心理学家安东尼·诺西亚有个问题。在他对大脑视觉处理的研究中，他想同时用电流刺激大脑并测量电的副作用——这两种技术通常用于探测大脑功能，但从未成功结合。
安东尼·诺西亚(左)和马丁·布雷登巴赫正在研究一种脑电图仪器，这种仪器既能电刺激大脑，又能读取大脑产生的反应信号。(图片来源:Dawn Harmer摄影)
现在，在SLAC国家加速器实验室实验粒子物理学家的帮助下，心理学研究教授诺西娅正朝着解决这个问题的方向前进。与SLAC资深科学家克里斯托弗•肯尼(Christopher Kenney)、粒子物理学和天体物理学荣誉退休教授马丁•布雷登巴赫(Martin Breidenbach)的合作，帮助诺西娅开发了可能改变研究人员研究大脑方式的工具。这也给了肯尼和布雷登巴赫一个机会，把他们的物理技能应用到一个新的领域，也许有一天他们会在人们的日常生活中有所作为。
“这是伟大的科学，你可以产生社会影响，”肯尼说。“这样的事情并不多见。”
完美的匹配
问题的核心是测量大脑中神经元产生的电信号和刺激这些神经元所需的电信号不匹配。从大脑发出的电信号通常在几微伏左右，大约是AA电池的百万分之一。但是刺激大脑的回路需要更大的电信号，接近10伏，或者你从六七个AAs中得到的。
换句话说，一个既能刺激大脑活动又能测量大脑活动的脑电图设备，必须在一个巨大的电压范围内工作，而诺西娅不确定如何建立这样一种技术。
后来有一天，诺西娅发现自己在一个聚会上，他的妻子把他介绍给了肯尼。肯尼一直在把从粒子物理学职业生涯中获得的工程技能应用到神经科学的技术问题上，而诺西娅认为他可能已经找到了一条前进的道路。
肯尼和他的SLAC同事对神经科学也有足够的了解。“那是一场比赛。”
推动神经科学工具向前发展
诺西娅和肯尼的会面大约是在五年前，在他们从斯坦福大学Bio-X获得种子基金开始这项工程后不久。
但科学和工程方面的挑战并不是他们必须面对的唯一问题。首先，研究人员必须弄清楚如何利用斯坦福大学的种子基金为SLAC的人员和部件支付费用，这是以前很少有人做过的。(从那时起，来自斯坦福生物x、斯坦福化学- h和其他研究所的其他团队已经成功地与SLAC合作者共享了资金。)另一方面，他们必须建立在人身上测试原型的协议，这是SLAC研究人员从未处理过的另一个步骤。
一旦这些问题得到解决，肯尼、布雷登巴赫和他们的同事就会投入其中。布雷登巴赫说，尽管他们对脑电图没有任何经验，“但这是一种物理方法的结果。”大约两年前，这个团队制作了他们的第一个原型，这是一个概念验证装置，可以产生强烈的电刺激，同时对大脑产生的微弱信号保持敏感。
对于诺西娅来说，他的第一个原型和随后的设备(该团队本月正在试用的最新设备)使他离能够显著提高神经科学家研究大脑能力的技术又近了一步。在此之前，测量电刺激的效果意味着对大脑进行电击，然后等待数分钟、数小时或更长时间来观察对一个人行为的影响。诺西娅说，不久他们就能进行实验，并在刺激发生时直接追踪大脑的反应。
对于SLAC的研究人员来说，这是一个做一些全新事情的机会。“有一两万名粒子物理学家和几十个实验要做，”肯尼说。在神经科学领域，这一比例发生了逆转，要做的实验和开发的工具远远多于人们要做的工作。“这更像是一个开放的空间。”
Norcia也是妇幼健康研究所的成员之一。
该研究由美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)、国家研究服务奖(National research Service Award)、欧洲研究理事会(European research Council)和德国联邦教育与研究部(German Federal Ministry of Education and research)资助。
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