张春成

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2022/07/12阅读:13主题:默认主题

脑皮层的褶皱渲染

脑皮层的褶皱渲染

大脑皮层是高度卷曲的褶皱状结构。本 前端工具[1] 试图展示这一点。


脑皮层的褶皱结构

大脑看上去是一团脂肪,但这只是表面现象。事实上,它从外到内,大致可以分为灰质、白质和脑脊液等,还包括很多其他中间层次。你可以想象成一张千层饼,包裹着一块棒骨,千层饼就是灰质和白质的分层结构,棒骨就是脊柱的延髓等部分,两者相交的地方称为扣带回(见图中标红色的部分)。所谓“一嗅二视三动眼 四滑五叉六外展”的重要神经,基本就离这个结构的位置不远。而大脑皮层的功能主要集中在千层饼上,饼皮就是灰质,因为这个薄薄的区域集中着大量的神经细胞胞体,导致其呈现灰色;其下的称为白质,多为神经细胞的轴突,呈现白色(见图中标蓝色的部分)。而由于神经细胞的轴突一般较长,能够跨越较长的距离与其他树突相连,因此又有白质连接束之称。

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说了这么多,只是为了说明一个事实,那就是大脑皮层的重要神经活动,主要是在灰质部分完成的,它承担了大部分的计算、推理和认知任务。然而在形态学上,它只有薄薄一层。人类大脑的另一个结构则有效增大了这一层组织的面积,它就是所谓的“褶皱”。你可以想象把一张纸揉成一团,它在表面积不变的情况下,体积就会缩小。大脑的褶皱就是这样。

这时再想一个问题,我们一直说的所谓“脑区”,它应该是用来形容一个体积结构呢?还是用来形容一个表面的结构更准确呢?显然,如果我们要研究大脑的功能,就应该更加关注它在“灰质皮层”上的区域分割,而不是粗略地说围绕某个坐标做一个球,这个球内怎么怎么样。

皮层褶皱的点云渲染

出于这样的目的,我就做了这样一个渲染各个脑区的可视化工具。与之前不同的是,它不再笼统地渲染各个子区域,而是试图通过密集的点云,来勾画出脑皮层的褶皱结构。

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上图展示了 Precentral Gyrus 脑区的可视化效果,左图是使用新方法进行皮层褶皱渲染,右图是笼统的体积脑区渲染。显而易见的,左图能够较为准确地展示出皮层的褶皱形状,而右图就差点意思,尽管它也很准确。

下面是其他脑区的褶皱形状。想要看更多的区域,可以光临我的前端工具

Vertices Render

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数据来源

本工具地数据来源是 freesurfer 工具提供的 fsaverage 模版的皮层模型。它的优点是保持脑皮层的卷曲结构,并且按照不同的脑区划分方案,将皮层分割开来。

由于脑区划分的标准不同,不同划分方案得到的划分粒度也不同。常见的有 Brodmann 和 Aparc 等

Brodmann areas

CorticalParcellation - Free Surfer Wiki

本文所提供的工具使用了粒度较为精细的 aparc-sub 划分方案,它将整个大脑皮层划分为若干大区,在此基础上,各个大区被进一步分割为若干子区。

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在子区内的脑皮层以点云的形式表示,也就是说,它在皮层上均匀地进行采样,采样距离越小,则越能体现皮层原有的褶皱形状。

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参考资料

[1]

前端工具: https://observablehq.com/@listenzcc/vertices-render

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后端

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张春成
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