捕捉皮层连接特写

大脑是由一系列复杂的网络组成的，信号在这些网络之间不断地反射，使我们能够有效地体验世界并在其中移动。

了解大脑网络是有组织的是揭示它们如何工作的关键。科学家已经了解到大脑的活动在休息时——当安静地坐着时——可以提供网络组织的大致地图。但是用这种方法生成的地图会遗漏关键细节。等效的街道地图可以帮助行人从一个社区导航到另一个社区，但对于到达更具体的目的地几乎没有帮助。

匹兹堡大学的一项新研究表明，通过一种新的成像方法，生成详细的地图确实是可能的高对比度而且高空间分辨率。在猴子身上进行的研究表明，固有信号光学成像(ISOI)可以比以前在活着的大脑中看到的更详细地揭示皮层结构。

功能性磁共振成像(fMRI)是医生和研究人员观察大脑网络的主要工具。该手术是非侵入性的，大约需要30分钟。以这种方式观察大脑网络有助于从基础研究(如了解跨物种的大脑进化)到大脑病理生理学(如痴呆症或自闭症)的指纹识别等一系列兴趣。ISOI与fMRI有很多相似之处，但细节要丰富得多，考虑到相对较小的尺寸，这一点相当重要大脑网络。

“我们的重点是研究大脑运动区域和感觉区域之间的联系。例如，控制手部运动的区域与控制手臂运动和手部感觉的区域相连，”该研究的主要作者、斯旺森工程学院生物工程研究生尼古拉斯·卡德解释说。“这些类型的连接对于大脑如何产生熟练的动作至关重要。如果你能理解这些连接在健康受试者中应该是什么样子，你就可以确定残疾的神经基础。”

ISOI带来的最重要的进步是它提供了活体大脑网络活动的精确图像。同样的准确性也可以通过一些方法来实现，这些方法要求研究人员提取他们正在研究的动物的大脑，并通过显微镜进行检查。相比之下，ISOI让大脑保持完整，这意味着研究人员可以研究网络在现实生活中是如何运作的，比如学习一项新的运动技能。

ISOI的另一个重要特征是它依赖于血红蛋白，人类和动物的血液中都有血红蛋白。不需要示踪剂、染料或指示剂，使该工具多功能，适合许多物种，包括人类。

“我们将ISOI的结果与该领域的金标准进行了比较，包括解剖示踪剂、微刺激和成像。我们发现ISOI和其他方法之间有显著的一致性，”合著者Omar Gharbawie说，他是生物工程系的神经生物学助理教授。

“这是一个令人兴奋的工具，用于检查活体动物的大脑连通性，它表明，网络组织的自发波动可以被高精度地报告。我们的研究结果还表明，即使是在休息时，大脑也会详细地揭示其结构。”

这篇题为“皮层连通性在柱状分辨率下嵌入静息状态”的论文发表在该杂志上神经生物学进展。

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