升级 MRI 造影新技术！DIANA 提高大脑内讯号的时间、空间分辨率

来自韩国的生物医学工程系教授 Jang-Yeon Park 带领其研究团队研发一新兴技术，可克服现有、已使用将近 30 年的功能性磁振造影（functional magnetic rfesonance imaging, fMRI）技术的多重限制，提供神经学科学家在研究帕金森氏症（Parkinson’s disease）、阿兹海默症（Alzheimer’s disease）等脑部疾病更有力的研究工具，以了解生物神经网络的运作方式。

若这项新技术成功，有朝一日将可强化或直接取代目前广泛使用的临床造影工具，包含监测大脑内的电波、磁力讯号的脑电图（electroencephalography, EEG）与脑磁图（magnetoencephalography, MEG）。此研究于 10 月 13 日刊登于 Science 期刊中。

现有 fMRI 的限制

fMRI 自 1990 年问世后，为大脑研究带来革命性的改变，因其为临床提供一种无创、非侵入性的追踪人脑活动模式的方法，让研究人员能得以绘制大脑中各区域的情形。然而，fMRI 的能力却会受限于神经元激活的时间与地点，因其是透过测量血氧浓度相依对比（blood oxygenation level–dependent, BOLD）以监测神经元的活动。BOLD 能反映大脑的血流动力学改变，包含神经元活动变化所引起的血流循环变动；然而尽管 BOLD 为 fMRI 提供了毫米量级的空间分辨率，但要由此推断神经元活化的空间与时间上的概念上仍是模糊的，进而导致 BOLD 在空间特异性的限制。这是因为尽管血流动力学的波动非常迅速（约 1 秒钟），但神经元在认知与感觉传导的速度更快（约 0.1 秒钟），如此速度导致研究人员无法追踪神经元活化，更也无法如实、即时的反应大脑内的变化。

克服 MRI 机器限制的新技术－DIANA

韩国大学的研究团队提出一种高分辨率的 DIANA 技术（direct imaging of neuronal activity），可直接反映神经元的细胞内电压信号，克服时间与空间特异性的间接生理限制；此外，DIANA 的运用上不需要显影剂（contrast agents），可搭载在现有的 MRI 设备上来操作。透过监测小鼠大脑来评估 DIANA 技术表现后发现，不但时间分辨率可提高至以 5 毫秒为单位的神经元活动，还能检测到微小的讯号，同时保留了 MRI 的高空间分辨率（0.22 毫米）的优势。

研究团队利用 DIANA 技术来显影小鼠大脑示意图。（图片来源：Science）

乐见于 DIANA 技术优秀的表现，研究团队指出未来可将其转为临床人体系统，也预计将会在人脑网络中观察到更复杂的讯号回馈，并可借此试探 DIANA 技术的极限。整体而言，DIANA 为神经影像学开辟了新路径，让临床科学家将能更准确、深入地了解大脑内的组织与功能；而其具备的高时间与空间分辨率将有助于解释神经网络的时空动态，以期其功能之间的因果关系。

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参考资料：
1. https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade4938
2. https://www.science.org/doi/10.1126/science.abh4340