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科學家研制成功雙人磁共振成像掃描儀

2020-01-14 中國科學报 许悦
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  磁共振掃描儀那黑黝黝、隆隆作響的“洞穴”,對于普通人來說是個讓人感到封閉、孤獨的地方。

  對人類社交活動感興趣的科學家,該如何在被試者孤立的情況下,捕捉到一個忙于社交互動的大腦信息呢?兩個研究小組給出了一個奇妙的解決方案:讓兩個被試者共用一台掃描儀。

  可用于雙人同測的磁共振掃描儀,其中一台正在美國國家科學基金會(NSF)的支持下進行研發,另一台已經進行了初次測試,相關結果上月在BioRxiv上以預印本形式發表。

  兩個研究小組希望通過上述實驗開辟新方法,研究大腦如何通過面部表情、眼神交流和肢體接觸,交換微妙的社交和情感線索。

  “这个工具可以极大扩展研究调查的可能性。”美国洛克菲勒大学神经学家Winrich Freiwald说,“这太令人兴奋了。”

  功能性磁共振成像(fMRI)如今已是研究社會過程的一種常見工具,它通過血氧改變來估計神經活動。

  但是,与真实社交互动相比,这些实验是“简化和人为的”。芬兰图尔库大学神经学家Lauri Nummenmaa说,被试者通常是躺在扫描器里看脸部静态照片或听语音录音进行互动。

  爲此,研究人員不得不在掃描儀中創造實時互動的情境。

  2002年,美国贝勒医学院神经学家Read Montague和同事发表了研究,他们同时记录了不同的、相互连接的磁共振扫描仪中人的活动。通过这种方法,研究人员可以捕捉到在线游戏或通过音视频进行交流时人们的神经活动。

  美国哥伦比亚大学神经学家和磁共振成像物理学家Ray Lee说,即使采用上述方法,“大量的人际交互信息也会被漏掉”。

  所以,在過去10年裏,他一直探索將一個功能性磁共振成像裝置一分爲二,同時供兩人使用。

  2012年,在普林斯顿大学,Lee和同事发表了第一篇关于双人磁共振装置的論文。

  Nummenmaa和芬蘭阿爾托大學的同事則共同開發了第二台雙人fMRI。

  這台掃描儀使用了不同類型和形狀的頭部線圈,而被試者被置于近乎擁抱的姿勢。

  在2019年12月10日的BioRxiv預印本中,研究小組發布了一項早期技術測試:讓一對朋友或親密夥伴輪流輕拍對方嘴唇,同時對雙方神經活動進行記錄。通過這項測試,研究人員驗證了掃描儀能夠檢測到的錄音指令下,與敲擊手指的視覺和敲擊觸覺相對應的大腦活動。

  同樣的,Lee所進行的第一個研究問題也相對簡單:共享掃描儀中的大腦活動與遠程視頻連接中的活動有何不同?當人們進行眼神交流時,大腦網絡的哪一區域會亮起來?他仍在分析2012年的實驗數據並提交研究成果。

  盡管這項研究有其局限性,但Lee認爲,雙人磁共振成像掃描儀將捕捉到長期被神經成像忽視的社交大腦研究的各個方面。他計劃通過掃描儀觀察自閉症和非自閉症兒童在進行眼神交流或與父母互動時的腦動力學差異。他預計,到今年秋天,他的第一批被試者將一起體驗雙人磁共振。

打印 責任編輯:侯茜

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