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2019年07月17日 星期三
第A09版:科技咖啡馆    
   
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2019年07月17日 星期三
持续扫描差不多5天
最详细人脑图像“出炉”

  扫描100多小时得出的人脑图像。

  据美国《科学新闻》双周刊网站近日报道,在强大的磁共振成像(MRI)技术的支持下,经过100多小时的扫描,美国研究人员获得了迄今最详细的人脑三维图像,新图像的分辨率足以让人看清直径小于0.1毫米的物体,有望增进对健康和患病人脑结构的了解。

  史无前例

  有了这张精细人脑图像

  可能能找出抑郁症的症结

  为了获得这一新图像,波士顿马萨诸塞综合医院和其他地方的研究人员对一名死于病毒性肺炎、享年58岁的女性的大脑进行了研究。这名女性捐献的大脑被认为是健康的,保存了近3年。

  在开始扫描前,研究人员定制了一个球形聚氨酯容器,它可使待扫描的大脑保持静止,干扰气泡能够逸出。随后,大脑被装入一台被称为“7特斯拉”(7T)的功能强大的MRI机器中,接受了近5天的扫描。

  7T功能强大、扫描时间足够长以及大脑处于高度静止状态,这些因素使生成的图像分辨率极高。

  研究人员解释称,若扫描活人的大脑,无法获得分辨率如此高的图像。首先,活人不能耐受持续100小时的扫描,第二活人大脑的不自觉活动。比如一个人动动脚趾头,大脑也会跟着动,甚至那些来自呼吸和血液的运动,也会造成大脑图像模糊。为了获得一份完整且详细的大脑三维图像,波士顿麻省总医院及其他地方的研究人员,将目标锁定在一名死于病毒性肺炎的58岁女性大脑标本,而且这个来自捐献的大脑样本被认为是健康的,因为该女性没有神经系统疾病病史,死于非神经病因。

  扫描图像显示出像杏仁体这样的大脑结构的生动细节,这样的图像或许能让人更深入地了解大脑结构的细微变化与创伤后应激障碍等疾病之间的关系。研究人员一直试图找出与昏迷等病症和抑郁症等精神疾病有关的大脑异常,这些详细的大脑图像可为他们提供线索。他们表示,这些图像“有望增进对健康和患病人脑的结构的了解”。

  纽约市芒特西奈伊坎医学院的电机工程师普丽蒂·巴尔钱达尼并未参与这项研究,她说:“我们还没见过像这样完整的大脑。这绝对是史无前例的。”

  揭秘

  组建这些超级设备也是巨大挑战

  以人体检查为例,先来了解一下核磁共振成像的原理。将人体置于特殊的磁场中,用无线电射频脉冲激发人体内氢原子核,引起氢原子核共振,并吸收能量。在停止射频脉冲后,氢原子核按特定频率发出射电信号,并将吸收的能量释放出来。体外的接收器可监测这些能量,经计算机处理获得图像,就形成了核磁共振。核磁共振成像所获得的图像非常清晰精细,同时,核磁共振也不需要注射造影剂,对人体无电离辐射。此外,核磁共振还可直接作出横断面、矢状面、冠状面和各种斜面的体层图像。关于核磁共振成像的发现在2003年获得诺贝尔生理学或医学奖。

  核磁共振扫描仪的磁场强度越大,获得的图像分辨率越高,但被观察组织的温度也会升高。上世纪70年代中期,第一台应用于人体的核磁共振扫描仪问世,当时许多科学家认为0.5T将是核磁共振的最大磁场强度(地球的磁场只有0.00005T),因为他们认为活体组织的离子导电性将阻止无线电波穿透人体。不过,到了上世纪80年代,就出现了临床应用的1.5T核磁共振扫描仪,如今,大部分医院使用核磁共振扫描仪磁场强度为1.5T或3T。

  1999年,第一台场强高达7T的用于科研的核磁共振扫描仪问世,之后又有很多高强度MRI陆续在全球几十家大学和研究机构装机。世界上最强的核磁共振仪是美国国家强磁场试验室里的21.1T核磁共振设备,不过,这个设备内部空间直径只有10.5厘米,无法用于人体研究。不过这些超级设备,每一台都价值数千万美元,建造和组装一台高场强的核磁共振设备也是一个巨大的挑战,之前几家机构光是准备使用这种核磁共振扫描仪做动物实验,就花费了数年时间。    宗合

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