科學家發現活體測繪腦功能連接組新方法
信息從感覺器官輸入，在腦內傳遞和處理，最終產生記憶、情緒和行為。然而，目前腦科學家們探索大腦奧秘，卻沒有完整的「大腦交通圖」可以參考。4月25日，浙江大學求是高等研究院系統神經與認知科學研究所教授王菁團隊在《科學?進展》雜誌上發表文章，獲得腦網路研究方法的新突破。
他們藉助7T功能磁共振系統（fMRI）的巨大成像優勢，並結合紅外光神經刺激，開發出紅外光神經刺激功能磁共振整合技術（INS-fMRI），並首次在活體腦中獲得亞毫米級的腦連接組，使我們能更快速、更系統、更清晰地看清「大腦交通圖」，了解信息的傳遞。
「就好比，我們不僅能知道一個快遞從杭州市浙江大學某實驗樓出發到了北京市，還能知道它到的是哪個轄區，哪條街道，甚至哪幢樓的哪一樓層」，文章的第一作者徐國華介紹說。
以往用於繪製腦連接的解剖學方法，通常是在大腦的幾個起始位置注射染料，需要幾周的時間讓染料運輸並給神經連接「上色」。
此次王菁團隊發明的新技術結合了激光刺激和磁共振功能成像，快速地以三維形式呈現，在1-2小時的掃描中即可獲得腦功能連接的初步結果，極大地方便了研究全腦尺度各腦區的響應程度，可以在單天實驗中快速進行連接組的研究。徐國華介紹說：「與其慢慢地給公路上色，不如從杭州寄出一堆快遞，在很快的時間內我們就可以知道它們都到了哪些城市。」
「另外，INS-fMRI技術的好處，不只是快速，還在於方便了活體研究，大大減少使用動物的數量，並且可以對同一動物進行多次、持續的跟蹤研究，例如研究大腦發育。
早年，王菁受到人工耳蝸研究中啟用激光代替電流激活神經元的啟發，開始了這方面研究，成為最早將紅外光刺激引入到大腦研究中的科學家。這一轉變的意義在於紅外光脈衝將能量傳遞到極小的空間，從而實現精準刺激，並引起連接點響應的空間特異性。
他們的研究實現了高空間解析度。當使用超高場（7特斯拉）磁共振成像時，這些響應位置可以在亞毫米級解析度上呈現。「我們將紅外光這一刺激方法與功能磁共振相結合，並在世界上首次提出了這一實驗方法。」王菁說。
「該方法可以被用於系統性地逐個刺激皮層功能柱，從而全面地描繪靈長類亞毫米水平連接組。」王菁介紹說，這項新技術將為繪製高解析度功能柱的全腦網路圖奠定基礎，為大規模全腦功能連接研究開啟大門。通過釐清各個功能柱之間的連接，將極大地幫助我們理解靈長類大腦的工作原理以及腦疾病，將促進神經科學、心理學、醫學和人工智慧等領域的發展。
在文章中，課題組報道了兩個應用範例，分別對應研究全腦尺度的長程連接，以及局部範圍內的高解析度短程連接。實驗證明了這一新方法的應用將可能幫助我們深入理解大腦的連接方式和工作原理，繼而更好地理解疾病和精準調控相關腦結構和功能。
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