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研究人员发现首次快速大脑信号的非侵入性测量

大脑内部信息的处理是人体最复杂的过程之一。该过程的中断通常会导致严重的神经系统疾病。因此,对大脑内部信号传输的研究是理解多种疾病的关键。但是,从方法论的角度来看,这给研究人员带来了重大挑战。渴望观察以“思维速度”运行的大脑神经细胞,但又不需要在大脑中放置电极,导致了具有高时间分辨率的两种技术的出现:脑电图(EEG)和磁脑电图(MEG) 。两种方法都可以从颅骨外部可视化大脑活动。但是,虽然慢电流的结果可靠,但快电流的结果却不可靠。

当一种神经细胞产生的信号被另一种神经细胞接收时,就会发生慢电流(称为突触后电位)。随后的脉冲发射(将信息传输到下游神经元或肌肉)会产生持续仅一毫秒的快速电流。这些被称为动作电位。“直到现在,我们只能在神经细胞接收信息时观察到它们,而不能在响应单个感觉刺激时传递信息,”本杰明·富兰克林校园神经病学实验神经病学系的Gunnar Waterstraat博士解释说。“可以说我们实际上是一只眼睛失明的人。”在PTB的Waterstraat博士和RainerKörber博士的领导下,一组研究人员现已奠定了改变这一现状所需的基础。

他们通过显着降低由MEG设备本身产生的系统噪声来做到这一点。Körber博士解释说:“ MEG设备内部的磁场传感器浸没在液氦中,以将其冷却至-269°C(4.2 K)。”他补充说:“为此,冷却系统需要复杂的热绝缘。这种超绝热层由产生电磁噪声的铝涂层箔组成,因此会掩盖诸如神经细胞相关的小磁场。我们现在已经改变了设计以确保不再测量该噪声的方式进行超级绝缘。这样做,我们设法将MEG技术的灵敏度提高了十倍。”

研究人员以刺激手臂神经为例,证明该新设备确实能够记录快速的脑电波。作为对四个健康受试者的研究的一部分,研究人员对腕部的特定神经施加了电刺激,同时将MEG传感器直接置于负责处理施加到手部的感觉刺激的大脑区域上方。为了消除外部干扰源,例如电网和电子组件,在PTB的一间屏蔽录音室中进行了测量。研究人员发现,通过这样做,他们能够测量大脑皮层中一小部分同时激活的神经元对单个刺激做出响应而产生的动作电位。”沃特斯特拉特博士说:“这是无创方法首次使我们能够观察到大脑中的神经细胞,以响应单一的感觉刺激而发送信息。”他继续说:“一个有趣的观察是,这些快速的大脑振动并非如此。本质上是统一的,但随着每种刺激而变化。这些变化也独立于缓慢的脑信号而发生。尽管所施加的所有刺激都是相同的,但大脑如何处理有关手触摸的信息却存在很大的差异。”一个有趣的观察结果是,这些快速的大脑振动本质上不是统一的,而是随着每种刺激而变化。这些变化也独立于缓慢的脑信号而发生。尽管所施加的所有刺激都是相同的,但大脑如何处理有关手触摸的信息却存在很大的差异。”一个有趣的观察结果是,这些快速的大脑振动本质上不是统一的,而是随着每种刺激而变化。这些变化也独立于缓慢的脑信号而发生。尽管所施加的所有刺激都是相同的,但大脑如何处理有关手触摸的信息却存在很大的差异。”

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