你的大脑拥有 1000 亿个神经元和数万亿个突触，编织着极其复杂的神经网络。它驱动你呼吸、抽搐和涂黄油吐司，然而我们对于大脑如何完成这些简单的任务仍然知之甚少，更不用说它是如何激发意识的了。
为了窥探这块三磅重的肉块内部，科学家们利用了身体的一个微妙特性——对磁场的敏感性。磁共振成像 (MRI) 以惊人的解剖学细节展示了大脑，而其姊妹方法，功能性磁共振成像 (fMRI)，则提供了对工作状态下大脑的洞察。本文我们将探讨神经科学家如何使用这些方法来揭示人脑的新维度。
扩散成像
大脑中纵横交错的彩色线条代表数十亿个神经元轴突——即所谓的大脑白质。这些神经纤维都由一层白色脂肪绝缘，延伸很长距离以在神经元之间传递信息。鲜艳的颜色代表信息传播的方向。
神经科学家可以通过观察大脑内部水分子几乎随机的运动来追踪这些纤维。水分子更倾向于沿着大脑的微观结构移动，而不是跨越障碍物，例如细胞壁。分子的路径揭示了轴突束的存在，这些轴突束可以延伸超过一码长。
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高清晰度纤维束示踪术
为了定义图像中的线条，MRI 机器绘制了大脑中数千个位置的水分子运动，从而揭示了纤维束或纤维束的存在。
扩散成像最近的一项重大进展来自解决神经纤维如何交叉的问题。左侧附近的蜻蜓状元素表示两条或多条相交纤维的方向，而小鱼状椭球体表示一条主要的纤维路径。
磁共振成像
MRI 扫描仪利用氢原子的磁特性来生成人体内部的图像。磁场首先使人体内数十亿个氢原子指向同一方向。然后，扫描仪施加短促的能量脉冲，迫使原子偏离对齐状态。当它们返回到原始位置时，它们以不同的速率返回，从而为各种组织创建磁性特征。在右侧，中风后的大脑扫描显示了一个死亡组织区域，以红色显示。
功能性 MRI 扫描是这些图像的基础，它反映了血管的磁性。当神经元开始活动时，它们会消耗能量，从而增加了流向它们的血液量。最广泛的技术是测量富氧血和贫氧血中铁含量的差异。
脑磁图
当神经元放电时，它们会产生微小的磁场。通过用极其灵敏的磁场探测器包围大脑，神经科学家可以记录神经活动。将脑磁图 (MEG) 数据与同一大脑的 MRI 视图相结合，可以提供解剖学细节。由于 MEG 直接观察神经元的行为，而不是血流，因此它可以以毫秒为单位捕获大脑事件，而 fMRI 扫描则需要几秒钟。
功能连接磁共振成像
与追踪物理连接的扩散成像不同，这些图谱显示了大脑区域如何相互作用。某些区域在完成任务方面有着长期的合作历史，即使它们可能没有通过神经纤维直接连接。当大脑处于静息状态时，这些功能相关的区域也倾向于同步激活。这里的两张图像是从静息状态下的人的 fMRI 扫描编译而成的。
该图表显示了 fMRI 图像如何预测大脑的年龄。球体的颜色反映了其功能，例如处理感觉数据，其大小反映了其预测能力。连接交互区域的线条粗细显示了该连接的强度或弱点在预测特定年龄方面的效果。橙色连接随着大脑年龄的增长而变得更强，而浅绿色连接则随着时间的推移而减弱。
大脑区域的活动根据不同的模式不断变化。底部的图像将这些波动的动态浓缩成一个图形。这里，围绕小绿球的黄色区域（据信与视觉处理有关）与黄色和红色区域同步激活。当绿球周围的区域加速活动时，绿色和紫色区域的活动明显减少，反之亦然。