哈佛利用磁共振技术绘制人脑内部3D图

2012-06-06 09:00:55 来源: 网易探索
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核心提示:美国哈佛大学的科学家日前利用磁共振扫描技术,绘制出了人类大脑内部的详细图像,并且建立了人类大脑首个3D内部图像,将为今后针对脑部的科学研究提供可靠的参考作用。

网易探索6月6日报道 美国哈佛大学的科学家日前利用磁共振扫描技术,绘制出了人类大脑内部的详细图像,并且建立了人类大脑首个3D内部图像,将为今后针对脑部的科学研究提供可靠的参考作用。

参与这一项目的哈佛大学科学家简·韦登(Jan Wedeen)宣称,此次绘制的呈现出彩虹般色彩的扫描图将为科学家探究人类大脑1000亿个细胞的路径以及它们如何起作用提供首个真实图像。他表示:“常规扫描状态下呈现出的人类大脑图像并不真实,其只能算作是大脑表面的影子。”

与此同时,哈佛大学的教授杰夫·利希曼(Jeff Lichtman)曾利用多种颜色的荧光蛋白基因转移技术,绘制出了动物大脑的神经网络图。研究人员通过激活神经元中的复合荧光蛋白,进行了前所未有的大脑和神经系统成像,并且成功获得了色彩斑斓的“大脑彩虹”图,这将有利于对大脑工作方式进行更深入研究。

研究中,科学家利用特殊的基因工程技术,成功地让转基因实验室小鼠神经元表达了4种颜色的荧光蛋白:黄色、红色、青色和橙色。随后,科学家在小鼠脑部细胞可以观察到大约90种不同的色彩,因色彩斑斓,研究人员称其为“大脑彩虹(Brainbow)”。在此之前,显示神经元细胞的技术最多只能使用两种颜色,这就是高尔基染色法,该法每次都将全部神经元细胞涂以颜料,但结果却只能使很少一部分成功染色。

利希曼表示:“人类的大脑是已知世界当中最为复杂和精细的物体,它是我们记忆存储、表达恐惧等情感,以及处理信息、控制人类五官的最为重要的器官。但一直以来,我们都未能找到有效的方法来对其进行深入的探究。神经细胞连接出现缺陷可导致多种紊乱性疾病,但我们却无法追踪到,到底是大脑中的哪段连接出现了问题。”不过,“大脑彩虹”却能够让科学家很清晰的看到人类脑部的清晰图像,这具有十分重大的意义。

一直以来,科学家都认为,人类脑部的内部肯定是纵横交错,就如同纷乱如麻的电线一般,但近期,研究人员却发现,实际上人类脑部的内部结构如同一个棋盘,遵循着一定的规律。近期,哈佛大学的科学家更是通过磁共振扫描技术,展现出了人类脑部内部的惊人细节-其排列如同电网般交错密布但毫不杂乱。

美国麻省总医院(Massachusetts General Hospital)的科学家范·韦登(Van Wedeen)-是负责人类大脑磁共振扫描项目的负责人,他表示:“人类大脑的内部远非是一堆纷乱如麻的电线,它们更像是带状电缆,就如同纤维的经纬一样,具有一定的规律性结构。这种网状结构是延续的,并且在所有范围都是一致的,这种脑部结构不仅仅适用于人类,其他灵长类动物也同样是如此。”

美国国家精神健康研究所(National Institute of Mental Health)的主管托马斯·因塞尔(Thomas R Insel)表示:“在神经解剖学领域,能够获得高清晰度的人类脑部结构图是一次里程碑事件。这一新技术能够显示出人类个体在脑部内部连接方面的差异,从而能够帮助科学家更好地了解和治疗脑部紊乱而导致的各种疾病。”

韦登表示,2011年,麻省总医院装备了新的磁共振成像扫描仪,相比于常规扫描仪,这一新设备在分辨率上提高了10倍,因而能够更好的显示出人类大脑不同部分的不同结构。他表示:“这一跨时代的设备让科学家能够首次很清楚的观察到人类大脑内部的结构图和工作情况。在大脑发育的早期,神经纤维串接后能够形成直线路径,并且表现出水平、垂直与交叉的形式。”

研究人员称,人类大脑在发育期间能够限制关于神经纤维改变方向的选择。一直以来,研究人员都未能弄明白人类大脑的详细图像,部分原因在于大脑皮层形成许多皱褶,上面的角落和缝隙掩盖了大脑的串接结构。以往的时候,科学家可以借助化学跟踪剂来显示动物脑部的神经网络结构,希望借此对研究人类脑部结构有所帮助,但科学家并不能将这种方法直接用于人体。

据悉,科学家的研究结果发表在近期出版的《科学》期刊上。(来源:英国每日邮报,编译:残剑)

陈雅娟 本文来源:网易探索 责任编辑:王晓易_NE0011
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