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脑部映射

主图像©Andrew Brumagen

医学或科学中的几个剧院呈现了大脑的挑战。被骨骼和血脑屏屏障结束,充满了精神和心理的重要性,说,你的肝脏不是,大脑接近一个黑匣子,坐在一个奇怪的科学和猜测的奇怪交叉口。

但是,神经影像动物的进步以及将计算机科学和AI带入戏剧的新一代研究人员,只是慢慢地在那里慢慢脱落。

其中一个神圣的格拉勒:准确和详细的大脑映射。

我们打开地图集,好吗?

什么是大脑绘图?

大脑映射是一个奇妙的科学术语,它的意思和你想的完全一样:将生物和心理过程(如语言、记忆、视觉)映射到物理大脑的各个区域。

这是很多说起来容易做起来难。

根据脑映射和治疗学会,所有形式的神经影像都是社会的定义,一种脑映射的形式。它自然会引导我们......

什么是神经影像动物?

AH HA,另一个术语意味着它所说的!NeuroImaging是一种允许我们拍摄大脑的照片以及内部发生的事情的任何技术。

您可能最熟悉的神经影像学技术是MRI。这些巨大的管状装置使用强大的磁场,说真的,核磁共振室里不准放珠宝!——以及无线电波来构建人体软组织(比如大脑)的图像。

以这种方式想到:MRI是软组织X射线是骨骼的。MRI扫描提供了大脑的静态图片;为了通过游戏玩,神经科学家转向功能性MRI(FMRI)扫描。在1990年发明,FMRI可以揭示大脑血液中的位置流动,这可以大致告诉我们大脑的哪些部分或多或少的活性。

以科学标准来看,功能磁共振成像研究相对较新,但它也有缺点,比如信号弱,样本量小,以及误报,但真正的缺点可能是我们如何解释它。重要的是要意识到你所看到的是血液活动 - 随着大脑地区要求更多氧气 -直接神经活动。

通过功能磁共振成像,你可以看到大脑哪个区域的血流更多,但却无法看到神经元的电和化学过程。

也有一个决议挑战。当血液在FMRI上流动“点亮”的区域时,它们会在分辨率的立方毫米的分辨率下,称为体素。这很小,但神经元较小;有大概有一百万个在每个体素。还有一个时间上的问题——功能性核磁共振成像不能像你想象的那样快速扫描。

即便如此,FMRI可以是一个有价值的工具,特别是因为它们结合了大脑的机器学习模型探针能够测量神经递质(如多巴胺和5 -羟色胺)实时。

“鼠留”

在它的最高分辨率下,大脑绘图可以在纳米尺度上完成——我们在这里谈论的是每个神经元和突触。

这些被称为“连接体”的脑图可以让研究人员在细胞水平上对我们的大脑如何工作有一个基本的了解,而这是我们目前所缺乏的。想象一下边缘型人格障碍患者的连接体与非边缘型人格障碍患者的连接体的对比。

我们也许能够发现结构上的不同或相似之处,从而帮助我们解开神经和心理疾病的生理基础。

神经影像动物和研究人员的进步将计算机科学和AI融入游戏正在慢慢脱落,只是在那里发生的事情。

这项工作已经在老鼠的大脑中进行。神经科学家Narayanan Kasthuri已经开始比较那些对物质上瘾的老鼠和那些没有上瘾的老鼠的连接体。

“我们已经发现——似乎在成瘾的大脑中有结构性的变化,”Kasthuri说以前告诉我

到目前为止,只有蠕虫C.秀丽隐杆线,已经过度了一个完整的连接脑映射;Janelia Research Campus'Flyem Project.希望能尽快将果蝇加入到这个名单中。

但即使与实验室老鼠相比,这些大脑也很小,更不用说人类了。

Kasthuri的目标是完成一个完整的老鼠连接体;“mouseshot”。这项任务是难以想象的艰巨,包括他们预测的一百万兆兆字节的数据,这些数据将由阿贡国家实验室(Argonne National Laboratory)的超级计算能力支持。

在不久的将来,难以想象在互连规模的人类脑部映射,以便在不久的将来更加小脑地区,所以我们的头骨是最靠的,现在是灰色的盒子。

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