重新评估功能性脑成像方法

麻省理工学院麦戈文脑研究所的科学家表示，一种用磁共振成像（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 年首次被描述，作为一种潜在的变革性方法，在神经科学界引起了轰动。但麻省理工学院教授艾伦·贾萨诺夫（Alan Jasanoff）实验室3月27日发表在《 科学进展》（Science Advances）杂志上的一项研究表明，新方法产生的MRI信号在很大程度上是由成像过程本身产生的，而不是神经元活动。

生物工程、脑与认知科学、核科学与工程教授、麦戈文研究所副研究员贾萨诺夫解释说，拥有一种非侵入性的方式来观察大脑中的神经元活动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MRI方法实际上并不能检测神经信号传导。取而代之的是，他们使用由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参与其中，但它无法将神经活动精确定位到精确的位置，而且速度太慢，无法真正跟踪神经元的快速通信。

因此，当一组科学家在 2022 年报告一种名为 DIANA 的新 MRI 方法用于“神经元活动的直接成像”时，神经科学家引起了人们的注意。作者声称，DIANA在大脑中检测到与神经元电信号相对应的MRI信号，并且它获得的信号比现在用于功能性MRI的方法快得多。

“每个人都想要这个，”贾萨诺夫说。“如果我们能够观察整个大脑，并以毫秒级的精度跟踪其活动，并知道我们看到的所有信号都与细胞活动有关，那就太好了。它可以告诉我们关于大脑如何工作以及疾病中出了什么问题的各种事情。

Jasanoff补充说，从最初的报告中，尚不清楚DIANA检测到的大脑变化是什么，以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。“我们想重现它，我们想了解它是如何工作的，”他说。

博士后Valerie Doan Phi Van重现了DIANA开发人员报告的MRI程序，对一只大鼠的大脑进行了成像，因为电刺激被传递到一只爪子上。Phi Van 说，她很高兴看到 MRI 信号出现在大脑的感觉皮层中，这正是神经元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，随着对系统的进一步测试，她的热情减弱了。为了调查信号的来源，她断开了用于刺激动物爪子的装置，然后重复成像。同样，信号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引起的。

Phi Van 将似是而非的信号源追溯到指导 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。DIANA的脉冲程序中嵌入了一个触发器，该触发器向扫描仪内的动物提供感官输入。这会使两个过程同步，因此刺激发生在数据采集过程中的精确时刻。这种触发似乎导致了戴安娜的开发人员得出结论的信号，表明神经活动。

Phi Van 改变了脉冲程序，改变了刺激器的触发方式。使用更新的程序，MRI扫描仪在大脑中没有检测到任何功能信号，以响应之前产生信号的相同爪子刺激。“如果你把这部分代码拿出来，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努力重现原始DIANA报告结果的原因，并指出触发产生的信号可能会随着成像过程的轻微变化而消失。与他们的博士后同事Sajal Sen一起，他们还发现了证据表明，DIANA的开发人员提出的细胞变化可能产生功能性MRI信号与神经元活动无关。

Jasanoff和Phi Van表示，与研究界分享他们的发现非常重要，尤其是在继续开发新的神经成像方法的情况下。“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，他们必须避免掉进这些坑，”Jasanoff说。他补充说，他们钦佩原始研究的作者的雄心壮志：“社区需要愿意承担风险来推动该领域前进的科学家。