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大脑交通图,地管理学家开采活体育项目检测绘脑功能连接组新办法

文章作者:生命科学 上传时间:2019-10-26
科学家发现活体测绘脑功能连接组新方法

杭州网记者 郑维维 通讯员 柯溢能 吴雅兰

信息从感觉器官输入,在脑内传递和处理,最终产生记忆、情绪和行为。然而,目前脑科学家们探索大脑奥秘,却没有完整的“大脑交通图”可以参考。4月25日,浙江大学医学院系统神经与认知科学研究所教授王菁团队在《科学•进展》杂志上发表文章,获得脑网络研究方法的新突破。

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他们借助7T功能磁共振系统的巨大成像优势,并结合红外光神经刺激,开发出红外光神经刺激功能磁共振整合技术,并首次在活体脑中获得亚毫米级的脑连接组,使我们能更快速、更系统、更清晰地看清“大脑交通图”,了解信息的传递。

浙江大学医学院系统神经与认知科学研究所王菁教授团队

“就好比,我们不仅能知道一个快递从杭州市浙江大学某实验楼出发到了北京市,还能知道它到的是哪个辖区,哪条街道,甚至哪幢楼的哪一楼层”,文章的第一作者徐国华介绍说。

杭州网讯大脑由一座座不同功能的“城市”和“大厦”组成,无数的神经连接就像“信息公路”将它们连接成网络。基于大脑网络,信息从感觉器官输入,在脑内传递和处理,最终产生记忆、情绪和行为。因此理解大脑就需要掌握“大脑交通图”,这就好像人们出行时必须有地图导航一样。然而,目前脑科学家们探索大脑奥秘,却没有完整的“大脑交通图”可以参考。

以往用于绘制脑连接的解剖学方法,通常是在大脑的几个起始位置注射染料,需要几周的时间让染料运输并给神经连接“上色”。

当地时间4月24日,浙江大学医学院系统神经与认知科学研究所王菁教授(Anna Wang Roe)团队在《科学•进展》(Science Advances)杂志上发表了一项脑网络研究方法的最新突破。

此次王菁团队发明的新技术结合了激光刺激和磁共振功能成像,快速地以三维形式呈现,在1-2小时的扫描中即可获得脑功能连接的初步结果,极大地方便了研究全脑尺度各脑区的响应程度,可以在单天实验中快速进行连接组的研究。徐国华介绍说:“与其慢慢地给公路上色,不如从杭州寄出一堆快递,在很快的时间内我们就可以知道它们都到了哪些城市。”

该团队开发出红外光神经刺激功能磁共振整合技术,并首次在活体脑中获得亚毫米级的脑连接组,实现更快速、更系统、更清晰地看清“大脑交通图”,了解信息的传递。

“另外,INS-fMRI技术的好处,不只是快速,还在于方便了活体研究,大大减少使用动物的数量,并且可以对同一动物进行多次、持续的跟踪研究,例如研究大脑发育。

“就好比,我们不仅能知道一个快递从杭州市浙江大学某实验楼出发到了北京市,还能知道它到的是哪个辖区,哪条街道,甚至哪幢楼的哪一楼层”,文章的第一作者徐国华介绍说。

早年,王菁受到人工耳蜗研究中启用激光代替电流激活神经元的启发,开始了这方面研究,成为最早将红外光刺激引入到大脑研究中的科学家。这一转变的意义在于红外光脉冲将能量传递到极小的空间,从而实现精准刺激,并引起连接点响应的空间特异性。

以往用于绘制脑连接的解剖学方法,通常是在大脑的几个起始位置注射染料,需要几周的时间让染料运输并给神经连接“上色”,然后牺牲动物制作脑片,最后进行非常耗时的图像重建和分析。即便这样,在一个动物中最多只能研究几个注射位点。

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