近乎静音的磁共振成像，记录小鼠伸爪取食时的大脑

磁共振成像的噪声和运动造成的图像失真，让观察行动中的动物大脑变得困难。北卡罗来纳大学教堂山分校Yen-Yu Ian Shih领导的团队重新设计了功能磁共振成像的数据采集方式，以应对这两个障碍。这项名为SORDINO的技术于9月9日发表于《自然·神经科学》，并在一台实验用的9.4特斯拉设备上接受测试。特斯拉是磁场强度的单位。

为了确定每个信号来自哪里，设备会让磁场在空间中产生细微变化。这些变化如果调整得过于突然，就会使线圈振动并发出噪声。SORDINO让这些变化的总强度基本保持不变，同时连续、平缓地转动其方向，并在变化过程中采集数据。团队将这种方法与名为GRE-EPI的常规采集方式，以及几乎立即开始读取信号的另一种技术ZTE作了比较。

研究人员把麦克风放在距设备中心约三米处，测量每种采集方式相对于设备待机状态增加了多少声压级。在小鼠的听觉频段内，每种条件各记录1,210个片段，SORDINO的平均差值约为0.1分贝，ZTE为0.9分贝，常规技术为13.0分贝。制冷系统仍在运行：改进之处在于几乎消除了采集过程额外产生的噪声，而不是让环境绝对无声。

为了进一步观察清醒动物，研究人员制作了一块小型头板，它既固定头部，也充当天线，发射和接收磁共振信号。动物的身体和四肢保持自由。经过五天适应，25只小鼠分别接受了30分钟扫描，每两秒获取一幅三维图像，图像的体积单元边长为0.4毫米。分析不同脑区共同出现的信号波动后，团队重现了已知的大脑功能组织模式。

在另一项实验中，四只小鼠学会伸出一只前爪，抓取每20秒呈现一次的小块食物。气动装置在设备内将食物放到动物能够够到的位置。分析涵盖24次扫描，每次有75至100次抓取动作，并把动作期间及之后的信号与食物呈现前数秒的信号作了比较。整个任务过程中，头部保持固定。

脑图显示，最初的信号增强出现在与所用前爪相对一侧的运动皮层，同时压后区的信号减弱。压后区位于大脑皮层后部的内侧。随后数秒内，两侧半球的感觉和运动区域，以及丘脑、小脑的信号增强，之后回到基线。磁共振追踪的是与神经元活动相关的血液和氧合变化。因此，这组图像并不是电脉冲在细胞之间传递的直接录像。

这项进展把更安静的采集环境，与在协调动作期间同时追踪多个脑区的能力结合起来。对于行为研究人员而言，它扩大了无需麻醉、又能覆盖全脑的可研究任务范围。下一步是探索这些任务，并确定在其他设备和条件下，准确性与灵敏度能保持到什么程度。