世界上最强大的核磁共振成像仪首次捕捉到令人惊叹的大脑扫描图像

世界上最强大的核磁共振成像仪首次捕捉到令人惊叹的大脑扫描图像 用功率为 11.7 特斯拉的新型 Iseult 核磁共振成像仪拍摄的人脑图像，显示了可能达到的详细程度这种额外功率的主要好处是可以更快地拍摄出分辨率更高的大脑图像。在短短四分钟内，Iseult 就能捕捉到水平方向最小 0.2 毫米（0.008 英寸）的脑组织图像，"切片"厚度仅为 1 毫米（0.04 英寸）。这相当于一次拍摄几千个神经元。传统的核磁共振成像仪要拍摄出这种分辨率的图像，病人需要完全静止地躺上两个多小时，稍有移动就会模糊不清。这当然是不可行的。90 厘米（35.4 英寸）宽的"洞"让病人可以把头伸进去，这也提高了舒适度。与通常的 60 至 70 厘米（23.6 至 27.6 英寸）相比，这似乎不是一个很大的增长，但额外的头部空间有助于减少幽闭恐惧症。使用新型 Iseult 核磁共振成像仪在不同功率级别（3 T、7 T 和 11.7 T）下拍摄的人脑图像对比。几年前，Iseult 曾在南瓜上进行过测试，但现在它对 20 名健康志愿者的大脑进行了首次扫描。这些令人惊叹的图像展示了新型核磁共振成像技术的潜力，它可以揭示以前无法获得的有关大脑如何工作的信息，包括大脑如何编码心理表征，以及哪些神经元特征与意识本身有关。除了这些存在的问题，Iseult 还能帮助科学家了解、诊断和治疗阿尔茨海默氏症和帕金森氏症等神经退行性疾病。它应该能够检测到常规核磁共振扫描通常无法看到的化学特征，包括葡萄糖和谷氨酸等分子，这些分子参与大脑新陈代谢，其紊乱可能与胶质瘤和神经变性等疾病有关。它还能追踪锂在大脑中的分布，锂可用于治疗躁郁症。由于其复杂性，Iseult 比其他核磁共振成像仪大得多。它长、宽各 5 米（16.4 英尺），重 132 吨，由 182 千米（113 英里）长的超导导线组成。为了将磁体冷却到所需的-271.35 °C（-456.43 °F），需要大约 7500 升（1981 加仑）液氦。这种尺寸、复杂性和毫无疑问的成本可能会限制伊瑟尔磁共振成像仪的使用范围，但希望它能带来足够的好处，尽快在一些特殊设施中投入使用。该团队在下面的视频中讨论了这项技术。 ... PC版： 手机版：

麻省理工学院的新型核磁共振成像技术揭示大脑深处隐藏的光线

麻省理工学院的新型核磁共振成像技术揭示大脑深处隐藏的光线 现在，麻省理工学院的工程师们想出了一种新方法来检测大脑中这种被称为生物发光的光：他们改造了脑血管，使其表达一种蛋白质，这种蛋白质能使血管在光的作用下扩张。这种扩张可以通过磁共振成像（MRI）观察到，从而使研究人员能够精确定位光源。"我们在神经科学以及其他领域面临的一个众所周知的问题是，在深层组织中使用光学工具非常困难。"麻省理工学院生物工程、脑与认知科学以及核科学与工程学教授艾伦-贾萨诺夫（Alan Jasanoff）说："我们研究的核心目标之一就是想出一种方法，以相当高的分辨率对深层组织中的生物发光分子进行成像。"贾萨诺夫和他的同事们开发的新技术可以让研究人员比以前更详细地探索大脑的内部运作。贾萨诺夫同时也是麻省理工学院麦戈文大脑研究所的副研究员，他是这项研究的资深作者，研究报告发表在今天（5月10日）的《自然-生物医学工程》上。麻省理工学院前博士后罗伯特-奥伦多夫（Robert Ohlendorf）和李楠是这篇论文的主要作者。一种利用磁共振成像（MRI）检测大脑生物发光的新方法。麻省理工学院开发的这项技术可以让研究人员比以前更详细地探索大脑的内部运作。图为血管在转导了光敏基因后呈现鲜红色。图片来源：研究人员提供生物发光蛋白存在于许多生物体内，包括水母和萤火虫。科学家利用这些蛋白质标记特定的蛋白质或细胞，然后用发光仪检测它们的发光。荧光素酶就是经常用于此目的的蛋白质之一，它有多种形式，能发出不同颜色的光。贾萨诺夫的实验室专门研究利用核磁共振成像技术为大脑成像的新方法，他们希望找到一种方法来检测大脑深处的荧光素酶。为此，他们想出了一种将脑血管转化为光探测器的方法。一种流行的核磁共振成像是通过成像大脑中血流的变化来实现的，因此研究人员设计了血管本身，使其通过扩张对光做出反应。贾萨诺夫说："血管是功能性核磁共振成像和其他无创成像技术中成像对比度的主要来源，因此我们认为可以通过光敏血管本身，将这些技术成像血管的内在能力转化为成像光的手段。"为了使血管对光敏感，研究人员设计血管表达一种叫做Beggiatoa光活化腺苷酸环化酶（bPAC）的细菌蛋白质。当暴露在光线下时，这种酶会产生一种叫做 cAMP 的分子，从而导致血管扩张。血管扩张时，会改变含氧血红蛋白和脱氧血红蛋白的平衡，而这两种血红蛋白具有不同的磁性。这种磁性的变化可以通过核磁共振成像检测到。BPAC 专门对波长较短的蓝光做出反应，因此它能检测到近距离内产生的光线。研究人员使用病毒载体将 bPAC 的基因专门传递给构成血管的平滑肌细胞。将这种载体注射到小鼠体内后，整个大脑大面积的血管都变得对光敏感。"血管在大脑中形成了一个极为密集的网络。大脑中的每个细胞距离血管都在几十微米之内，"贾萨诺夫说。"我喜欢用这样的方式来描述我们的方法：我们基本上把大脑的血管变成了一台三维照相机"。一旦血管对光敏感，研究人员就植入经过改造的细胞，如果存在一种叫做CZT的底物，这些细胞就会表达荧光素酶。在大鼠身上，研究人员能够通过核磁共振成像检测荧光素酶，从而发现扩张的血管。研究人员随后测试了他们的技术能否检测到大脑自身细胞产生的光，如果这些细胞被设计成能表达荧光素酶的话。他们将一种名为GLuc的荧光素酶基因植入大脑深部区域（即纹状体）的细胞中。将CZT底物注入动物体内后，核磁共振成像会显示出发光的部位。贾萨诺夫说，这项技术被研究人员称为利用血液动力学的生物发光成像技术（BLUsH），可以通过多种方式帮助科学家了解更多有关大脑的信息。其一，通过将荧光素酶的表达与特定基因联系起来，可用于绘制基因表达变化图。这有助于研究人员观察基因表达在胚胎发育和细胞分化过程中或新记忆形成时的变化。荧光素酶还可用于绘制细胞间的解剖连接图，或揭示细胞如何相互交流。研究人员现在计划探索其中的一些应用，并将该技术用于小鼠和其他动物模型。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家研制出世界上首个3D打印 "大脑模型"

科学家研制出世界上首个3D打印 "大脑模型" 在维也纳医科大学和维也纳工业大学的一个联合项目中，开发出了世界上第一个三维打印的"大脑模型"，该模型以脑部纤维结构为模型，可以使用一种特殊的磁共振成像（dMRI）进行成像。由维也纳医科大学和维也纳工业大学领导的科研团队在一项研究中表明，这些大脑模型可用于推进神经退行性疾病（如阿尔茨海默氏症、帕金森氏症和多发性硬化症）的研究。这项研究成果发表在《先进材料技术》（Advanced Materials Technologies）杂志上。磁共振成像（MRI）是一种广泛使用的诊断成像技术，主要用于检查大脑。核磁共振成像可在不使用电离辐射的情况下检查大脑的结构和功能。在磁共振成像的一种特殊变体扩散加权磁共振成像（dMRI）中，还可以确定大脑中神经纤维的方向。然而，在神经纤维束的交叉点很难正确确定神经纤维的方向，因为不同方向的神经纤维会在那里重叠。为了进一步改进流程以及测试分析和评估方法，一个国际团队与维也纳医科大学和维也纳工业大学合作开发了一个所谓的"大脑模型"，该模型是利用高分辨率三维打印工艺制作的。带有微通道的小立方体维也纳医科大学的研究人员作为核磁共振成像专家，维也纳工业大学的研究人员作为三维打印专家，与苏黎世大学和汉堡大学医疗中心的同事密切合作。早在2017年，维也纳工业大学就开发出了一种双光子聚合打印机，可以实现升级打印。在此过程中，还与维也纳医科大学和苏黎世大学共同开展了脑模型的使用案例研究。由此产生的专利构成了脑模型的基础，该模型现已开发完成，并由维也纳工业大学的研究与转让支持团队负责监督。从外观上看，这个幻影与真正的大脑并无太大区别。它要小得多，形状像一个立方体。它的内部是非常细小的、充满水的微通道，大小与单个颅神经相当。这些通道的直径比人的头发丝还要细五倍。为了模仿大脑中精细的神经细胞网络，第一作者迈克尔-沃莱茨（Michael Woletz）（维也纳医科大学医学物理和生物医学工程中心）和弗兰兹斯卡-查鲁帕-甘特纳（Franziska Chalupa-Gantner）（维也纳工业大学3D打印和生物制造研究小组）领导的研究小组使用了一种相当不寻常的3D打印方法：双光子聚合。这种高分辨率方法主要用于打印纳米和微米级的微结构，而不是打印立方毫米级的三维结构。为了为 dMRI 制作合适尺寸的模型，维也纳科技大学的研究人员一直在努力扩大三维打印工艺的规模，以便能够打印出具有高分辨率细节的更大物体。高比例三维打印为研究人员提供了非常好的模型，在 dMRI 下观察时，可以确定各种神经结构。Michael Woletz 将这种提高 dMRI 诊断能力的方法与手机相机的工作方式进行了比较："我们看到，手机相机在摄影方面取得的最大进步并不一定是新的、更好的镜头，而是改进所拍摄图像的软件。dMRI 的情况也类似：利用新开发的大脑模型，我们可以更精确地调整分析软件，从而提高测量数据的质量，更准确地重建大脑神经结构。"改进 dMRI分析软件因此，真实再现大脑中的特征神经结构对于"训练"dMRI 分析软件非常重要。使用三维打印技术可以创建可修改和定制的各种复杂设计。因此，大脑模型描绘的是大脑中产生特别复杂信号并因此难以分析的区域，如交叉的神经通路。因此，为了校准分析软件，需要使用 dMRI 对大脑模型进行检查，并像分析真实大脑一样分析测量数据。由于采用了三维打印技术，模型的设计是精确可知的，分析结果也可以检查。作为联合研究工作的一部分，维也纳医科大学和维也纳理工大学已经证明了这一点。所开发的模型可用于改进 dMRI，从而有利于手术规划和神经退行性疾病（如阿尔茨海默氏症、帕金森氏症和多发性硬化症）的研究。尽管概念得到了验证，但团队仍然面临着挑战。目前最大的挑战是扩大这种方法的规模："双光子聚合的高分辨率使得打印微米和纳米范围的细节成为可能，因此非常适合颅神经成像。但与此同时，使用这种技术打印一个几立方厘米大小的立方体也需要相应的时间，"Chalupa-Gantner 解释说。"因此，我们不仅要开发更复杂的设计，还要进一步优化打印过程本身"。编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

颈部炎症：常见头痛背后隐藏的罪魁祸首

颈部炎症：常见头痛背后隐藏的罪魁祸首 德国乌尔姆大学医院诊断与介入放射学系、慕尼黑伊萨尔河大学医院诊断与介入神经放射学系住院医师、医学博士、博士尼科-索尔曼（Nico Sollmann）说："我们的成像方法首次提供了客观证据，证明原发性头痛（如偏头痛或紧张型头痛中的颈部疼痛）中颈部肌肉经常受累。"了解紧张型头痛在美国，每三个成年人中就有两个人受到紧张型头痛的影响。紧张型头痛患者通常会感到头部发紧，头部两侧有轻度至中度的钝痛。虽然这种头痛通常与压力和肌肉紧张有关，但其确切的起源还不完全清楚。偏头痛的特点是剧烈的跳痛。偏头痛一般发生在头部的一侧，或一侧疼痛加剧。偏头痛还可能导致恶心、虚弱和光敏感。根据美国偏头痛基金会的数据，美国有超过 3,700 万人受到偏头痛的影响，全球有多达 1.48 亿人患有慢性偏头痛。斜方肌分割示例。(A）一名 25 岁女性和（B）一名 24 岁男性的双侧斜方肌（红色区域）分割遮罩。图片来源：RSNA/Nico Sollmann, M.D., Ph.D.颈痛和头痛颈痛通常与原发性头痛有关。然而，目前还没有肌筋膜受累的客观生物标志物。肌筋膜疼痛与肌肉或肌肉周围的结缔组织（称为筋膜）的炎症或刺激有关。在这项研究中，Sollmann 博士及其同事旨在通过定量磁共振成像 (MRI) 研究原发性头痛疾病中斜方肌的参与情况，并探讨肌肉 T2 值与头痛和颈部疼痛频率之间的关联。这项前瞻性研究包括 50 名参与者，大部分为女性，年龄在 20 岁至 31 岁之间。研究小组中，16 人患有紧张型头痛，12 人患有紧张型头痛和偏头痛。这两组人与 22 名健康对照者进行了配对。所有参与者都接受了三维涡轮自旋回波核磁共振成像检查，对双侧斜方肌进行手动分割，然后提取肌肉 T2 值，分析了肌肉 T2 值与是否存在颈部疼痛、头痛天数以及通过手动触摸斜方肌确定的肌筋膜触发点数量之间的关系（调整了年龄、性别和体重指数）。核磁共振成像研究结果紧张型头痛加偏头痛组的肌肉 T2 值最高。肌肉 T2 与头痛天数和颈部疼痛明显相关。肌肉 T2 值的增加可解释为神经系统炎症的代用指标，以及肌筋膜组织内神经纤维敏感性的增加。"颈部肌肉的量化炎症变化与头痛天数和主观感觉到的颈部疼痛明显相关，"Sollmann 博士说。"这些变化使我们能够区分健康人和原发性头痛患者"。肌肉 T2 映射可用于对原发性头痛患者进行分层，并跟踪潜在的治疗效果以进行监测。影响和未来方向"我们的研究结果支持颈部肌肉在原发性头痛的病理生理学中的作用，"Sollmann 博士说。"因此，针对颈部肌肉的治疗可以同时缓解颈部疼痛和头痛。直接针对颈部肌肉疼痛部位的非侵入性治疗方案可能非常有效，而且比全身用药更安全。我们的成像方法提供了一种客观的生物标志物，在不久的将来可以促进治疗监测和患者对某些治疗方法的选择。"编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

科学家可能发现了自闭症的第一个征兆：异常巨大的大脑

科学家可能发现了自闭症的第一个征兆：异常巨大的大脑 一些患有自闭症的儿童面临着严重、持久的挑战，包括发育迟缓、社交障碍，甚至可能无法说话。与此同时，其他儿童的症状可能会随着时间的推移而减轻。在此之前，这种结果上的差异对科学家来说一直是个谜。加州大学圣地亚哥分校的研究人员在《分子自闭症》（Molecular Autism）杂志上发表的一项新研究首次揭示了这一问题。研究结果包括这两种亚型自闭症的生物学基础是在子宫内形成的。研究人员利用10名1至4岁患有特发性自闭症（未找到单基因病因）的幼儿的血液干细胞，创建了大脑皮质器官（BCOs）或胎儿皮质模型。他们还从六名神经正常的幼儿身上制造出了大脑皮层有机体。大脑皮层通常被称为灰质，位于大脑外侧。它拥有数百亿个神经细胞，负责意识、思维、推理、学习、记忆、情感和感官功能等基本功能。研究结果包括根据在不同年份（2021 年和 2022 年）进行的两轮研究，患有自闭症的幼儿的 BCO 比神经畸形对照组的 BCO 大得多，大约大 40%。每一轮研究都要从每位患者身上提取数百个器官组织。研究人员还发现，自闭症幼儿的 BCO 生长异常与他们的疾病表现有关。幼儿的 BCO 体积越大，他们日后的社交和语言症状就越严重，核磁共振成像显示的大脑结构也越大。与神经正常的同龄人相比，BCO 过度增大的幼儿在社交、语言和感官脑区的体积比正常幼儿要大。桑福德干细胞研究所（SSCI）太空干细胞轨道综合研究中心主任阿利森-穆奥特里（Alysson Muotri）博士说："大脑并不一定越大越好。"她是癌症干细胞生物学领域领先的医生科学家，其研究探索了空间如何改变癌症进展这一基本问题。穆奥特里还是加州大学圣地亚哥分校医学院儿科学系和细胞与分子医学系的教授。更重要的是，所有自闭症儿童的脑器质性组织，无论严重程度如何，其生长速度都比神经正常儿童快三倍左右。一些最大的脑器质性组织来自最严重、最顽固的自闭症儿童的神经元也在加速形成。幼儿的自闭症越严重，他们的脑器质性组织的生长速度就越快，有时甚至发展到神经元过剩的地步。与穆奥特里共同领导这项研究的医学院神经科学系教授、博士埃里克·库尔切森（Eric Courchesne）称这项研究是"独一无二的"。他说，将自闭症儿童的数据（包括智商、症状严重程度和核磁共振成像等影像学检查）与相应的BCO或类似的干细胞衍生模型相匹配，是非常有意义的。但奇怪的是，在他们的工作之前，还没有开展过此类研究。"自闭症的核心症状是社交情感和沟通问题，"兼任加州大学圣地亚哥分校自闭症卓越中心联合主任的库尔切森说。"我们需要了解造成这些问题的潜在神经生物学原因，以及它们是何时开始的。我们是第一个设计自闭症干细胞研究这一具体和核心问题的人。"长期以来，人们一直认为自闭症是一种复杂的渐进性疾病，始于产前，涉及多个阶段和过程。虽然自闭症患者没有两个是相同的就像神经正常的人没有两个是相同的一样但患有这种神经发育疾病的人一般可分为两类：一类是社交障碍严重，需要终生照顾，甚至可能不说话；另一类是病情较轻，最终发展出良好的语言能力和社交关系。科学家们还无法确定为什么会存在至少两类自闭症患者。他们也无法在产前识别自闭症儿童，更不用说预测他们的病情可能有多严重了。现在，库尔切森和穆奥特里已经确定大脑过度生长始于子宫内，他们希望找出其原因，以便开发出一种疗法，缓解这种疾病患者的智力和社交功能。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

年轻一代的大脑更大了 这对痴呆症产生了影响

年轻一代的大脑更大了 这对痴呆症产生了影响 到 2020 年，全球痴呆症患者人数将超过 5500 万，预计这一数字将每 20 年翻一番。然而，痴呆症患者人数的增加很可能是人口老龄化和寿命延长的结果。2016 年由美国国立卫生研究院（NIH）资助的一项研究发现，自 20 世纪 70 年代以来，新报告的痴呆症病例逐渐减少，平均每十年减少 20%。是什么导致了这种下降？2016 年的研究考察了教育等因素对痴呆症风险的影响，发现到 2000 年代，与 70 年代相比，至少拥有高中文凭的人的痴呆症发病率下降了 44%。虽然研究注意到了教育与痴呆症之间的联系，但并没有研究潜在的原因。加州大学戴维斯分校健康中心的一项新研究或许可以解释这一点：我们的大脑现在变大了。该研究的第一作者、加州大学戴维斯分校阿尔茨海默病研究中心主任、神经学教授查尔斯-德卡利（Charles De Carli）说："一个人出生的年代似乎会影响大脑的大小，并可能影响大脑的长期健康。遗传在决定大脑大小方面起着重要作用，但我们的研究结果表明，健康、社会、文化和教育因素等外部影响也可能起到一定作用。"加州大学戴维斯分校的研究人员在目前的研究中使用了与前一项研究相同的数据集，即弗雷明汉心脏研究（FHS）。这项以社区为基础的人口研究始于 1948 年，研究对象是马萨诸塞州弗雷明汉市的 15000 多人，研究人员对三代参与者进行了调查，以确定心脏和大脑的健康趋势。1999年至2019年期间，研究人员对3226名出生于1930年至1970年的人进行了脑部核磁共振成像检查，其中女性占53%，男性占47%。所有参与者都没有认知障碍或中风病史，而中风会增加痴呆症风险。研究人员将 20 世纪 30 年代出生的人的核磁共振成像与 20 世纪 70 年代出生的人的核磁共振成像进行比较后发现，有几种大脑结构的大小在逐渐但持续地增加。其中，颅内容积（ICV）或颅骨（头盖骨）内的容积逐年增加，从 30 年代的平均 1,234 毫升/41.7 盎司增加到 70 年代的 1,321 毫升/44.7 盎司增加了 6.6%。虽然 20 世纪 70 年代的人也比 30 年代的人高，但在对身高进行调整后，ICV 的差异依然存在。研究表明，ICV 越大，表明"大脑储备"越大，从而可以预防痴呆症。白质是由数百万髓鞘化神经纤维束组成的深层脑组织白质和皮质灰质的大小也有所增加。灰质是大脑（皮层）的最外层，对精神功能、记忆、情绪和运动都很重要。中风、帕金森病和阿尔茨海默病等多种疾病都会影响灰质。白质位于灰质之下，包含数百万束神经纤维（白质之所以呈白色，是因为髓鞘包裹着神经纤维）。从 20 世纪 30 年代到 70 年代，研究人员观察到白质的体积增加了 7.7%，皮质灰质的体积增加了 2.2%。海马体的体积也增加了 5.7%，海马体的最大作用是保存短期记忆并将其转移到长期储存中。皮质表面积，也就是看起来皱巴巴的可见灰质层，增加了 14.9%。德卡利说："像我们的研究中观察到的这种较大的大脑结构可能反映了大脑发育的改善和大脑健康的提高。更大的大脑结构代表着更大的大脑储备，可以缓冲阿尔茨海默氏症和相关痴呆症等老年性脑部疾病的晚年影响。"研究人员承认遗传因素的重大影响，但认为他们的研究结果表明，早期生活环境的影响更有可能促成大脑结构的增大和痴呆症风险的降低。他们说，他们观察到的大脑体积增大可能反映了自 20 世纪 30 年代以来健康、教育和社会文化因素的改善，以及心脏病、高血压、肥胖、运动和糖尿病等可改变的痴呆症风险因素的改善。然而，这项研究的局限性在于，家庭健康调查的人群主要是非西班牙裔白人，他们身体健康，受过良好教育。因此，它不能代表更广泛的美国人口。不过，与此相对应的是这项研究的设计，它对大量参与者的大部分生命周期进行了跟踪，并跨越了近 80 年的出生日期。这项研究发表在《美国医学会神经学杂志》上。 ... PC版： 手机版：