大脑是活着,将新的核磁共振扩散技术让我们看到它移动和动摇?

(欧宝娱乐地址医学Xpress) 1982年开创性实验Tasaki和埃瓦萨NIH透露,在神经元动作电位不仅仅是生理学家容易放大和记录的电子信号。这些所谓的“峰值”实际上是综合信号方案,包括机械和热扰动传播的轴突的利率。诺贝尔奖得主弗朗西斯·克里克同年发表了一篇论文,他假定的潜在机制,解释树突棘的抽搐,增加一个新兴的大脑比先前想象的更具活力和能动的。最近,研究人员已经开发出diffusion-based核磁共振方法,如扩散张量成像(DTI),跟踪轴突的轨迹,更有趣的是,决定他们的方向极性。在欧洲职业足球联盟在瑞士,丹尼斯·勒比昂和他的同事已经在稍微不同的方式使用扩散磁共振成像。现在他们似乎能够直接测量从膜的微妙的运动神经活动,水在其中,在细胞外空间。他们的工作,只是发表在PNAS目前提供了急需的概念转变,但通常模糊不清,想法关于神经与血管的血液流动耦合的大脑活动。

今天的成像方法,血氧水平端依赖(粗体)核磁共振,只有间接和远程相关大脑皮层活动他们经常测量。2006年,勒比昂报道水“相变”反应前的神经与血管的反应通常通过功能核磁共振成像检测。他把水扩散的变化归因于先前建立的影响涉及膜扩张和细胞肿胀次要活动。在生物物理层面,解释动作电位作为相变有点不走寻常路,从传统的神经生物学,但它可以是一个便捷的方式当试图理解可能当细胞发生了火灾。

作为生物物理学家杰拉尔德·波拉克曾指出,峰值可能涉及的传播从命令行过渡阶段,(以hydrophic图案有核的相互作用在膜的表面和蛋白质)无序阶段。
传统上,所谓的结合地表水只有延伸出一个只有几个nondiffusable表面的分子特性。这种想法可能需要重新审视的最近的理解当试图占水的扩散轴突。减少在水中扩散以MRI可能部分解释为减少细胞外空间,这已经从实验测量表明内在光学效果。水扩散的大图,然而,有可能比这更复杂。

在他的新研究中,勒比昂刺激老鼠的前爪,看着在躯体感觉皮质反应。实验的关键是在试图抑制硝普酸注入神经与血管的耦合。这是一个棘手的硝普酸蚀变,因为显然有许多分散的效果。它能产生强有力的血管舒张,尤其是在血管(主要是规模较小的小静脉),分解后产生一氧化氮。它也是抗磁性分子,每个分子释放五氰离子,大概是解毒的线粒体酶rhodanese。实验是在异氟烷麻醉下完成,也介绍了一些不确定性,特别是关于对不同频率的前爪刺激的反应。

硝普酸如果确实是一个现实的神经与血管的实验代理拆开,然后勒比昂的结果似乎表明,扩散反应不是起源于血管,神经的激活密切相关。他发现硝普酸标准下大胆的核磁共振响应完全熄灭,而扩散核磁共振响应只是有点压抑。局部场电位也同时测量,建议至少,神经元的反应也完好无损。

勒比昂的工作表明diffusion-based MRI可以用来推断神经活动直接从结构变化影响水的分子位移。能够使用形状改变神经元,星形胶质细胞,甚至刺,就提出了一个问题:是否使用这些技术最终会创造更大的规模,和更详细的,大脑活动地图(BAMs)。我问康拉德•科德,作者最近的理论讨论了核磁共振理论局限性和纸其他活动记录方法,探测水运动的方法是否适用于这个目的。

科德观察到标准的核磁共振成像的空间分辨率是最终限制了水的扩散,但也许更重要的是,所有已知的磁共振成像方法的时间分辨率远不及需要创建地图。不管怎么样,,检测机械反应在大脑中可以提供许多功能的独特见解。例如,实验使用代理溶解细胞外基质,如溶栓药物TPA,导致更多的抽搐,或振动,在树突棘。其他研究已经表明,脊柱电气驱动,越大少它往往抽搐或改变大小,尤其是在快速发展的时期。

同样,感官影响似乎增加这些运动神经元生长和重组连接。虽然这些影响远远低于可检测到任何大外部的核磁共振方法,新工具可能允许我们访问这些新发现的活动。特别是扩散磁共振成像,可以用一个小修改标准的核磁共振成像过程。例如,确定定向扩散参数,或扩散张量,通常六个梯度是用来测量三方向向量。随着这些功能变得越来越常见,希望勒比昂的结果可以进一步探索和验证。

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