功能性磁共振成像 (fMRI) 的发明在近 30 年前彻底改变了神经科学，使研究人员能够可视化与行为相关的脑活动。这项技术在空间上非常精确，但其主要限制是速度；fMRI 测量血液氧气水平的变化，这需要大约六秒钟——与脑信号本身相比，这是一个蜗牛般的速度。其他方法，如脑电图 (EEG)，速度很快但不精确，并且无法检测到更深层的脑信号。
现在，哈佛医学院的物理学家塞缪尔·帕兹和伦敦国王学院的拉尔夫·辛库斯及其同事已经改进了现有的组织成像技术，以克服 fMRI 的速度限制，并在小鼠大脑中进行了测试。它被称为功能性磁共振弹性成像 (fMRE)，涉及将振动波穿过组织，并使用磁共振测量其速度。它们在较硬的材料中移动得更快，产生“弹性图”或组织刚度图，这些图可能与脑活动相对应。研究人员说，这是首次使用 fMRE 来测量这种活动。
在四月份发表在《科学进展》杂志上的一项研究中，帕兹、辛库斯及其同事对小鼠的后肢施加轻微的电击，以诱导大脑中的信号，并以不同的速率打开和关闭刺激。通过比较在刺激开启和关闭期间拍摄的 fMRE 扫描图，他们能够生成图像，显示哪些区域的硬度因刺激而发生变化。研究人员认为，当相关的神经元放电时，某些脑细胞会变软，这意味着硬度的变化将与神经活动相对应。通过改变刺激切换速率，他们证明 fMRE 可以检测到至少每 100 毫秒一次的脑信号。
支持科学新闻报道
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道： 订阅。通过购买订阅，您将帮助确保有关塑造我们当今世界的发现和想法的具有影响力的故事的未来。
该团队目前正在人体上测试该方法。“我们现在已经获得了非常好的数据，表明它有效，”帕兹说。如果一切顺利，这项技术可能代表着脑部成像领域的一项重要进步。“我们将能够更好地进行‘有效连接’分析，在这种分析中，您试图弄清楚信息如何在脑回路中流动，”伦敦大学学院的神经科学家乔纳森·罗伊瑟说，他没有参与这项工作。
帕兹的同事、神经外科医生亚历山德拉·戈尔比希望使用 fMRE 来识别脑部手术期间需要避开的关键区域。帕兹说，在大约 30% 的肿瘤患者中，肿块会阻碍 fMRI 测量的血氧变化，“因此 [戈尔比] 需要一种以不同方式工作的方法。”这项技术最终可能帮助研究人员了解和诊断涉及回路功能障碍的脑部疾病，如精神分裂症。“它可以揭示大量可能对疾病诊断[和]进展有价值的信息，”帕兹说。