新的超快功能磁共振成像技术可能有助于大脑刺激

脑刺激，如深部脑刺激(DBS)，是一种治疗神经和精神疾病的有效方法。虽然十多年来它为帕金森症、阿尔茨海默症和成瘾症患者提供了治疗效果，但其潜在的神经机制尚未完全了解。

昆士兰大脑研究所(QBI)的研究人员现在离揭开大脑的奥秘又近了一步大脑的活动以更好地理解这一机制，并可能预测DBS的结果。

的大脑是一个高度复杂的电路网络，由广泛的连接按层次组织起来。神经元之间的连接有向前和向后的不同方向，它们要么是兴奋性的(反应的加速器)，要么是抑制性的(改变反应的制动器)。

“比如你想要移动你的手——一旦信号被启动，我们预计接下来的活动取决于大脑的神经网络，”副教授庄开祥说。

“我们还不完全了解的是，大脑的这些结构和功能成分是如何或何时相互作用，最终导致移动你的手的结果。”

功能磁共振成像(fMRI)是研究大脑网络最流行的技术。功能磁共振成像跟踪血液流动氧合也随之改变神经活动，从而间接测量正在形成的功能连接，并为我们提供大脑活动在哪里传播的指示。

然而，大脑活动并不像信号从一个区域传播到另一个区域那么简单。

Chuang实验室的团队开发了一种新的超快功能磁共振成像技术，该技术极大地提高了时间分辨率，使他们能够捕捉亚秒级的大脑活动动态。

庄副教授说，这项新技术使人们对大脑的结构和功能联系如何以及何时相互作用有了更全面的了解。

他说:“我们的第一个新发现是，大脑活动不仅通过结构布线传播，而且根据兴奋性和抑制性神经元的分布，遵循某些优先电路。”

“相似细胞类型的大脑区域之间的交流变得更加流畅，大脑活动也更加活跃。”

Chuang团队使用超快功能磁共振成像技术跟踪了小鼠在受到刺激和休息时的大脑活动。当大脑受到刺激时，大脑活动会沿着结构线路向前——从A到B，然后从B到C。当大脑休息时，大脑活动更多地依赖于细胞类型组织，而不是结构线路，在C和B之间传播，而不是在A之间传播，如果优先电路在那里的话。

这意味着信息是如何被处理的实际上取决于你的状态，在此之前，人们认为无论你是在休息还是忙着做事，大脑活动的运作方式都是一样的。

庄副教授说:“我们的第二个发现是，fMRI检测到的血液信号可以反映网络组织和细胞类型分布。”

“这些发现对如何大脑结构形状功能，以及如何基于这种结构的知识预测活动。更实际的是，我们现在所知道的将会影响脑起搏器和其他大脑刺激技术的设计。

“下一步是与精通该领域的临床医生合作脑刺激来确定我们如何利用这些知识与人类数据相结合，来帮助我们提高对DBS的理解。”

这种更全面的理解可以使我们更好地预测DBS结果，并有可能改进其设计以获得更好的治疗结果。

这项研究发表在美国国家科学院院刊（PNAS）.