磁共振成像新技術(shù)“看清”大腦神經(jīng)活動 可在毫秒級時間尺度上進(jìn)行監(jiān)測

韓國研究團(tuán)隊開發(fā)出一種新方法，可使用磁共振成像(MRI)在毫秒級時間尺度上，非侵入性地跟蹤大腦信號的傳播。這項發(fā)表于《科學(xué)》雜志的最新研究有望給了解大腦帶來革命性突破。

依賴血氧水平的功能磁共振成像(fMRI)用于獲取活人的大腦圖像。這項技術(shù)并不是直接觀察神經(jīng)元活動，而是通過一項指標(biāo)追蹤大腦中血流的變化，即血氧水平依賴效應(yīng)。在實踐中，通常在幾秒鐘內(nèi)，依賴血氧水平的fMRI會隨著時間的推移產(chǎn)生多幅圖像。在這項新研究中，研究人員沒有用到任何全新的儀器設(shè)備，而只是修改了磁共振腦部掃描的方式。

這項新技術(shù)名為神經(jīng)元活動直接成像(DIANA)，其工作原理是對傳統(tǒng)的MRI機(jī)器進(jìn)行改造，以更快的速度，在毫秒級別生成一系列局部圖像。這一速度相當(dāng)于思維的速度，神經(jīng)信號傳遞在毫秒級別，整個認(rèn)知、決策等活動只需要0.1秒。然后，研究人員將這些局部圖像拼接在一起，以獲得每個時間點(diǎn)的大腦橫截面的完整視圖。

為了看看他們是否可以通過這種方法識別大腦活動的任何信號，研究人員將麻醉的老鼠放入MRI掃描儀中，然后用電流輕輕敲擊其面部的胡須墊。他們發(fā)現(xiàn)，在電擊后25毫秒左右，他們的技術(shù)產(chǎn)生的圖像在體感皮層(感知胡須刺激的小鼠大腦部分)中記錄了某種信號。

進(jìn)一步探索發(fā)現(xiàn)，DIANA信號實際上隨著時間的推移而移動。它在敲擊胡須墊后大約10毫秒出現(xiàn)在稱為丘腦的大腦區(qū)域，在大約25毫秒時移動到體感皮層的一個部分，然后在幾毫秒后在體感皮層的另一部分出現(xiàn)。

通過使用電生理學(xué)和光遺傳學(xué)等侵入性技術(shù)對同一大腦區(qū)域進(jìn)行測量，研究小組表明，DIANA信號實際上是在追蹤神經(jīng)元活動對胡須刺激的反應(yīng)。

到目前為止，這項新技術(shù)只在小鼠身上進(jìn)行了測試，但研究人員已經(jīng)將其稱為“游戲規(guī)則的改變者”，這表明它可能會改變科學(xué)家研究大腦的方式，并可能導(dǎo)致對大腦工作原理的新理解。

總編輯圈點(diǎn)

功能性核磁共振成像這一技術(shù)革新了人類對大腦的認(rèn)識，但要揭開大腦神經(jīng)功能的秘密，其空間和時間分辨率仍有待提高。研究團(tuán)隊的解決方案，是每隔幾毫秒就拍攝一張?zhí)囟X區(qū)橫截面圖像，然后將局部的圖像拼接起來。這種方法在小鼠實驗中已得到可行性驗證，追蹤到了神經(jīng)元活動對刺激的反應(yīng)。未來，它有潛力應(yīng)用于對人腦的研究。這是一項革命性的突破，但并沒有用到任何全新的儀器設(shè)備，科研人員靠著改進(jìn)軟件，將MRI的檢測時間分辨率提升至毫秒級別。(科技日報實習(xí)記者 張佳欣)

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