磁共振成像新技术“看清”大脑神经活动

韩国研究团队开发了一种新方法，可以使用磁共振成像(MRI)在毫秒级范围内无创跟踪大脑信号的传播。发表在《科学》杂志上的最新研究有望为理解大脑带来革命性的突破。

功能磁共振成像(fMRI)依赖于血氧水平，用于获取活人的大脑图像。这种技术并不直接观察神经元的活动，而是通过一个指标，即血氧水平依赖效应，来跟踪大脑中血流的变化。在实践中，通常在几秒钟内，依赖于血氧水平的fMRI会随着时间的推移产生多个图像。在这项新的研究中，研究人员没有使用任何全新的设备，只是修改了核磁共振大脑扫描的方式。

这种新技术被称为神经元活动的直接成像，其工作原理是改造传统的MRI机，以更快的速度生成一系列毫秒级的局部图像。这个速度相当于思考的速度。神经信号以毫秒为单位传递，整个认知和决策活动只需要0.1秒。然后，研究人员将这些部分图像拼接在一起，以获得每个时间点大脑横截面的完整视图。

为了看看他们能否通过这种方法识别大脑活动的任何信号，研究人员将麻醉的小鼠放入核磁共振扫描仪，然后用电流轻拍它们脸上的胡须垫。他们发现，电击后大约25毫秒，他们的技术产生的图像在体感皮层中记录了某种信号。

进一步的探索表明，戴安娜信号实际上是随时间移动的。它在击中胡须垫后大约10毫秒出现在大脑中称为丘脑的区域，大约25毫秒移动到体感皮层的一部分，几毫秒后出现在体感皮层的另一部分。

通过使用电生理学和光遗传学等侵入性技术来测量同一个大脑区域，研究小组表明，DIANA信号实际上是在跟踪神经元活动对胡须刺激的反应。

到目前为止，这项新技术只在老鼠身上进行了测试，但研究人员称之为“游戏规则改变者”，这表明它可能会改变科学家研究大脑的方式，并可能导致对大脑如何工作的新理解。

主编圈

功能磁共振成像(fMRI)彻底改变了人类对大脑的认识，但其空间和时间分辨率仍需提高，以揭示大脑神经功能的秘密。研究小组的解决方案是每隔几毫秒拍摄一张特定大脑区域的横截面图像，然后将局部图像拼接在一起。该方法的可行性在小鼠实验中得到了验证，并跟踪了神经元活动对刺激的反应。在未来，它有潜力应用于人脑的研究。这是一个革命性的突破，但它没有使用任何全新的仪器设备。通过改进软件，研究人员已经将磁共振成像的检测时间分辨率提高到毫秒级。