临床上各种大型诊断技术中，MRI最突出的优点是对人体没有伤害，这是CT和PET等类似技术无法比拟的优点。但是MRI也有缺点就是时间分辨率不够高，就是往往需要耗费比较长时间进行数据采集，例如做个检查要在机器里躺比较长时间，特别是功能MRI这个问题更突出。因此如何解决时间分辨率问题，或者快速获得数据的方法，成为这个领域的重要科学问题。最近《科学》杂志上报道了这方面的新进展，能给小鼠进行fMRI快速成像。这可能对这一领域的研究特别是小型动物研究具有巨大推动作用。通过调整一项重要的神经科学技术，它可以比以往更快地绘制老鼠的大脑活动。

功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging, fMRI)技术的发展使其时间敏感性提高了好几倍，使其能够更好地揭示潜在于心理过程的精细动态。研究人员于10月13日在《科学》杂志上发表了研究结果。不过按照这个报道，这一技术对信号刺激和信号采集都进行了改进，刺激方面是采用更精准的反复刺激，采集方法也进行更快速的成像分析。这并没有改变这种技术本身存在的时间分辨率低的缺陷。因为神经刺激仍然需要1秒的反应时间才能表现出磁场改变。只不过本研究是把刺激重复进行，增加了刺激的分辨率而已。

Faster MRI scan captures brain activity in mice (nature.com)

大脑神经元活动会增加能量消耗，神经系统的血流供应为了配合神经元能量消耗，建立了神经兴奋增加局部血流的调控方式，虽然这种现象很早就被发现，但背后的分子机制并不是非常明确。而且这种神经兴奋血流增加现象产生一个意外后果，就是局部氧气不是降低，而是相对过剩，这主要是氧气扩散效率低于血流供应的一种滞后现象，或者可以说是氧气相对过剩的现象。而氧气增加导致局部血氧饱和度增加，或者去氧血红蛋白水平相对降低，而去氧血红蛋白中的铁离子具有磁性，这会影响局部磁场均匀性，利用这个特点，MRI可以抓拍到信号，这就是经典的fMRI技术原理。20多年前建立fMRI方法的几位科学家是有希望获得NB奖的。

标准的fMRI技术通过追踪神经元突然消耗更多氧气的区域的血流量增加来间接测量大脑活动。然而，这种信号会比神经元活动滞后1秒，这就降低了对时间的敏感性——快速的细胞之间只需要几毫秒就能发送信息。

韩国水原成均馆大学的核磁共振物理学家Jang-Yeon Park开始通过在更短的时间尺度上收集数据来提高fMRI的时间精度——每5毫秒，大约比标准技术所能捕获的速度快8倍。他和他的同事通过改变高强度核磁共振扫描仪的软件，并对他们测试的动物进行频繁、重复的刺激来实现这一目标。这抑制了较慢节奏的血氧信号，使观察较快节奏的大脑活动成为可能。研究人员将这项技术命名为神经元活动的直接成像技术(DIANA)。

在这项研究中，一只被麻醉的老鼠在核磁共振扫描仪中每200毫秒就会受到一次轻微的电击。每5毫秒——与刺激同步——机器扫描老鼠大脑的一个微小区域。在下一次电击后，扫描器移到一个新的区域。在软件将所有东西拼接在一起后，整个过程产生了一个正面视图的完整大脑切片的图像，捕捉了200毫秒内的神经元活动。(空间分辨率为0.22毫米，这是高强度MRI的标准。)

在扫描过程中，面部刺激激活了大脑中处理感觉输入的部分，导致该区域发出信号。研究人员发现，这种“DIANA反应”发生在神经元发出信号的同时，或者用手术插入的探针单独测量。此外，当神经元相互触发时，该团队能够通过大脑回路追踪DIANA信号。

然而，目前还不完全清楚是什么原因导致了对戴安娜的反应。当神经元发送信息时，它们会膨胀，周围的水分子会重新排列。这些水的变化可能会被捕捉到作为信号(核磁共振机器通常检测到水分子中的氢原子信号)。进一步的实验表明，DIANA反应与离子冲进神经元所花的时间有关，这一事件改变了它们的电压，最终使它们尖峰并发送信息。Park和他的同事因此提出DIANA信号来自于多个神经元改变其细胞内电压。

虽然研究小组还没有证实这种反应背后的生物现象，但专家们并不担心。加拿大伦敦西部大学的物理学家和神经科学家Ravi Menon说:“数据本身表明，不管机制如何，这是一种MRI变化，与大脑的激增活动密切相关。”“我认为这可能是最重要的开始——细节可以稍后再谈。”

加州大学伯克利分校的物理学家本·英格利斯(Ben Inglis)对此表示赞同。他说，信号可能是血液循环的结果，但最终，来源并不重要，因为反应如此迅速——因此是有用的。

现在最大的问题是，这种新的数据采集方法能否应用于人类的fMRI扫描。DIANA方法假设重复的刺激，比如闪烁的灯光，每次都会以同样的方式影响大脑。但一个清醒的人可能会厌倦或习惯于重复，梅农说，改变这种反应。此外，复杂的心理过程，如情绪反应或决策，会长期影响大脑活动，并且很难通过快速、重复的刺激以一种可复制的方式触发，Inglis说。

尽管如此，研究团队还是很高兴看到其他人也能实现DIANA方法。该研究的合著者、韩国首尔国立大学的电生理学家Jeehyun Kwag认为，同时观察大脑在功能和结构上的连接将会改变这个领域。

“这将回答神经科学中许多尚未解决的问题，”她说。