韩国成均馆大学生：高时空分辨率下活体直接成像实现

长期以来，科学家探索大脑非侵入性核磁共振( MRI ， Magnetic Resonance Imaging )成像新技术的脚步从未停止。

前不久，韩国成均馆大学生物医学工程系朴昌源()副教授团队和韩国大学大脑与认知工程系吉永英()教授团队合作，开发了一种高时空分辨率下能对功能性磁共振神经元活体直接成像(简称为 DIANA，Direct Imaging of Neuronal Activity)的方法。此种方法不仅保持了原来的高空间分辨率，还将时间分辨率精确至毫秒。

近日，相关论文以《高时空分辨率下神经元活体直接成像》()为题发表在 Science 上[1]。

据了解，DIANA 方法通过血氧水平的依赖效应间接监测大脑中的血流变化，从而反馈出大脑中的神经信息，而不是像传统方式一样直接监测神经元的变化。

在 DIANA 的研发过程中，研究者改变了传统的核磁共振脑部扫描方式，使机器能够在不同时间点更快速生成脑部不同部位图像。

这一系列操作仅发生在毫秒之内，与人类思维速度相同。接下来，研究者将脑部图像按照正确结构拼接起来，借此得到不同时间点的脑部完整图像。

图 | DIANA 神经元活动的直接成像(来源：Science)

论文中提到，为了测试 DIANA 是否可以直接检测神经元活动，研究者进行了相关验证实验。首先，他们将麻醉的实验小鼠放进核磁共振扫描仪之中，并对小鼠左侧胡须垫进行电刺激(强度：0.5mA;持续时间：0.5 毫秒)。然后，将麻醉小鼠置于 9.4T 扫描仪内，并对单个 1 毫米的冠状脑切片进行成像。

与刺激胡须垫前产生的信号相比，DIANA 之中产生的信号显著增加，而未被刺激的小鼠与死后的对照组小鼠没有显著的变化。

最有趣的是，DIANA 信号峰值在刺激时间达到 25 毫秒时生成。这意味着，胡须垫被刺激后有 24.00±2.92ms 的反应潜伏期。这进一步验证了，DIANA 可以在毫秒范围内监测相应刺激所诱发的反应。

在获取信息的过程中，研究人员将线扫描方法与快速低角度拍摄梯度回波成像方法进行结合，以获取更清晰的图像。

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