人脑,重约1400克,也许是我们世界里最复杂最精密的机器。它在功能上极具多样性,几乎承载了我们所有的智能活动(注意、学习、记忆、沟通和决策等)。这得益于它的核心结构——一个由神经突触联结而成的神经元网络,其中包含了百亿级神经元和百万亿级神经突触。
要想研究大脑,毋庸置疑,认识是基础。
解剖学是脑科学研究最基本的知识和手段。
通过脑组织切片、细胞染色示踪,观察大脑详细的生理结构并追踪其中的神经网络走向,例如可以直接观察特定神经元的位置数量和相互之间的连接情况,据此导出它们的工作机制,为神经科学、心理学相关问题或猜想提供了检验手段。
然而解剖学方法最大的局限性是只能观察到死亡的大脑而不能得知大脑的运作状态,这就需要现代科学技术实现在被观测者保持清醒状态下的脑活动检测。
目前比较常见的检测手段有电脑断层扫描(CT)、功能性核磁共振(fMRI)、正电子发射断层显像(PET)、功能性近红外光谱技术(fNIRS)、脑电图(EEG)、脑状态客观定量测量等。
本文会简单介绍以上每种成像技术的原理、特点以及其具体的应用场景。
电脑断层扫描(CT)
它是利用精确准直的X线束、γ射线、超声波等,与灵敏度极高的探测器一同围绕人体的某一部位作一个接一个的断面扫描,具有扫描时间快,图像清晰等特点,可用于多种疾病的检查;根据所采用的射线不同可分为:X射线CT(X-CT)、超声CT(UCT)以及γ射线CT(γ-CT)等。
CT技术属于结构成像技术,它只能用于观察大脑的静态结构,而不能用于观察大脑的动态功能。虽然CT图像的分辨率不高,但足够将大脑的主要结构进行可视化,因此可以用于观察大脑肿瘤。
CT图像,图片来源网络,侵删
磁共振成像(MRI)
MRI和CT一样,都属于结构成像技术,但MRI使用的不再是X射线,而是电磁波。它利用设备使人体内的特定原子核旋转同向,从人体中获得统一整齐的电磁信号,重建出人体信息。
由于大脑中各种组织间含水比例不同,即含氢核数的多少不同,因此不同组织间核磁共振信号强度之间存在差异,利用这种差异作为特征量,就可以把各种组织分开。与CT类似,MRI也可以用于检测大脑结构以及观察组织中的肿瘤。
MRI也被认为是一种对人体没有任何伤害的安全、快速、高空间分辨率的临床诊断方法。CT和MRI之间没有绝