功能磁共振成像嗅觉刺激器的设计与验证

【摘要】凭借较高的时间、空间分辨率和非侵入的成像方式等优点，功能磁共振成像（fMRI）技术在人类脑科学研究中得到了越来越广泛的应用。但是在对被试进行任务刺激的方式上，目前主要还局限于视觉、听觉刺激，通过嗅觉刺激任务进行相关脑科学研究的还比较少。究其原因，主要是缺乏专用的嗅觉刺激装置，在MRI环境下对被试精确地进行自动化嗅觉刺激比较困难。此外，由于人体的嗅觉感受具有与视觉、听觉不同的特点，嗅觉fMRI实验的设计模式也与传统的fMRI实验设计模式不同，需要进一步进行研究。为了满足以上两点要求，本文主要进行了fMRI嗅觉刺激装置的设计和原型装置搭建，并通过嗅觉fMRI实验对其进行了功能验证，具体成果如下。一、对传统的fMRI实验设计方法和人体嗅觉感受的特点进行了综合分析，总结了嗅觉fMRI的实验设计方法，详细阐述了不同刺激物、人体呼吸、嗅觉适应、干扰刺激、成像同步等方面对嗅觉fMRI实验设计的影响，得出了嗅觉fMRI实验设计的基本原则。二、在对嗅觉fMRI实验从方法学角度深入研究的基础上，分析了fMRI嗅觉刺激器的功能和性能需求，设计并搭建了fMRI嗅觉刺激原型装置。此装置分为气路系统和控制系统，具有良好的人机界面，可以自动地对被试在fMRI实验中进行三种气味的嗅觉刺激，具有较好的时间精度和良好的电磁兼容性，并且可以很方便地达到刺激和成像的时间同步，初步满足了嗅觉fMRI实验的需求。三、使用搭建的fMRI嗅觉刺激装置进行了单被试嗅觉fMRI实验，得到了乙醇、乙酸、乙酸异戊酯、吡啶四种刺激物的脑激活图和部分ROI的脑激活信号时间曲线图，验证了刺激器的可用性和在嗅觉fMRI实验设计中采用短刺激（刺激20s，间隔25s）的可行性，并初步证实了不同气味刺激对人体的脑激活结果存在较大差异。
【作者】王骁冠；
【导师】杨晓冬；
【作者基本信息】中国科学院研究生院(长春光学精密机械与物理研究所)，光学工程，2013，硕士
【关键词】功能磁共振成像；嗅觉；刺激；刺激装置；

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