發布日期：2019-04-26
信息從感覺器官輸入，在腦內(nei)傳遞和(he)處理(li)，最終產(chan)生記憶、情緒和(he)行為(wei)。然而，目前腦科學家們探索大腦奧秘，卻(que)沒有完整(zheng)的“大腦交通圖”可以(yi)參考。4月25日，浙江大學醫學院系統神(shen)經與認知科學研究所教(jiao)授(shou)王(wang)菁團隊在《科學?進展》雜志上發表文章，獲(huo)得腦網絡(luo)研究方法(fa)的新突(tu)破。
他們借助7T功(gong)能(neng)磁(ci)共振系統(tong)（fMRI）的(de)(de)巨大成像優勢，并結合紅(hong)外光神經刺激，開發出紅(hong)外光神經刺激功(gong)能(neng)磁(ci)共振整合技術（INS-fMRI），并首次在活體腦(nao)中獲(huo)得亞毫米級的(de)(de)腦(nao)連接組，使我們能(neng)更(geng)快速(su)、更(geng)系統(tong)、更(geng)清(qing)晰地看清(qing)“大腦(nao)交通圖(tu)”，了解信息的(de)(de)傳遞。
“就(jiu)好比，我(wo)們不僅能知(zhi)道(dao)(dao)一個快遞從杭州市浙江大學某實驗樓(lou)(lou)出發到了(le)北京市，還能知(zhi)道(dao)(dao)它到的是哪(na)個轄區，哪(na)條街道(dao)(dao)，甚至(zhi)哪(na)幢(chuang)樓(lou)(lou)的哪(na)一樓(lou)(lou)層”，文章(zhang)的第一作(zuo)者徐國華(hua)介紹說。
以(yi)往用于繪(hui)制腦連接的解(jie)剖(pou)學方法，通(tong)常是在大腦的幾個起始位(wei)置注(zhu)射染(ran)料，需要(yao)幾周的時間讓染(ran)料運輸并給神經連接“上(shang)色”。
此次王菁團隊發(fa)明的(de)新技術結合了(le)激(ji)光(guang)刺激(ji)和磁共振功能成像，快速地以三維形式呈現，在(zai)1-2小時(shi)的(de)掃描中(zhong)即可(ke)獲得腦功能連接的(de)初步結果，極大(da)地方便了(le)研(yan)究全腦尺度各腦區(qu)的(de)響應程度，可(ke)以在(zai)單天(tian)實(shi)驗中(zhong)快速進行連接組的(de)研(yan)究。徐國(guo)華(hua)介紹說(shuo)：“與其慢慢地給公路上色，不如從杭州寄(ji)出一堆快遞，在(zai)很快的(de)時(shi)間內我們就可(ke)以知道(dao)它們都到了(le)哪(na)些城(cheng)市。”
“另(ling)外，INS-fMRI技術的好處，不只是快速，還(huan)在于方便了活體研究，大大減少使(shi)用動物的數量，并且可以(yi)對同一動物進(jin)行(xing)多次、持續的跟(gen)蹤研究，例如研究大腦發育。
早年，王菁受到人工耳蝸研究(jiu)中啟用激(ji)光代(dai)替(ti)電流激(ji)活(huo)神經(jing)元的(de)(de)(de)啟發，開始了這方面研究(jiu)，成為(wei)最早將紅外光刺(ci)激(ji)引入到大腦研究(jiu)中的(de)(de)(de)科學家(jia)。這一(yi)轉(zhuan)變的(de)(de)(de)意義在于紅外光脈沖將能量傳遞到極小(xiao)的(de)(de)(de)空間，從而實(shi)現精準刺(ci)激(ji)，并引起連接(jie)點響(xiang)應的(de)(de)(de)空間特異性。
他們(men)的(de)研究實現了(le)高空間分(fen)辨率。當使用超高場（7特斯拉(la)）磁共(gong)振成(cheng)像時，這些(xie)響應位置(zhi)可以在亞毫米級(ji)分(fen)辨率上呈現。“我們(men)將紅外光這一(yi)刺激方法(fa)與功能磁共(gong)振相結合，并在世界上首次提出(chu)了(le)這一(yi)實驗方法(fa)。”王菁說。
“該方法可以(yi)被用于系統性地逐個刺激皮層功能(neng)柱，從而全(quan)面地描繪靈長類亞(ya)毫米水平連(lian)接(jie)(jie)(jie)組。”王菁介紹說，這項新技術將為繪制高分(fen)辨率功能(neng)柱的(de)全(quan)腦(nao)網絡圖奠(dian)定基礎，為大(da)規(gui)模全(quan)腦(nao)功能(neng)連(lian)接(jie)(jie)(jie)研究(jiu)開(kai)啟(qi)大(da)門。通過厘清各(ge)個功能(neng)柱之間的(de)連(lian)接(jie)(jie)(jie)，將極(ji)大(da)地幫助我(wo)們(men)理解(jie)靈長類大(da)腦(nao)的(de)工作原理以(yi)及腦(nao)疾病，將促進(jin)神經科學(xue)、心(xin)理學(xue)、醫學(xue)和(he)人工智(zhi)能(neng)等(deng)領域(yu)的(de)發展(zhan)。
在(zai)文章中(zhong)，課題組報道(dao)了兩個應用范例，分別對應研究(jiu)全腦(nao)尺度的(de)(de)長(chang)程(cheng)連(lian)接(jie)(jie)，以及局部范圍內的(de)(de)高分辨率(lv)短程(cheng)連(lian)接(jie)(jie)。實驗證(zheng)明了這一新方(fang)法的(de)(de)應用將可能(neng)幫助(zhu)我們深入(ru)理解(jie)大腦(nao)的(de)(de)連(lian)接(jie)(jie)方(fang)式和工(gong)作原理，繼而更好(hao)地理解(jie)疾病(bing)和精準調控相關腦(nao)結構和功能(neng)。
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來源：科學網
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