磁共振成像新技術(shù)“看清”大腦神經(jīng)活動(dòng)
科技日?qǐng)?bào)北京10月19日電 （實(shí)習(xí)記者張佳欣）韓國(guó)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種新方法，可使用磁共振成像（MRI）在毫秒級(jí)時(shí)間尺度上，非侵入性地跟蹤大腦信號(hào)的傳播。這項(xiàng)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(xiàng)技術(shù)并不是直接觀察神經(jīng)元活動(dòng)，而是通過一項(xiàng)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(shí)踐中，通常在幾秒鐘內(nèi)，依賴血氧水平的fMRI會(huì)隨著時(shí)間的推移產(chǎn)生多幅圖像。在這項(xiàng)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(xiàng)新技術(shù)名為神經(jīng)元活動(dòng)直接成像（DIANA），其工作原理是對(duì)傳統(tǒng)的MRI機(jī)器進(jìn)行改造，以更快的速度，在毫秒級(jí)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(hào)傳遞在毫秒級(jí)別，整個(gè)認(rèn)知、決策等活動(dòng)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(gè)時(shí)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(shí)別大腦活動(dòng)的任何信號(hào)，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(hào)。
進(jìn)一步探索發(fā)現(xiàn)，DIANA信號(hào)實(shí)際上隨著時(shí)間的推移而移動(dòng)。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(shí)移動(dòng)到體感皮層的一個(gè)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(duì)同一大腦區(qū)域進(jìn)行測(cè)量，研究小組表明，DIANA信號(hào)實(shí)際上是在追蹤神經(jīng)元活動(dòng)對(duì)胡須刺激的反應(yīng)。
到目前為止，這項(xiàng)新技術(shù)只在小鼠身上進(jìn)行了測(cè)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(huì)改變科學(xué)家研究大腦的方式，并可能導(dǎo)致對(duì)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(duì)大腦的認(rèn)識(shí)，但要揭開大腦神經(jīng)功能的秘密，其空間和時(shí)間分辨率仍有待提高。研究團(tuán)隊(duì)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(shí)驗(yàn)中已得到可行性驗(yàn)證，追蹤到了神經(jīng)元活動(dòng)對(duì)刺激的反應(yīng)。未來，它有潛力應(yīng)用于對(duì)人腦的研究。這是一項(xiàng)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(cè)時(shí)間分辨率提升至毫秒級(jí)別。
