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脑功能磁共振成像(fMRI)简介(1)

已有 15333 次阅读 2012-2-9 05:57 |系统分类:科普集锦| fMRI, 功能磁共振

 原来和博士同学一起写的一篇科普文章:

 
 

   人认知世界,包括从最基本的各种感觉到高层次的学习,记忆,乃至喜怒哀乐,亲情、友情和美丽的爱情,都是在数百亿计神经元细胞组成的神经系统活动的基础上产生的。可是,到底是怎样的神经活动,使我们能在欣赏美丽的风景时,感到心情舒畅愉快的呢?又到底是怎样的神经变化,使我们阅读小说时,从一行行印刷的文字,感受到丰富精神和情感体验?这一切是如何发生的?

 

人类对自身纷繁芜杂的思维世界的探索有着悠久的历史,上千年来无数先哲都在思辩地考虑精神和大脑的关系。然而,这种探索,受着人类道德和技术水平的制约,一直只能是把大脑视为一个“黑匣子”式的观察,怎么也得不到一个令人信服的统一结论。而现在,科学技术的巨大进步和发展,以脑功能磁共振成像(fMRI)为代表的一系列脑电磁成像技术,开始为我们提供足够的技术和手段,让我们用科学的眼光无损伤地分析和探索人类大脑功能的工作原理,了解智力的本质。这些脑电磁成像技术对于大脑功能和精神的研究,就如同19世纪的显微镜对于细胞生物学的研究一样,必将产生革命性的深远影响。

 

生物组织能够被电磁波谱中的短波成分如X射线穿透,但可以阻挡中波如紫外线、红外线、可见光和微波。令人惊奇的是,人体组织又允许电磁波中的长波成分如无线电波通过。正是这种的性质,是磁共振成像学的基础。

 

磁共振成像(MRI)技术最早源于1946年布洛克(Bloch)与泊塞尔(Purcell)几乎同时发现的核磁共振(NMR)现象。他们因此而分享了1951年的诺贝尔物理奖。

 

我们知道,电和磁是一对难分难舍的兄弟,有电场的地方必然有磁场存在,有磁场的地方也很容易就会产生电场。当电荷沿着导线运动时或者带正电荷的质子绕轴自旋时,均会产生磁场。人体和所有的物质一样,都是由原子组成,而原子又由带正电的原子核和带负电的电子组成。有些原子核如H的自旋角动量不为零,他们能在均匀外磁场作用下,形成两个能级,当我们发射与能级差能量一致的电磁波时,就象一个不断运动的音叉,可以引起另一个与它具有相同的振动频率的音叉同步振动一样,磁场中原子核也可以被适当频率的电磁波激发而进入在两个能级间互相转换状态,激发后的原子核跃迁回稳定态,放出可以被检测到的信号,即核磁共振信号,就是磁共振成像的基础。

 

NMR发现后的20多年时间里,在化学和物理上得到广泛和深入的应用。1967年,杰克逊(J.Jackson)在活的动物身上首次获得磁共振(MR)信号;1973年劳得勃罗(Lauterbur)在世界上第一次提出了用MR成像的方法,并利用水模成功地获得氢质子的第一幅磁共振图像;1978年他们又用磁共振仪取得世界上第一幅人体的头、胸腹部的图像;1980年开始出现作为商品出售的磁共振仪MRI。从此,磁共振技术就在医学临床诊断、人脑解剖结构研究与人脑功能活动的观察上取得越来越广阔的发展和应用。

 




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