Toulouse - Sylvie LORTHOIS - Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse // neuro

Sylvie LORTHOIS



http://www.imft.fr/page_perso/lorthois/index.html

Chargée de Recherche CNRS
Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse (UMR CNRS 5502)
Groupe d'Etude sur les Milieux Poreux

Mail : lorthois@imft.fr
Tel : (33) 5 61 28 58 74
Fax : (33) 5 61 28 59 93

Octobre 2001 : Chargée de Recherches CNRS

Activités de recherche :

Mes travaux ont porté sur différents aspects biomécaniques des micro- ou macrocirculations cérébrales. Ils ont fait l'objet d'une approche pluridisciplinaire associant les concepts et les outils de la Mécanique des Fluides à des interrogations de portée médicale, concernant principalement l'imagerie fonctionnelle cérébrale et la physiopathologie des maladies cérébrovasculaires.

Depuis Octobre 2001, je m'intéresse aux relations structure / fonction en microcirculation et aux implications concernant l'Imagerie fonctionnelle cérébrale. Dans ce cadre, afin de mieux comprendre l'architecture des réseaux microvasculaires cérébraux matures, je m'intéresse à la morphogenèse de ces réseaux.

Encadrement (Masters et Doctorants) :

Isabelle GILLIERON : Stage de DEA de Dynamique des Fluides, Université Paul Sabatier (2002) : "Etude théorique du transport de l’aimantation dans un microvaisseau soumis à un champ magnétique temporellement variable". Encadrement à 90% en collaboration avec F. Cassot.
Tania EGUIENTA : Stage de Master Recherche de Dynamique des Fluides, Ecole Nationale Supérieure de Construction Aéronautique (2005) : "Simulation de l'écoulement sanguin micro-vasculaire dans des réseaux de grande taille". Encadrement à 90% en collaboration avec F. Cassot.
Ian BILLANOU : Stage de Master Recherche,  Ecole Polytechnique Universitaire de Marseille (2006) : "Etude expérimentale de l'écoulement sanguin en microcanaux". Encadrement à 50% en collaboration avec P. Duru.

Mélanie CASTETS : Doctorat de Dynamique des fluides, INPT (2003-2005) : "Transport de l'aimantation dans la microcirculation sanguine cérébrale : Application à l'Imagerie par Résonance Magnétique fonctionnelle (IRMf)". Encadrement à 90% en collaboration avec F. Cassot.
Gaëlle GUILLEMOT : Thèse SEVAB au Laboratoire de Biologie et Bioprocédés (2003-2006) : "Compréhension des mécanismes à l’origine de l’adhésion de Saccharomyces cerevisiae sur acier inoxydable. Implications pour l’hygiène des surfaces en industrie agroalimentaire". Encadrement à 10% en collaboration avec Ph. Schmitz et M. Mercier-Bonin.
Matthieu ADOUE : Thèse SEVAB au Laboratoire de Biologie et Bioprocédés (2004-2007) : "Etude de la formation du film primaire en milieu marin : incidence sur l'adhesion des micro organismes". Encadrement à 10% en collaboration avec Ph. Schmitz et M. Mercier-Bonin.
Ian BILLANOU : Doctorat de Dynamique des Fluides, INP Toulouse : "Modélisation expérimentale et théorique pour la quantification du débit sanguin par Tomographie à Emission de Positrons (TEP)". Financement Pierre Fabre - Région Midi-Pyrénées. Encadrement à 70% en collaboration avec M. Quintard et P. Duru.

Collaborations Passées et Présentes :

INSERM U825 "Imagerie cérébrale et handicaps neurologiques", Toulouse
(F. Cassot, F. Lauwers, J.P. Marc-Vergnes, P. Celsis)
Matière et Système Complexes (UMR CNRS 7057), Paris
(V. Fleury, A. Cornelissen)
Institut de Recherches "Pierre Fabre", Toulouse
(J.M. Lagarde, D. Black)
Laboratoire d'Architecture et d'Analyse des Systèmes (UPR CNRS 8001), Toulouse
(M. Dilhan, D. Bourrier)
Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes et des Procédés Biologiques (UMR CNRS 5504), Toulouse
(Ph. Schmitz, M. Mercier-Bonin)
Laboratoire de Modélisation en Mécanique (UMR CNRS 7607), Paris
(P.Y. Lagrée)
Department of Mechanical Engineering, UC Berkeley
(Prof. S.A. Berger)
Department of Radiology, UC San Francisco
(D. Saloner, L.D. Jou)
INSERM U143 "Hémostase, Biologie Vasculaire", Le Kremlin-Bicêtre
(E. Anglés-Cano)

Publications dans des revues

S. Lorthois et  P.-Y. Lagrée : Ecoulement dans un convergent axisymétrique : calcul de la contrainte de cisaillement pariétale maximale, Comptes Rendus de l'Académie des Sciences, Série IIb 2000 : 328, 33-40.
S. Lorthois, P.-Y. Lagrée, J.-P. Marc-Vergnes et F. Cassot : Maximal wall shear stress in arterial stenoses : application to the internal carotid arteries, ASME Journal of Biomechanical Engineering 2000 : 122, 661-666.
S. Lorthois, P. Schmitz et  E. Anglés Cano : Experimental study of fibrin embolization under shear flow, Journal of Adhesion 2000 : 72, 229-239.
S. Lorthois, P. Schmitz et E. Anglés Cano : Experimental study of fibrin/fibrin specific molecular interactions using a sphere/plane adhesion model, Journal of Colloid and Interface Science 2001 : 241, 52-62.
M. Mercier-Bonin, K. Ouazzani, P. Schmitz, S. Lorthois : Study of bioadhesion on a flat plate with a yeast/glass model system, Journal of Colloid and Interface Science 2004 : 271, 342-350.
P.Y. Lagrée et S. Lorthois : The RNS Prandtl equations and their link with other asymptotic descriptions : application to the wall shear stress scaling in a constricted pipe, International Journal of Engineering Science, 2005 : 43, 352-378.
S. Lorthois, J.S. Stroud-Rossman, S.A Berger, L.D. Jou and D. Saloner : Numerical simulation of Magnetic Resonance Angiographies of an anatomically realistic stenotic carotid bifurcation, Annals of Biomedical Engineering, 2005 : 33, 270-283.
M.  Adoue, P.  Bacchin, S. Lorthois, D. Combes, P.  Schmitz and M. Mercier-Bonin : Methodology for analysing macromolecular interactions in the context of marine bacterial  adhesion to stainless steel, Chemical Engineering Research and Design, 2007 : 85(A6), 792-799.
G. Guillemot, S. Lorthois, P. Schmitz and M. Mercier-Bonin. “Evaluating adhesion force between Saccharomyces cerevisiae yeast cells and polystyrene from shear-flow induced detachment experiments”, Chemical Engineering Research and Design, 2007 : 85(A6), 800-807.
A. Al-Kilani, S. Lorthois,  T.-H. Nguyen, F. Le Noble,  A. Cornelissen,  M. Unbekandt,  O. Boryskina, L. Leroy and V. Fleury. “During vertebrate development, arteries exert a morphological control over the venous pattern through physical factors”, Physical Review E, 2008 : 77, 051912 (16 pages).

Actes de Congrès publiés dans des revues

S. Lorthois, D. Houi et E. Anglés-Cano. "Design of an experimental set-up for studying fibrin embolisation under shear flow conditions", Journal of Biomechanics 1998 ; 31 (S.1) : p79 (A).
S. Lorthois, F. Cassot et J.P. Marc-Vergnes. "Taux de cisaillement pariétal maximal dans une sténose carotidienne et fonctionnalité du cercle de Willis", Archives of Physiology and Biochemistry 1998 ; 106 (S.B) : p111 (A).
P.-Y. Lagrée, et S. Lorthois : "Interacting boundary layer flow in a stenosis", Archives of Physiology and Biochemistry 1999 ; Vol 107 : p51 (A).
S. Lorthois, F. Cassot et J.P. Marc-Vergnes : "Maximum wall shear stress in carotid stenoses", Cerebrovascular Diseases 1999 ; 9 (S.1) : pp. 22 (A).
S. Lorthois, P. Schmitz et E. Anglés-Cano : "Experimental estimation of fibrin/fibrin elastic force at rupture", Supplément à la revue "Le vide : science, technique et application" 2000 ; 296 (2/4) : 11-15.
B. de Bruin, P.-Y. Lagrée, S. Lorthois, C. Vilain, A. Veldman : "Comparison of Navier Stokes and Reduced Navier Stokes unsteady computations in a stenosis", Archives of Physiology and Biochemistry 2001 ; 109, p79 (A).
S. Lorthois, J.S. Stroud, S.A. Berger, L.D. Jou, D. Saloner : "Numerical simulation of magnetic resonance angiographies (MRA) of severely stenotic carotid artery bifurcations with realistic shapes", Archives of Physiology and Biochemistry 2002 ; 110 (Supplement September), p78 (A).
M. Castets, S. Lorthois et F. Cassot : "Toward a model of the BOLD effect accounting for microvascular heterogeneity", Archives of Physiology and Biochemistry 2004 ; 112 (Supplement September), p94 (A).
S. Lorthois, F. Cassot et F. Lauwers : "Numerical simulation of blood flow in large microvascular networks of the human cerebral cortex : hemodynamic variations induced by arteriolar vasodilations", Journal of Vascular Research 2006 ; 43(S1), p42 (A).
A. Al-Kilani, S. Lorthois, T.H. Nguyen, F. Le Noble,  A. Cornelissen, L. Leroy and V. Fleury : How arteries directly control the venous pattern through mechanical factors during vascular morphogenesis, Journal of Vascular Research 2008 ; 45(S2), p61 (A).
I. Billanou,S. Lorthois and M. Quintard : A new experimental set-up for the study of tracer exchange between a network of channels and a diffusive matrix: application to kinetic modelling in PET, Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering 2008 ; 11(S1), 35 - 36.

Publications dans des ouvrages

F. Cassot, S. Lorthois et M. Zagzoule : Microvascular networks. In : Verdonk P. (Edt.) Intra and extracorporeal cardiovascular fluid dynamics, Advances in Fluid Mechanics Series, 1998, Southampton, WIT Press
S. Lorthois et P. Schmitz : "Removal of fibrin coated particles from surfaces", In : Mittal K.L. (Edt) Particles on Surfaces 7 : Detection, Adhesion and Removal, 2002, V.S.P. Intl Science, pp. 305-404.

Congrès Internationaux

F. Cassot, S. Lorthois, P. Augros et J.P. Marc-Vergnes. "The interaction between vascular structure and blood flow in a cerebral microvascular network", Fluid-structure interactions in biomechanics, Euromech 344. Londres, Avril 1996.
S. Lorthois, D. Houi et E. Anglés-Cano. "Design of an experimental set-up for studying fibrin embolisation under shear flow conditions", 11ème conférence de l'"European Society of Biomechanics". Toulouse, Juillet 1998.
S. Lorthois, D. Houi, P. Schmitz et E. Anglés-Cano : "Experimental study of fibrin embolization under shear flow", 22ème congrès de l'"Adhesion Society". Panama City Beach, Floride, Février 1999.
S. Lorthois, F. Cassot et J.P. Marc-Vergnes : "Maximum wall shear stress in carotid stenoses", 8th European Stroke Conference. Venise, Italie, Avril 1999.
S. Lorthois, P. Schmitz, D. Houi, E. Anglés-Cano, F. Cassot et J.P. Marc-Vergnes : "Maximal wall shear stress in a carotid stenosis and effect on fibrin fragments embolization", Physiological flows and flow-structure interactions, Euromech 389. Graz, Autriche, Avril 1999.
S. Lorthois, P. Schmitz et E. Anglés-Cano : "Study of fibrin/fibrin interactions using a hydrodynamic method", 23ème congrès de l'"Adhesion Society". Myrtle Beach, Caroline du sud, Février 2000.
S. Lorthois and P. Schmitz : "Removal of fibrin coated particles from surfaces", 7th International Symposium on particles on surfaces: detection, adhesion and removal, Newark, Juin 2000.
S. Lorthois, F. Cassot, J.P. Marc-Vergnes et P.Y. Lagrée : "Maximal wall shear stress in carotid stenoses and functionality of the circle of Willis", 20th International Congress of Theoretical and Applied Mechanics (ICTAM 2000), Chicago, Aout 2000.
S. Lorthois, P. Schmitz et E. Anglés-Cano : "Experimental estimation of fibrin/fibrin elastic force at rupture", 5th European Conference on Adhesion (EURADH’2000), Lyon, Septembre 2000.
P.Y. Lagrée et S. Lorthois : "Reduced Navier Stokes in axisymetrical stenoses", 4th EUROMECH Fluid Mechanics Conference (EFMC2000), Eindhoven, Novembre 2000.
S. Lorthois, J.S. Stroud, S.A. Berger, L.D. Jou, D. Saloner : "Numerical simulation of time of flight (TOF) magnetic resonance angiographies (MRA) of severely stenotic carotid artery bifurcations with realistic shapes", International Society of Biomechanics 28th Congress, Zürich, Juillet 2001.
(P) M. Castets, I. Gilliéron, S. Lorthois et F. Cassot : "An Eulerian approach for the transport of magnetization in functional brain MR imaging", 5th EUROMECH Fluid Mechanics Conference (EFMC2003), Toulouse, Aout 2003.
S. Lorthois, F. Cassot et F. Lauwers : "Numerical simulation of blood flow in large microvascular networks of the human cerebral cortex : hemodynamic variations induced by arteriolar vasodilations", 24th European Conference on Microcirculation, Amsterdam, Aout 2006.
A. Al-Kilani, T.H. Nguyen, S. Lorthois, F. Le Noble, A. Cornelissen, L. Leroy et V. Fleury : Mechanical factors control the transformation of the cis-cis to cis-trans vascular configuration, The 7th ESH Euroconference on Angiogenesis, Albufeira, Portugal, May 2007.
A. Al-Kilani, S. Lorthois, T.H. Nguyen, F. Le Noble,  A. Cornelissen, L. Leroy and V. Fleury : How arteries directly control the venous pattern through mechanical  factors during vascular morphogenesis, 25th European Conference on Microcirculation, Budapest, Hongrie, Aout 2008.

Congrès Nationaux

S. Lorthois, F. Cassot et J.P. Marc-Vergnes. "Taux de cisaillement pariétal maximal dans une sténose carotidienne et fonctionnalité du cercle de Willis", 23ème congrès de la Société de Biomécanique. Lyon, Septembre 1998.
S. Lorthois, P.-Y. Lagrée, F. Cassot, et J.-P. Marc-Vergnes : "Contrainte de cisaillement pariétale maximale dans une sténose artérielle", 14ème Congrès Français de Mécanique. Toulouse, Août 1999.
S. Lorthois, P. Schmitz, D. Houi, et E. Anglés-Cano : "Embolisation d'un caillot de fibrine en écoulement cisaillé : modèle expérimental", 14ème Congrès Français de Mécanique. Toulouse, Août 1999.
P.-Y. Lagrée, et S. Lorthois : "Interacting boundary layer flow in a stenosis", 24ème congrès de la Société de Biomécanique. Beaune, Septembre 1999.
B. de Bruin, P.-Y. Lagrée, S. Lorthois, C. Vilain, A. Veldman : "Comparison of Navier Stokes and Reduced Navier Stokes unsteady computation in a stenosis", 26ème congrès de la Société de Biomécanique. Marseille, Septembre 2001.
S. Lorthois, J.S. Stroud, S.A. Berger, L.D. Jou, D. Saloner : "Numerical simulation of time of flight (TOF) magnetic resonance angiographies (MRA) of severely stenotic carotid artery bifurcations with realistic shapes", 27ème congrès de la Société de Biomécanique. Valenciennes, Septembre 2002.
M. Mercier-Bonin, K. Ouazzani, P. Schmitz et S. Lorthois : Adhésion de levures de boulangerie sur une plaque de verre : influence des conditions environnementales. PROSETIA 2003, Rennes, Mars 2003.
I. Gilliéron, S. Lorthois et F. Cassot : "Etude du transport de l’aimantation dans un capillaire sanguin rectiligne en IRMf", 16ème Congrès Français de Mécanique. Nice, Septembre 2003.
M. Castets, S. Lorthois et F. Cassot : "Transport de l'aimantation en microcirculation sanguine : résolution du problème microscopique", 6ème Journées Milieux Poreux. Toulouse, Novembre 2003.
G. Guillemot, M. Mercier-Bonin, S. Lorthois, P. Schmitz : "Adhésion de la levure Saccharomyces cerevisiae sur une plaque d’acier inoxydable : influence des  caractéristiques énergétiques du microorganisme et du support". PROSETIA 2004, Toulouse, Mars 2004.
M. Castets, S. Lorthois et F. Cassot : "Toward a model of the BOLD effect accounting for microvascular heterogeneity", 28ème congrès de la Société de Biomécanique. Créteil, Septembre 2004.
G. Guillemot, G. Vaca, B. Boissier, S. Lorthois, P. Schmitz, A. Vernhet et M. Mercier-Bonin : "Adhesion de saccharomyces cerevisiae sur differents supports : incidence de l’état physiologique des cellules et de la nature du support". PROSETIA 2005, Villeneuve d'Ascq, Mars 2005.
G. Guillemot, M. Mercier-Bonin, H. Martin-Yken, S. Lorthois et P. Schmitz : "Adhésion de la levure Saccharomyces cerevisiae sur une plaque d’acier inoxydable : application à l’hygiène des surfaces solides", 10ème Colloque de la Société Française de Génie des Procédés, Toulouse, France, Septembre 2005.
G. Guillemot, A. Vernhet, S. Lorthois, P. Schmitz et M. Mercier-Bonin : "Mécanismes biologiques et physiques impliques dans l’adhésion de la levure Saccharomyces cerevisiae sur l’acier inoxydable", 11ème Colloque Prosétia, Paris, France, 13-14 mars 2006.
I. Billanou, P. Duru, S. Lorthois, D. Bourrier et M. Dilhan. “Flow of concentrated red blood cells suspensions in micro-channels : experimental techniques”, 3ème Congrès Français de Microfluidique, Toulouse, France, Décembre 2006.
I. Billanou, S. Lorthois et M. Quintard. “A new experimental set-up for the study of tracer exchange between a network of channels and a diffusive matrix: application to kinetic modelling in PET." 33ème congrès de la Société de Biomécanique. Compiègne, Septembre 2008.

Cerebral micro-vascular networks

• http://www.mecanique-industries.org/index.php?option=article&access=doi&doi=10.1051/meca/2009061
• Mécanique & Industries 10, 255-260 (2009)

DOI: 10.1051/meca/2009061

Le réseau micro-vasculaire structure la distribution de la pression sanguine

Romain Guibert^{1, 2, 3, 4}, Caroline Fonta^{3, 4} et Franck Plouraboué<sup>1, 2

1</sup> Université de Toulouse, INPT, UPS, IMFT (Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse), Allée Camille Soula, 31400 Toulouse, France
² CNRS, IMFT, 31400 Toulouse, France
³ Université de Toulouse, UPS, Centre de Recherche Cerveau et Cognition, 31400 Toulouse, France
⁴ CNRS, CerCo, 31400 Toulouse, France


Reçu le 20 avril 2009 / Publié en ligne 5 août 2009

Abstract - Cerebral micro-vascular networks control the blood pressure distribution when considering in vitro blood rheology models. Blood rheology is complex and non-linear. In small vessels, the effective viscosity variations are important due to red blood cells packing in capillaries, the so-called Fåhræus-Lindquist effect, whilst concomitantly phase segregation appears in bifurcations. Direct numerical simulations of different non-linear rheological models of the blood are performed on realistic three-dimensional micro-vascular networks. These simulations exhibit two significant results. First, various rheological models lead to very similar pressure distribution over the whole range of physiologically relevant hematocrits. Secondly, different models for phase segregation lead to very distinct hematocrit distributions in the micro-vacular network. Nevertheless, the hematocrit distribution very weakly affects the pressure distribution. Hence, our results suggest that the micro-vacular network structure mainly controls the pressure distribution in micro-circulation, whilst the effect of hematocrit distribution is weak.

Résumé - La rhéologie sanguine est complexe et non-linéaire. Elle présente, dans les plus petits vaisseaux, des variations de viscosité effective importantes liées au confinement des globules rouges dans les capillaires et des dissymétries de répartition des globules rouges aux bifurcations. Ces deux effets, appelés effet Fåhræus-Lindquist et ségrégation de phase, conduisent à une modélisation non-linéaire du flux sanguin en réponse à une différence de pression imposée. Le calcul numérique complet de différents modèles non-linéaires de rhéologie sanguine, dans des géométries réelles tridimensionnelles de micro-réseaux vasculaires, permet d'exhiber certaines propriétés remarquables de ces écoulements et de ces modèles. D'une part, nous constatons que différents modèles conduisent à des répartitions de la pression sanguine très proches, pour une gamme d'hématocrite systémique imposée physiologique. D'autre part, différents modèles de ségrégation de phase conduisent à des répartitions d'hématocrite très différentes. Toutefois, la répartition de l'hématocrite n'affecte que très faiblement la répartition de la pression. Ce constat nous montre que c'est la micro-structure vasculaire qui impose la distribution de pression, alors que les variations de viscosité sanguine avec l'hématocrite impactent finalement faiblement sur cette distribution.

Key words: Micro-circulation / blood rheology / Fåhræus-Lindquist effect / cortex / apparent viscosity / phase separation / micro-tomography

Mots clés : Micro-circulation / rhéologie sanguine / effet Fåhræus-Lindquist / cortex / viscosité apparente  / séparation de phase / micro-tomographie

Corresponding author: Romain.Guibert@imft.fr

© AFM, EDP Sciences 2009 //

transport phenomena , red blood cell and capillary

Ecoulement d'hématies en micro-canaux;

Animatrice : S. Lorthois

L'effet de ségrégation de phase au niveau des bifurcations microvasculaires divergentes se traduit par une répartition inégale des globules rouges et du plasma dans les branches de ces bifurcations. Cette ségrégation est donc le principal phénomène contribuant à  l'hétérogénéité de l'hématocrite (fraction volumique de globules rouges) dans les réseaux microvasculaires. Or, la description phénoménologique empirique la plus utilisée, obtenue in vivo, est invalide dans certaines gammes de variations des paramètres, en particulier lorsque le rapport des diamètres des branches filles de la bifurcation est supérieur à deux. Notre objectif est donc de clarifier les relations entre les diamètres des différentes branches de la bifurcation, les débits fractionnaires de globules rouges et de sang dans les branches filles, et l'hématocrite en entrée, pour une large gamme de rapport des diamètres des différentes branches. Pour cela, l'approche retenue est une approche expérimentale in vitro. La partie centrale du dispositif mis au point est composée de micro-bifurcations asymétriques (canaux à section carrées, de l'ordre d'une dizaine de microns de coté), réalisées par la plate forme technologique du LAAS-CNRS, après approbation d'une demande de soutien. Pour générer l'écoulement, le montage expérimental comprend deux pompes à  seringues de précision permettant d'obtenir des débits minimaux de l'ordre de 0,1 nl/min, en mode aspiration. Des pré-manips montrant la faisabilité de l'expérimentation (volumes de travail nécessaires, non-adhésion des globules rouges aux parois, non colmatage des canaux, visualisation des globules rouges) ont été conduites avec des suspensions relativement peu concentrées (hématocrite variant de 2 à 10%. Par la suite, les expériences seront réalisées avec des suspensions concentrées de globules rouges (hématocrite ~ 40%). Les hématocrites (imposé en entrée et obtenus en sortie) seront mesurés par technique optique et/ou spectrophotométrie, après lyse de la membrane globulaire par choc osmotique.

SPM-Haemodynamic Response Function

Generally speaking, cognitive processing is associated with increases in neuronal firing rates. The increased neural activity lead to increased metabolic requirements for the neurons. The onset of neural activity leads to a systematic series of physiological changes in the local network of blood vessels that include changes in the cerebral blood volume per unit of brain tissue (CBV), changes in the rate of cerebral blood flow (CBF), and changes in the concentration of oxyhaemoglobin and deoxyhaemoglobin.

There are different fMRI techniques that can pick up a functional signal corresponding to changes in each of the previously mentioned components of the haemodynamic response. The most common functional imaging signal is the Blood Oxygenation Level Dependent signal (BOLD), which primarily corresponds to the concentration of deoxyhaemoglobin. In simple terms, the magnetic resonance signal comes from exciting hydrogen nuclei with a radiofrequency pulse, and detecting the radio waves emitted as the nuclei return to a lower-energy configuration. Deoxyhaemoglobin has different magnetic properties than oxyhaemoglobin-- it is paramagnetic, which means that it will make the local magnetic field over a microscopic domain inhomogenous. This has the effect of dephasing the signal emitted by the nuclei in this domain, causing destructive interference in the observed MR signal. Over a macroscopic domain (i.e., one functional voxel) greater amounts of deoxyhaemoglobin lead to less signal. The functional BOLD signal is seen as an increase in the MR signal that corresponding to a decrease in the concentration of deoxyhaemoglobin. The decrease of deoxy-Hb is seen because the increase in CBF following neural activity more than accounts for the effect of increased uptake of oxygen.



For the purposes of estimating the BOLD signal in an experimental paradigm, SPM makes use of a canonical haemodynamic response function (HRF). This function is assumed to be the response of the system (as reflected by the MR signal) to a brief, intense period of neural stimulation. The SPM HRF is shown above, and exhibits a rise peaking around 6 sec, followed by an undershoot that persists for a considerable period. The code for this graph is below.

>> RT = 1; hrf = spm_hrf(RT); plot(0:RT:32, hrf);

In this graph, the y-axis is in arbitrary units. A common way to plot the impulse response is in units of percent signal change from a baseline condition. A very robust stimulus (such as a contrast taken between a flickering visual stimulus and no visual stimulus) may produce changes on the order of 2%-4% in the BOLD signal. The change observed in contrasts involving higher-level cognitive processes is typically much smaller.

Ref. http://en.wikibooks.org/wiki/SPM/Haemodynamic_Response_Function