本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定代表《大众科学》的观点
在公园大道一栋办公大楼彩色大厅接待处旁边的房间里，孩子们滑入一个白色圆柱体的核心，并练习孩子们通常觉得相当困难的事情：保持静止。在隧道内，一个孩子仰卧着，抬头看着电视屏幕，看着卡通片。如果她的头动了，屏幕就会变黑，促使她保持不动。这项在儿童心理研究所进行的彩排，让孩子们在情感上和身体上为进入真正的磁铁扫描他们的大脑做好准备。扫描不是儿童治疗的一部分；这是他或她对科学的贡献。科学家从数百到数千名患病儿童以及未患病儿童的大脑扫描中学到的知识，很可能对未来的儿童有巨大的益处。
儿童心理研究所是一家致力于儿童心理健康的独一无二的机构。其临床医生为患有精神疾病的儿童提供最先进的治疗。（有关其临床服务的更多信息，请参阅我之前的帖子“关爱孩子的心灵。”）除了发现和治疗精神疾病外，儿童心理研究所还致力于通过科学来改善这两者。其研究人员正在帮助建立一个大脑扫描库，以更好地了解普通的大脑发育以及精神疾病如何扭曲这一过程。
追踪精神疾病的发展轨迹是一项至关重要但被忽视的事业。几乎四分之三的精神疾病在 24 岁之前开始，儿童时期的心理问题通常预示着成年期真正的或更严重的诊断。如果科学家能够查明预示精神障碍的变化，他们或许能够在疾病初期，当它可能可以预防时，诊断出疾病，并可能通过治疗针对有问题的回路。某些大脑特征也可能提供有关疾病风险和预后，以及哪些类型的治疗对个体最有效的信息。
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大脑的时间线
这个过程的第一步是获得普通大脑发育的可靠快照，这是一个基于大量大脑的快照。毕竟，识别患病大脑（或有患病风险的大脑）迹象的能力，需要知道健康大脑的样子。为此，未来几年，来自罗克兰县的 1,000 名居民，年龄在 6 岁至 85 岁之间，将前往纽约州奥兰治堡的内森·S·克莱恩精神病学研究所，该研究所位于纽约市以北 27 英里处，参与一项开创性研究，使用最先进的功能性磁共振成像 (fMRI) 机器对他们的大脑进行快速扫描。
每次扫描都会通过测量不同区域的神经活动水平来揭示大脑的所谓“功能结构”。（fMRI 设备不直接测量这种活动，而是跟踪血流，假设更活跃的神经元使用更多的血液。）儿童心理研究所发育大脑中心成像主任卡梅伦·克拉多克说，从这些活动水平中，软件可以推断出两个区域之间的连接强度。儿童心理研究所、内森·S·克莱恩研究所和美国国家心理健康研究所正在支持这项独特的努力。如果两个区域同时活跃，研究人员会假设它们是相连的，并且是同一网络的一部分。通过扫描大量不同年龄的人，研究人员可以确定大脑的功能连接如何随时间变化。
由此产生的图像将通过国际神经影像数据共享倡议公开提供，这是首次大规模尝试收集和共享大量大脑图像。2009 年 12 月 11 日，这项工作背后的科学家，之前被称为 1,000 个功能连接组项目，公开发布了在世界各地 33 个不同地点创建的 1,200 多组静息状态大脑 fMRI 图像。从那时起，研究人员下载并使用这些数据来勾勒出人类大脑功能背后的核心结构，以及不同年龄和性别个体之间的差异——迄今为止在 40 多篇出版物中概述了这些发现。
疾病的图像
在第二个项目中，儿童心理研究所将探索其年轻患者的大脑发育模式。自愿参与该项目的儿童将前往奥兰治堡进行大脑扫描。这些图像将去除识别细节，构成未来的儿童心理研究所生物样本库。与来自健康个体的脑库一样，生物样本库的管理者会将这些扫描与来自同一人的精心收集的心理和临床数据配对，以了解他们在扫描中看到的内容的意义。
希望在儿童和青少年中找到精神疾病和学习障碍的功能性大脑特征。“我们计划整合研究和临床，”儿童心理研究所的精神药理学家罗纳德·斯坦加德说，以确定自闭症、抑郁症和精神病等疾病的发展起源。科学家们希望这些信息有朝一日可以用来开发针对这些问题的客观医学测试，并看到患者对治疗的反应是其大脑的变化。
这项努力与最近在国际神经影像数据共享倡议的支持下进行的其他工作并行。在其中一项中，自闭症大脑成像数据交换，来自 16 个分散实验室的研究人员公布了来自 539 名患有自闭症谱系障碍的个体和 573 名没有自闭症的对照组的大脑扫描以及行为数据。一个单独的研究联盟发布了来自 285 名患有注意力缺陷多动障碍的儿童和青少年以及 491 名没有该缺陷的对照组的大脑图像以及基本的临床信息。
除了更准确的诊断外，仔细观察受疾病改变的大脑区域可以帮助医生更精确地针对患者的问题调整治疗。诸如电休克疗法和深部脑刺激 (DBS) 等通过加速或关闭神经活动起作用的策略可以针对特定的大脑区域或神经纤维束。在某些情况下，已知药物主要作用于特定的大脑区域。
有针对性的治疗也可以采取生物反馈的形式，患者试图通过有意识的过程来有意识地改变大脑活动。大脑区域或回路中的喧嚣可能会驱动视觉输出——例如，一个“脑计”上的指针。患者可能会尝试通过将他们的思想导向特定主题、感觉或回忆来朝一个方向或另一个方向移动指针。（通常，患者会在尝试使用多种策略后，通过试错法找到一种有效的方法。）克拉多克现在正在积极研究生物反馈作为治疗抑郁症的一种可能方法。
此外，阐明特定脑部疾病中涉及的神经回路可能会激发针对这些回路的新疗法的发展。就像破译人类基因组的合作努力一样，一项大规模的努力来揭示人脑中大量连接、它们的含义以及它们如何随时间变化，很可能会产生无数的好处，其中许多好处我们还无法预测。