在哺乳动物的大脑中,岛叶是参与味觉感知的主要皮质基质。最近对啮齿动物的成像研究发现,岛叶中存在“味觉”组织,其中不同的岛叶区域对五种基本味觉中的一种有选择性地反应。然而,许多对猴子的研究报告称,味觉皮质神经元对多种味觉具有广泛的调节作用,而且味觉并不表现在离散的空间位置上。迄今为止,人类的神经成像研究无法区分这两种模型,尽管这可能是因为迄今为止味觉研究中使用的空间分辨率相对较低。在本研究中,我们使用高磁场强度(7 特斯拉)下的超高分辨率功能性磁共振成像 (MRI) 检查了人类大脑中味觉的空间表征。在扫描过程中,男性和女性参与者品尝了甜味、咸味、酸味和无味的液体,这些液体通过定制的 MRI 兼容味觉传递系统传递。我们的单变量分析显示,所有味道(与无味相比)都会激活双侧背部中岛叶内的初级味觉皮层,但没有一个大脑区域表现出对任何一种味道的一致偏好。然而,我们的多变量探照灯分析能够可靠地解码这些中岛叶区域以及涉及影响和奖励的大脑区域(如纹状体、眶额皮质和杏仁核)内不同味道的身份。这些结果表明,味觉质量不是通过地形来表示的,而是由分布式群体代码表示的,无论是在初级味觉皮层中,还是在涉及处理味觉的享乐和厌恶特性的区域内。
摘要:磁共振成像(MRI)是一种重要的医学成像技术,以其能够提供具有显着软组织对比的人体高分辨率图像的能力而闻名。这使医疗保健专业人员能够对人体的各个方面(包括形态学,结构完整性和生理过程)获得宝贵的见解。定量成像提供了人体的组成测量,但是目前,要么需要长时间的扫描时间或仅限于低空间分辨率。不足采样的K空间数据采集大大帮助减少了MRI扫描时间,而压缩感应(CS)和深度学习(DL)重建已减轻了相关的不足采样伪像。另外,磁共振指纹(MRF)提供了一个有效且通用的框架,可以从单个快速MRI扫描中同时获取和量化多个组织性能。MRF框架涉及四个关键方面:(1)脉冲序列设计; (2)快速(未采样)数据采集; (3)在MR信号演化或指纹中编码组织特性; (4)同时恢复多个定量空间图。本文提供了对MRF框架的广泛文献综述,解决了与这四个关键方面相关的趋势。MRF在所有磁场强度和所有身体部位的范围内都面临特定的挑战,这可以为进一步研究提供机会。我们旨在回顾MRF的每个关键方面的最佳实践,以及不同的应用,例如心脏,大脑和肌肉骨骼成像等。对这些应用的全面审查将使我们能够评估未来趋势及其对将MRF转化为这些生物医学成像应用的影响。
电磁场(3-0-0)UPCEE303先决条件:1。Mathematics-I 2。数学课程结局在课程结束时,学生将展示能力1。了解电磁的基本定律。2。在静态条件下获得简单配置的电场和磁场。3。分析时间变化的电场和磁场。4。以不同形式和不同的媒体了解麦克斯韦方程。5。了解EM波的传播。模块1:(08小时)坐标系统与转换:笛卡尔坐标,圆形圆柱坐标,球形坐标。向量计算:差分长度,面积和体积,线,表面和体积积分,DEL操作员,标量的梯度,矢量和散射定理的差异,矢量和Stoke定理的卷曲,标量的Laplacian。模块2:(10小时)静电场:库仑定律,电场强度,电场,线,线,表面和体积电荷引起电流的边界条件。静电边界值问题:泊松和拉普拉斯方程,独特定理,求解泊松和拉普拉斯方程的一般程序,电容。磁边界条件。教科书:模块3:(06小时)Magneto静态场:磁场强度,生物 - 萨瓦特定律,Ampere的电路Law-Maxwell方程,Ampere定律的应用,磁通量密度 - 最大的方程。Maxwell方程,用于静态场,磁标量和向量电势。模块4:(10小时)电磁场和波传播:法拉第定律,变压器和运动电磁力,位移电流,麦克斯韦方程,最终形式,时谐波场。电磁波传播:有损耗的电介质中的波传播,损耗中的平面波较少介电,自由空间,良好的导体功率和poynting矢量。
电磁场(3-0-0) 先决条件:1. 数学-I 2. 数学-II 课程成果 课程结束时,学生将展示以下能力:1. 理解电磁学的基本定律。2. 在静态条件下获得简单配置的电场和磁场。3. 分析时变电场和磁场。4. 理解不同形式和不同介质中的麦克斯韦方程。5. 了解电磁波的传播。模块 1:(08 小时)坐标系与变换:笛卡尔坐标、圆柱坐标、球坐标。矢量微积分:微分长度、面积和体积、线、表面和体积积分、Del 算子、标量的梯度、矢量散度与散度定理、矢量旋度与斯托克斯定理、标量的拉普拉斯算子。模块 2:(10 小时)静电场:库仑定律、电场强度、点电荷、线电荷、表面电荷和体积电荷产生的电场、电通量密度、高斯定律 - 麦克斯韦方程、高斯定律的应用、电势、E 和 V 之间的关系 - 麦克斯韦方程和电偶极子与通量线、静电场中的能量密度、电流和电流密度、点形式的欧姆定律、电流的连续性、边界条件。静电边界值问题:泊松和拉普拉斯方程、唯一性定理、求解泊松和拉普拉斯方程的一般程序、电容。模块 3:(06 小时)磁静场:磁场强度、毕奥-萨伐尔定律、安培电路定律-麦克斯韦方程、安培定律的应用、磁通密度-麦克斯韦方程。麦克斯韦静场方程、磁标量和矢量势。磁边界条件。模块 4:(10 小时)电磁场和波传播:法拉第定律、变压器和运动电磁力、位移电流、最终形式的麦克斯韦方程、时谐场。电磁波传播:有损电介质中的波传播、无损电介质中的平面波、自由空间、良导体功率和坡印廷矢量。教科书:
近年来,金刚石中的氮空位 (NV) 中心已经成为一个类似原子的系统,在精密测量、量子信息处理和量子基础研究方面有许多应用。在本文中,我们重点研究了 NV 中心作为光激发和局部温度传感的函数的特性。为了证明 NV 中心对基础科学研究和技术应用的巨大潜力,对 NV − 缺陷中心,特别是在各种光激发下的了解仍然不足。在本文中,我们探讨了影响 NV − 中心 ODMR 信号的几个因素,例如微波辐射源的功率、磁场强度、光激发强度和光学系统的检测效率。用于这些实验的光谱方法称为光学检测磁共振 (ODMR)。实验旨在测量不同类型样品在不同光激发强度下NV − 中心的对比度特性,并通过能级模拟模型估计能级间的布居分布,从而得到实验结果。这些观察结果和模型为理解不同光激发下NV 中心成像的对比度分析提供了良好的理解,也为改进NV − 检测奠定了基础。之后,利用实验所得知识,采用第 3 1 章中提出的无背景成像技术,该方法被用于绘制神经元细胞培养中接种的纳米金刚石的图像。为了了解不同光激发强度下NV − 中心对比度的一般特征,对多个单晶样品进行了实验,并在第 4 章中报告了实验结果。第 5 章研究了NV − 中心的温度检测特性。介绍了一种称为跳频法的新方法来检测所需表面的局部温度变化。该方法首先在单晶金刚石样品上进行测试,然后在纳米金刚石上进行测试。最后,该技术被应用于测量局部温度变化的实际问题
电磁场(3-0-0) 先决条件:1. 数学-I 2. 数学-II 课程成果 课程结束时,学生将展示以下能力:1. 理解电磁学的基本定律。2. 在静态条件下获得简单配置的电场和磁场。3. 分析时变电场和磁场。4. 理解不同形式和不同介质中的麦克斯韦方程。5. 了解电磁波的传播。模块 1:(08 小时)坐标系与变换:笛卡尔坐标、圆柱坐标、球坐标。矢量微积分:微分长度、面积和体积、线、表面和体积积分、Del 算子、标量的梯度、矢量散度与散度定理、矢量旋度与斯托克斯定理、标量的拉普拉斯算子。模块 2:(10 小时)静电场:库仑定律、电场强度、点电荷、线电荷、表面电荷和体积电荷产生的电场、电通量密度、高斯定律 - 麦克斯韦方程、高斯定律的应用、电势、E 和 V 之间的关系 - 麦克斯韦方程和电偶极子与通量线、静电场中的能量密度、电流和电流密度、点形式的欧姆定律、电流的连续性、边界条件。静电边界值问题:泊松和拉普拉斯方程、唯一性定理、求解泊松和拉普拉斯方程的一般程序、电容。模块 3:(06 小时)磁静场:磁场强度、毕奥-萨伐尔定律、安培电路定律-麦克斯韦方程、安培定律的应用、磁通密度-麦克斯韦方程。麦克斯韦静场方程、磁标量和矢量势。磁边界条件。模块 4:(10 小时)电磁场和波传播:法拉第定律、变压器和运动电磁力、位移电流、最终形式的麦克斯韦方程、时谐场。电磁波传播:有损电介质中的波传播、无损电介质中的平面波、自由空间、良导体功率和坡印廷矢量。教科书:
摘要 目的。检测神经信号的方法涉及侵入性、时空分辨率和记录的神经元或脑区数量之间的折衷。基于电极的探针提供了出色的响应,但通常需要经颅布线并捕获有限神经元群的活动。脑电图和脑磁图等非侵入性方法分别提供场电位或生物磁信号的快速读数,但具有空间限制,禁止从单个神经元进行记录。增强神经源性磁场的细胞大小的装置可用作基于磁的模式的原位传感器,并提高检测跨多个脑区不同信号的能力。方法。我们设计并建模了一种能够与单个神经元形成紧密电磁连接的装置,从而通过驱动电流通过纳米制造的电感元件将细胞电位的变化转化为磁场扰动。主要结果。我们使用从体外膜片钳神经元获取的信号和几何形状进行真实的有限元模拟,对设备性能进行了详细的量化,并展示了该设备产生可通过现有模式读取的磁信号的能力。我们将设备的磁输出与内在神经元磁场 (NMF) 进行了比较,并表明单个神经元的传导磁场强度在峰值时高出三倍多(1.62 nT vs 0.51 nT)。重要的是,我们报告了典型体素 (40 × 40 × 10 µ m) 内传导磁场输出的空间增强,比内在 NMF 强度高出 250 倍以上(0.64 nT vs 2.5 pT)。我们使用此框架根据纳米制造约束和材料选择对设备性能进行优化。意义。我们的量化为合成和应用用于检测大脑活动的电磁传感器奠定了基础,可以作为在单细胞水平上量化记录设备的通用方法。
核磁共振 (NMR) 是对原子核磁特性的光谱研究。原子核的质子和中子具有与其核自旋和电荷分布相关的磁场。共振是一种能量耦合,当单个原子核被置于强外部磁场中时,它会选择性地吸收并随后释放这些原子核及其周围环境所特有的能量。自 20 世纪 40 年代以来,NMR 信号的检测和分析已作为化学和生物化学研究中的分析工具得到了广泛的研究。NMR 不是一种成像技术,而是一种提供有关放置在小体积、高场强磁性装置中的样本的光谱数据的方法。在 20 世纪 70 年代初,人们意识到磁场梯度可用于定位 NMR 信号并生成显示质子磁特性的图像,反映临床相关信息,再加上技术进步和“体型”磁体的发展。随着 20 世纪 80 年代中期临床成像应用的增多,“核”含义被抛弃,磁共振成像 (MRI) 及其大量相关缩略词开始被医学界普遍接受。随着磁场强度更高的磁铁以及解剖、生理和光谱研究的改进,MR 应用的临床意义不断扩大。对软组织差异的高对比敏感度以及使用非电离辐射对患者的固有安全性是 MRI 取代许多 CT 和投影射线照相方法的主要原因。随着图像质量、采集方法和设备设计的不断改进,MRI 通常是检查患者解剖和生理特性的首选方式。但它也存在缺点,包括设备和选址成本高、扫描采集复杂、成像时间相对较长、图像伪影明显、患者幽闭恐惧症以及 MR 安全问题。本章回顾了磁学的基本特性、共振概念、组织磁化和弛豫事件、图像对比度的生成以及获取图像数据的基本方法。第 13 章讨论了高级脉冲序列、图像特征/伪影的说明、MR 波谱、MR 安全性和生物效应。
•MRI发射或传输/接收RF身体线圈:植入Spectra Wavewriter SCS系统的患者不应经过MRI发射或发送/接收RF身体线圈。RF身体线圈暴露可能会导致明显的加热和/或组织损伤,尤其是在植入物的近端和远端部分附近。RF车身线圈暴露会损坏IPG电子设备,可能需要更换设备。RF身体线圈暴露也可能通过导线和刺激器引起电压诱导,从而导致意外刺激,患者可以作为刺痛,令人震惊或搅动的感觉经历。•MRI传输/接收RF头圈:Spectra Wavewriter SCS系统是“ MR条件”。An MRI examination of the head only (no other part of the body) can be conducted safely using only a 1.5 Tesla horizontal closed-bore whole-body MRI system that is configured to use its 1.5T transmit/receive radio frequency (RF) head coil for the MRI scan when all instructions in the supplemental manual “ImageReady™ MRI Guidelines for Spectra WaveWriter Spinal Cord Stimulator System” are followed.在进行本补充手册中的信息之前,重要的是在进行本补充手册中的信息,或者建议对具有Spectra Wavewriter SCS系统的患者进行MRI检查。波士顿科学网站(www.bostonscientific.com和www.bostonscientific-elabeling.com)出现在波士顿科学网站上的“ Spectra Waveworter脊髓刺激器系统的ImageReady™MRI指南”手册。•外部设备:Spectra Wavewriter外部组件(例如,外部试验刺激器,遥控器,电池充电器)是MR不安全的。使用开放式MRI系统对具有Spectra WaveWriter SCS系统的患者进行的MRI检查,或者尚未评估其他静态磁场强度(高或更低)的MRI系统的其他类型的MRI系统,因此不应进行。They must not be taken into any MR environment such as the MRI scanner.
背景。中子星被超强电磁场有效加速的超相对论粒子所包围。这些粒子通过曲率、同步加速器和逆康普顿辐射大量发射高能光子。然而,到目前为止,还没有任何数值模拟能够处理这种极端情况,即非常高的洛伦兹因子和接近甚至超过量子临界极限 4.4 × 109T 的磁场强度。目的。本文旨在研究旋转磁偶极子中的粒子加速和辐射反应衰减,其实际场强为 105 T 至 1010 T,这是毫秒和年轻脉冲星以及磁星的典型场强。方法。为此,我们在简化的 Landau-Lifshitz 近似中实现了一个精确的分析粒子推动器,包括辐射反应,其中假设电磁场在一个时间步长积分期间在时间上恒定而在空间上均匀。使用速度 Verlet 方法执行位置更新。我们针对时间独立的背景电磁场(如交叉电场和磁场中的电漂移以及偶极子中的磁漂移和镜像运动)对我们的算法进行了广泛的测试。最后,我们将其应用于真实的中子星环境。结果。我们研究了粒子加速以及辐射反应对插入毫秒脉冲星、年轻脉冲星和磁星周围的电子、质子和铁核的影响,并与没有辐射反应的情况进行了比较。我们发现最大洛伦兹因子取决于粒子种类,但与中子星类型的影响很小。电子的能量高达 γ e ≈ 10 8 − 10 9 ,而质子的能量高达 γ p ≈ 10 5 − 10 6 ,铁的能量高达 γ ≈ 10 4 − 10 5 。虽然质子和铁不受辐射反应的影响,但电子的速度却急剧下降,使其最大洛伦兹因子降低了四个数量级。我们还发现,在几乎所有情况下,辐射反应极限轨迹都与简化的朗道-利夫希茨近似非常吻合。
