麻省理工学院麦戈文研究所的科学家表示，一种利用磁共振成像（MRI）对大脑进行成像的新方法并不像最初报道的那样直接检测神经活动。 该方法于 2022 年首次描述，作为一种潜在的变革性方法，在神经科学界引起了兴奋。 但麦戈文副研究员 Alan Jasanoff 实验室的一项研究于 2024 年 3 月 27 日发表在期刊上 科学进步证明新方法产生的 MRI 信号很大程度上是由成像过程本身产生的，而不是神经元活动产生的。
亚萨诺夫解释说，拥有一种观察大脑神经元活动的非侵入性方法是神经科学家长期追求的目标。 研究人员目前用于监测大脑活动的功能性核磁共振方法实际上并不能检测神经信号传导。 相反，他们使用大脑活动触发的血流变化作为代理。 这揭示了大脑的哪些部分在成像过程中起作用，但它无法将神经活动精确定位到精确位置，而且速度太慢，无法真正跟踪神经元的快速通信。
因此，当一组科学家报告 科学 一种名为 DIANA 的新 MRI 方法，用于“神经元活动的直接成像”，引起了神经科学家的关注。 作者声称，DIANA 在大脑中检测到了与神经元电信号相对应的 MRI 信号，并且它获取信号的速度远远快于现在用于功能 MRI 的方法。
每个人都想要这个。 如果我们能够观察整个大脑并以毫秒精度跟踪其活动，并且知道我们看到的所有信号都与细胞活动有关，那就太好了。 它可以告诉我们有关大脑如何工作以及疾病中出现什么问题的各种信息。”
Alan Jasanoff，麻省理工学院麦戈文研究所副研究员
贾萨诺夫补充说，从最初的报告来看，尚不清楚戴安娜正在检测什么大脑变化才能产生如此快速的神经活动读数。 出于好奇，他和他的团队开始尝试这种方法。 “我们想要复制它，我们想要了解它是如何工作的，”他说。
博士后研究员 Valerie Doan Phi Van 重现了 DIANA 开发人员报告的 MRI 程序，对一只爪子施加电刺激时对老鼠的大脑进行了成像。 Phi Van 说，她很高兴看到 MRI 信号出现在大脑的感觉皮层中，正是神经元预期对爪子上的感觉做出反应的时间和地点。 “我能够复制它，”她说。 “我能看到信号。”
然而，随着系统的进一步测试，她的热情逐渐减弱。 为了调查信号源，她断开了用于刺激动物爪子的设备，然后重复成像。 信号再次出现在大脑的感觉处理部分。 但这一次，该区域的神经元没有理由被激活。 事实上，Phi Van 发现，当扫描仪内的动物被一管水取代时，MRI 会产生相同类型的信号。 很明显，戴安娜的功能信号不是由神经活动产生的。
Phi Van 追踪了似是而非信号的来源，追踪到指导 DIANA 成像过程的脉冲程序，详细说明了 MRI 扫描仪用于收集数据的步骤顺序。 戴安娜的脉冲程序中嵌入了一个触发器，用于向扫描仪内的动物提供感官输入。 这使两个过程同步，因此刺激发生在数据采集期间的精确时刻。 该触发器似乎引发了 DIANA 开发人员得出的表明神经活动的信号。
Phi Van 改变了脉冲程序，改变了刺激器的触发方式。 使用更新后的程序，核磁共振扫描仪没有检测到大脑中对先前产生信号的相同爪子刺激做出反应的功能信号。 “如果你把这部分代码去掉，那么信号也会消失。所以这意味着我们看到的信号是触发器的伪影，”她说。
Jasanoff 和 Phi Van 继续寻找其他研究人员难以重现原始 DIANA 报告结果的原因，并指出触发生成的信号可能会随着成像过程的微小变化而消失。 他们与博士后同事 Sajal Sen 一起发现了证据，表明 DIANA 开发人员提出的细胞变化可能会产生功能性 MRI 信号，但与神经元活动无关。
Jasanoff 和 Phi Van 表示，与研究界分享他们的发现非常重要，特别是在继续努力开发新的神经影像方法的情况下。 “如果人们想尝试重复研究的任何部分或实施任何类似的方法，他们必须避免陷入这些陷阱，”贾萨诺夫说。 他补充说，他们钦佩原始研究作者的雄心壮志：“社区需要愿意承担风险来推动该领域前进的科学家。”
来源：
期刊参考：
皮范，VD， 等人。 (2024) DIANA fMRI 信号的不同解释。 科学进步。 doi.org/10.1126/sciadv.adl2034。
2024-03-28 02:14:00
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