创睡眠调控技术。

3.  解析觉醒水平调制的fMRI信号机制和开发基于机制的信号处理新方法

长期以来常规fMRI的BOLD信号深受诟病，因其信号直接反映的是血氧水平而非神经活动，而血氧水平受到众多非神经活动相关的生理活动影响。本研究组在前期从多个角度阐明了觉醒水平对全脑功能网络的动态而广泛的影响，结合领域内其他工作，可以明确得出“觉醒水平贡献了部分fMRI信号的动态性”的结论。那么，在不以觉醒为研究对象的大部分fMRI工作中，是否可能去除（或降低）觉醒带来的波动、从而降低数据异质性以及所需数据量呢？该方向将以团队具有深厚积累的多模态融合清醒鼠fMRI为基础，从机制层面解析觉醒水平调制的fMRI信号机理，并以此为基础开发可以解耦觉醒贡献的fMRI信号处理新方法。

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