ReHo等指标的生理意义是什么？

有些术语或者概念，实际上没有明确定义，但由于用得非常多，大家觉得它的定义已经非常清楚了。但如果仔细推敲的话，并不是很具体。比如：

 

1、“生理意义”：英语可以是physiological importance。字面意思理解，只要有关的生理功能，都是生理意义。比如与动手有关、与呼吸有关、与睡眠有关，那么，这些功能都可以称为“生理意义”。相对应地，“病理意义”可能就是指与什么疾病有关联，比如某种疾病时某个指标异常，我们就可以称为有病理意义；或者与某个疾病的严重程度有关，也可以称为病理意义。

 

2、“机制”：一般指原理，或者深层的、不被我们所知的东西。但有时可能被误解为“原因”，实际上，我们观察到的，通常都是现象，而现象与现象之间的关系，有些可能是因果关系、有些仅仅是相关关系。即使是因果关系，多数情况下也是人们的推论、解释、或者观点。不能将我们不知道的深层现象，理所当然地解释为原因。

 

3、“神经活动”：可能通常被泛泛地认为是神经元的电信号。电信号并不是神经元独有的活动，比如肌肉也有电信号。即使在脑中，胶质细胞也有电信号（向段树民院士口头请教得知的，我并没有查文献）。电信号当然也不是测量神经活动的唯一指标，实际上，其特异性也远不如化学物质，如神经递质、受体、代谢产物、离子等等，用这些化学物质反映神经元的活动，特异性要高得多。

 

4、“神经活动的强度”：这一概念，没有比较公认的定义。我们可以先将其理解为“神经元电信号的强度”。有时似乎将power理解为“神经活动的强度”，我并不太赞同。准确地说，power反映的某个频段的振幅（振荡的幅度），也即信号在一段时间变异的程度。这要从电信号的测量方式谈起。尽管电信号不如化学物质的特异性高，但电信号便于测量、有非常高的时间分辨率，因此也是一种比较常用的研究手段。常用的电信号测量方法从宏观到微观大致包括：头皮EEG、皮层EEG、local field potential（LFP）、细胞外单细胞记录（action potential）、细胞内记录（如patch recording），当然，我的知识有限，列出的内容很不全面。头皮EEG、皮层EEG以及LFP都属于field potential，就拿最小的LFP来说，它反映的是记录范围内（通常至少1mm3）的神经活动的输入和局部加工，而主要不是输出（即action potential），BOLD信号主要与LFP有关，而与action potential关系较小（Logothetis et al., 2001, Nature）。单纯从信号分析的角度来看，field potential与BOLD是相似的：绝对值没什么意义，主要的指标是时间序列本身的特点。从单个时间序列来看，常用的指标如频率和振幅（即power的平方根）等；而多个时间序列，则可以测量它们的关系，即我们通常所说的功能连接或者同步性。在BOLD信号，如果测量距离比较远的多个时间序列之间的关系，通常称为功能连接或者网络（包括基于图论的复杂网络、ICA等等），而如果测量相邻的时间序列的关系，可以称为ReHo、local synchroniation、局部功能连接等等。

 

5、氧代谢率、脑血流量、葡萄糖代谢率：这些也是比较常用的血流动力学的指标。这些指标的定义相对比较清楚，甚至可以绝对定量。相对来说，BOLD信号和电信号的定量化指标，则比较模糊。

 

6、BOLD信号与电信号的关系：在任务刺激状态，如事件相关设计，两个技术，都可以用来研究任务状态与基线状态的信号变化率，相对比较容易理解。但在没有任务的状态下，分析两类时间序列之间的关系，难度比较大，因为两个时间序列的生理基础相差太大，信号上也根本不是一个量级。尽管如此，有许多EEG+fMRI研究将EEG的某个时间段内频段的power与BOLD信号进行相关分析。具体来说，比如fMRI的TR为2s，计算每个TR这段时间内的EEG信号的beta频率的power，得到一个与fMRI时间分辨率相同的power时间序列，将这个power的时间序列与HRF卷积之后，与BOLD信号进行相关分析。尽管结果很有意思，但需要注意的是，这种情况下，相当于将EEG的某段时间内的信号的变异程度与BOLD的信号强度进行相关分析，这样的结果是很难解释的。

 

7、ReHo、ALFF与电信号的关系：我没有看到这方面的直接关系的研究。间接的关系，可以参考Leopold et al., 2001, Cerebral Cortex。这是一个有关LFP的研究，测量了power（也即振幅的平方）在任务中、任务前、静息状态三种情况下的变化；同时测量了16个相邻的电极之间的coherence（相当于local synchronization）在三种状态下的变化。