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功能磁共振成像就像大腦的望遠(yuǎn)鏡，無創(chuàng)地觀察清醒和活躍的人類大腦。 這項(xiàng)技術(shù)使我們能夠更深入地了解大腦的運(yùn)作及其與各種行為模式的關(guān)系。 盡管fMRI已經(jīng)成為人類認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)的重要發(fā)展，但它與神經(jīng)科學(xué)其他分支的聯(lián)系相對(duì)較弱，而且這些分支也在各自的領(lǐng)域獨(dú)立工作。

從綜合角度來看，fMRI被視為連接系統(tǒng)神經(jīng)科學(xué)、認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)、計(jì)算神經(jīng)科學(xué)和臨床神經(jīng)科學(xué)的橋梁。 最近，Emily S. Finn, A. 和 James M. Shine 評(píng)論了功能磁共振成像的優(yōu)缺點(diǎn)，并舉例說明了其在各個(gè)神經(jīng)科學(xué)子領(lǐng)域的令人興奮的應(yīng)用。

他們的研究結(jié)果發(fā)表在最新一期的期刊上，題為“as a for”

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腦成像學(xué)術(shù)討論組

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-消息：腦成像，心理學(xué)研究小組-

隨著人們對(duì)腦科學(xué)的興趣不斷擴(kuò)大，我們正在見證神經(jīng)系統(tǒng)指導(dǎo)復(fù)雜行為的發(fā)現(xiàn)。 然而，神經(jīng)科學(xué)許多分支中存在的孤島阻礙了進(jìn)展。 由于功能磁共振成像可以在全腦水平上探索認(rèn)知和情感，跨越物種界限，因此被視為連接各個(gè)子領(lǐng)域的橋梁（圖1）。 雖然fMRI以間接的方式測(cè)量神經(jīng)活動(dòng)，但結(jié)合其他技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，它具有促進(jìn)神經(jīng)科學(xué)全面發(fā)展的潛力。

圖 1. fMRI 作為消除現(xiàn)有神經(jīng)科學(xué)網(wǎng)絡(luò)中模塊邊界的綜合催化劑

功能磁共振成像的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

功能磁共振成像可以實(shí)時(shí)描繪大腦活動(dòng)的圖像并跟蹤血流動(dòng)力學(xué)的細(xì)微變化。 該技術(shù)使用 BOLD 信號(hào)來捕獲由于神經(jīng)元活動(dòng)增加而導(dǎo)致的血氧供應(yīng)增加。 這種非侵入性、無輻射的方法使我們能夠安全地了解大腦在處理感知、記憶和決策時(shí)的功能狀態(tài)。 它的應(yīng)用不僅限于認(rèn)知科學(xué)，而且也是動(dòng)物研究的寶貴工具。 然而，功能磁共振成像也有局限性。 例如，BOLD信號(hào)間接檢測(cè)神經(jīng)元活動(dòng)，并且響應(yīng)緩慢，因此難以分析小結(jié)構(gòu)和不同的細(xì)胞過程。 此外，動(dòng)物研究中的麻醉問題可能會(huì)使跨物種比較變得復(fù)雜（圖 2）。

功能磁共振成像提供全腦的高分辨率圖像整合科學(xué)，是跨學(xué)科橋梁的理想選擇。 隨著技術(shù)的進(jìn)步，功能磁共振成像的局限性正在逐漸被克服，其在神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的綜合應(yīng)用前景令人興奮。

圖 2. 與 fMRI 相關(guān)的好處和挑戰(zhàn)

系統(tǒng)神經(jīng)科學(xué)中的功能磁共振成像

神經(jīng)科學(xué)面臨著一個(gè)難題：如何將微觀神經(jīng)元的精細(xì)活動(dòng)與宏觀的全腦模式聯(lián)系起來。 我們?nèi)狈σ环N方法來一方面將單個(gè)神經(jīng)元的精確行為與另一方面整個(gè)大腦的宏觀操作聯(lián)系起來。 盡管全腦功能磁共振成像揭示了強(qiáng)大的宏觀網(wǎng)絡(luò)，但這些宏觀現(xiàn)象如何與細(xì)胞水平的事件相對(duì)應(yīng)仍然是一個(gè)懸而未決的問題。 非侵入性動(dòng)物腦部掃描等新技術(shù)的出現(xiàn)，為跨物種比較提供了新的視角，并可能為解決這一挑戰(zhàn)提供線索。

功能磁共振成像在認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)中的應(yīng)用

通過高場(chǎng)功能磁共振成像，我們可以深入了解大腦微電路和行為表征之間的深層聯(lián)系。 特定層的測(cè)量揭示了大腦如何篩選信息整合科學(xué)，這些發(fā)現(xiàn)不僅挑戰(zhàn)了傳統(tǒng)的認(rèn)知理論，而且呼應(yīng)了動(dòng)物實(shí)驗(yàn)并拓寬了研究視野。 功能磁共振成像的進(jìn)步使我們能夠無形地觸及記憶的編織留學(xué)之路，估計(jì)解碼的價(jià)值，甚至轉(zhuǎn)移注意力。 這些見解正在重塑我們對(duì)認(rèn)知機(jī)制的理解，并且處于系統(tǒng)、計(jì)算和臨床神經(jīng)科學(xué)的交叉點(diǎn)。 點(diǎn)擊打開新視野。

計(jì)算神經(jīng)科學(xué)中的功能磁共振成像

神經(jīng)影像學(xué)讓我們了解了大腦的運(yùn)作方式，但破譯復(fù)雜的數(shù)據(jù)模式提出了新的挑戰(zhàn)。 過去，科學(xué)家熱衷于“大腦圖譜”，將大腦區(qū)域與特定的心理功能聯(lián)系起來。 盡管這極大地豐富了我們對(duì)大腦功能的理解，但它未能揭示多個(gè)大腦區(qū)域如何協(xié)作產(chǎn)生高級(jí)認(rèn)知功能。 如今，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用為我們提供了新的研究路徑。 這些網(wǎng)絡(luò)可以模擬大腦解決問題的方式，引導(dǎo)我們從另一個(gè)角度理解大腦功能。 研究人員正在探索這些網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是否可以映射到大腦功能，因?yàn)橥瑯?gòu)的發(fā)現(xiàn)使我們對(duì)語言處理的理解更加接近。

人腦與人工網(wǎng)絡(luò)的比較不僅可以加深我們對(duì)認(rèn)知生產(chǎn)的理解，而且可以指導(dǎo)我們建立更復(fù)雜的模型，開啟解釋認(rèn)知機(jī)制的新篇章。

功能磁共振成像在臨床神經(jīng)科學(xué)中的應(yīng)用

fMRI技術(shù)曾被期望成為臨床領(lǐng)域的革命性工具，但其在精神科和神經(jīng)科疾病診斷和治療方面的潛力尚未得到充分發(fā)揮。 目前，它在手術(shù)期間保護(hù)關(guān)鍵大腦區(qū)域和輔助精確大腦刺激方面已顯示出價(jià)值，但這些應(yīng)用相對(duì)有限。 挑戰(zhàn)在于，有效生物標(biāo)志物在個(gè)體水平上的應(yīng)用受到數(shù)據(jù)不足和變異性的限制。

然而，這并不妨礙功能磁共振成像在揭示行為和神經(jīng)機(jī)制，特別是在理解個(gè)體差異和疾病進(jìn)化方面的貢獻(xiàn)。 它對(duì)大腦多樣性的見解為認(rèn)知行為治療提供了新思路，而對(duì)幻覺等癥狀的更深入理解則加強(qiáng)了臨床和基礎(chǔ)科學(xué)之間的聯(lián)系。 通過藥理干預(yù)和計(jì)算建模，功能磁共振成像研究不僅推進(jìn)了臨床實(shí)踐，還為基礎(chǔ)科學(xué)的認(rèn)知、系統(tǒng)和計(jì)算領(lǐng)域帶來了新的視角。

功能磁共振成像未來路線圖

圖 3. 實(shí)現(xiàn)更加綜合的神經(jīng)科學(xué)的潛在途徑

本文強(qiáng)調(diào)了功能磁共振成像在神經(jīng)科學(xué)中的重要作用，盡管它有其局限性。 fMRI可以作為連接不同學(xué)科和領(lǐng)域的橋梁，促進(jìn)多學(xué)科交流，有望推動(dòng)跨物種、跨領(lǐng)域的認(rèn)知研究。 更好地了解大腦活動(dòng)如何與神經(jīng)元記錄相關(guān)，以及多模態(tài)成像的整合，有望提高我們對(duì)大腦功能和行為的理解（圖 3）。 這篇文章還提到了數(shù)據(jù)共享、科研成果可復(fù)制等做法，有助于推動(dòng)整個(gè)領(lǐng)域的科學(xué)進(jìn)步。

原文鏈接：

參考

芬恩 ES、RA、Shine JM。 作為 . 。 2023 年 11 月；623(7986):263-273。 DOI：10.1038/-023-06670-9。 Epub 2023 年 11 月 8 日。PMID：.

編譯作者：Ayden（創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)）

校對(duì)：Simon（編輯部）

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