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创新设计使功能性MRI大脑成像的分辨率提高了十倍

本站发布时间:2023-12-16 15:16:04

改进磁共振成像(MRI)解决方案以研究人脑的国际努力已达到最高点,即高分辨率7扫描记录的细节是当前7扫描的10倍,而当前3扫描的细节是大多数医院的50倍以上

显著改进的解决方案意味着科学家可以看到功能性MRI(fMRI)特征04毫米厚,而今天的标准为2或3毫米厚的MRI

“NexGen7T扫描是一种新的工具,它允许我们在不同的情况下观察脑回路,在MRI、扩散和结构成像中具有更高的空间分辨率,从而预测人类神经科学的操作将更高级别。这将使UCBerkele成为人类神经成像研究的前沿。”加州大学伯克利分校海伦·威尔斯神经科学研究所的科学家、高级磁共振成像技术(AMRIT)的驻地DavidFeinberg是一家总部位于加州塞瓦斯托波尔的研究公司

“超高分辨率扫描仪将允许研究多种脑疾病中脑回路的细微变化,包括遗传性疾病、精神分裂症和发育障碍,包括组织电生理障碍。”

下一代NexGen7TMRI可以在11月发布的论文中进行描述27在《自然方法》中

改进后的解决方案将有助于神经科学家在大脑新皮层的不同区域观察神经回路,并使研究人员能够根据我们的想法和理由,将信号传导到大脑皮层附近,从而发现发育障碍的根本原因这可能会导致诊断脑疾病的新方法,也许可以通过识别新的生物标志物来更早地诊断精神疾病,或者更具体地说,为了选择最佳的治疗方法

Feinberg说:“通常情况下,核磁共振成像不会对从大脑附近传送到另一个大脑的信息的方向产生任何影响。”“扫描仪的更高空间分辨率可以通过对不同细胞层的活动进行区分来直接识别大脑皮层中不同深度的活动。”

这是可能的,因为神经科学家在视觉大脑区域发现,高级和高级皮层(右图中的蓝色箭头)包含“自上而下”的电路,也就是说,他们从高级皮层脑区接收信息,而中级皮层则包含“自下而上”的电路将核磁共振成像活动精确地指向心脏的特定深度,神经科学家可以通过大脑和皮层来获取信息流

美国加州大学伯克利分校心理学教授Silvia Bunge说,随着更高的空间分辨率,神经科学家将能够在单个体素(3D像素)中检测到850个个体神经元的某些活动,而不是在标准的医院核磁共振成像中记录的60万个

研究抽象推理的Bunge说:“我们能够观察到这张照片的层次结构,它很漂亮。”“拥有这台最先进、世界级的机器真是太令人兴奋了。”

对于WilliamJagust,一位致力于研究与阿尔茨海默病相关的大脑变化的UCBerkeley,改进的解决方案最终有助于将大脑中出现的阿尔茨海默病之前的未服务变化(称为淀粉样蛋白和淀粉样蛋白的异常组块)与记忆变化之间的联系起来

Jagust说:“我们知道内存系统中的一部分会变老,但我们对内存系统的实际变化知之甚少——我们通常会因为四个当前的内存系统的解决方案而失去吸引力。”“有了这个新闻扫描仪,我们认为我们将能够更仔细地了解事情的进展。这可能有助于诊断或预测正常人的结局。”

JackGallant,加州大学伯克利分校心理学教授,希望该扫描仪能帮助神经科学家了解大脑中的功能变化是如何导致阅读障碍、自闭症和精神分裂症等精神疾病的发展,或者是由痴呆和中风等神经疾病引起的

“心理医生对个人、家庭和社会都有很大的影响。他们总共占美国国内生产总值的10%左右。心理医生的基本功能紊乱,但目前使用的功能测量方法无法诊断大多数脑功能紊乱,也无法观察治疗的效果。相反,这些紊乱是通过行为诊断的。这是一种积极的方法,因为不同的大脑确实存在这种情况。”Gallantsaid说:“我们需要的是更强大的MRI图像,因为我们可以绘制出分辨率更高的图像,以及如何在图像中显示信息。”因此,高分辨率MRI具有很高的临床潜力“.

大脑启动.

突破来自美国国立卫生研究院(NIH)的“大脑研究促进创新神经技术(BRAIN)倡议”的1340万美元初始资金他们的首要任务是开发新的技术,该技术将在两个细胞和复杂的神经回路相互作用的情况下,产生大脑的动态图像

来自UCBerkele的增强器办公室和Weill Neurohub的额外资金总额超过2200万美元,这使Feinberg能够在跨国公司Siemens Healtheners组建一支多学科的专家和领先科学家团队,Siemens Health eners是医院和研究MRI的主要制造商;苏格兰格拉斯哥的MRCoil技术有限公司生产用于MRI的发射器和接收器检测线圈,用于产生和记录信号;和AMRIT,设计了一个可控制CAN硬件的脉冲序列

结合这两组新开发的硬件技术,Siemens与Feinberg的团队合作,建立了一个常规的7天核磁共振成像系统,该系统可以在2000年交付给UCBerkeleyn,以提高在暴雨扫描中拍摄的图像的空间分辨率

“世界各地都有越来越多的病例表明,7型MRI是可以接受的,但它们的发展很缓慢,很难培养,”巴黎大学NeuroSpin项目的物理治疗师NicolasBoulant说


来源:

Materials provided by
University of California - Berkeley. Original written by Robert Sanders.
注明: Content may be edited for style and length.


参考:

  1. David A. Feinberg, Alexander J. S. Beckett, An T. Vu, Jason Stockmann, Laurentius Huber, Samantha Ma, Sinyeob Ahn, Kawin Setsompop, Xiaozhi Cao, Suhyung Park, Chunlei Liu, Lawrence L. Wald, Jonathan R. Polimeni, Azma Mareyam, Bernhard Gruber, Rüdiger Stirnberg, Congyu Liao, Essa Yacoub, Mathias Davids, Paul Bell, Elmar Rummert, Michael Koehler, Andreas Potthast, Ignacio Gonzalez-Insua, Stefan Stocker, Shajan Gunamony, Peter Dietz.
    Next-generation MRI scanner designed for ultra-high-resolution human brain imaging at 7 Tesla. Nature Methods, 2023; DOI: 10.1038/s41592-023-02068-7

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