研究人员使用VR绘制大脑地图，了解和治疗自闭症等疾病

在美国国立卫生研究院(National Institutes of Health) 330万美元的资助下，南佛罗里达大学(University of South Florida)的医学工程师乔治·斯皮鲁(George Spirou)正在利用高科技图像和虚拟现实技术研究大脑中处理声音的部分，即耳蜗花萼。听觉功能障碍通常是自闭症等疾病症状的来源，而自闭症通常会导致社交和认知障碍。

　　

通过高科技成像和虚拟现实，南佛罗里达大学医学工程教授正在创建一个详细的大脑地图，可用于更好地了解发育障碍，如自闭症，并为脑损伤和疾病提供更早，更有效的治疗。

在美国国立卫生研究院330万美元的资助下，乔治·斯皮鲁将他40年来对大脑的研究扩展到专注于大脑中处理声音的部分，即大脑中最大的神经末梢——脑胼胝体。听觉功能障碍通常是自闭症等疾病症状的来源，而自闭症通常会导致社交和认知障碍。

“尽管我们关注的是大脑中与听力有关的特定部分，但我们收集的信息可以帮助我们了解大脑早期发育不正常时发生的严重发育障碍，”斯皮鲁说。“我们的发现也可以为修复和重新连接受疾病和伤害影响的受损神经回路的创新策略铺平道路。”

利用高分辨率成像技术结合USF听觉发展和连接组学实验室的图像分析，Spirou正在为大脑中任何神经系统创建最准确的发育时间表。他们能够捕捉到老鼠神经元从出生到建立复杂突触连接的过程。根据美国国立卫生研究院的说法，老鼠和人类的大脑有非常相似的神经元类型和连接。

利用斯皮鲁和他的同事们开发的软件，他和他的博士生丹尼尔·海勒(Daniel Heller)正在利用虚拟现实技术对图像中捕获的神经元进行复杂的检查，并通过沉浸式体验分析突触。虽然神经系统的发展已经得到了研究，但Spirou说，时间和空间分辨率还没有达到这样的综合水平。

他说:“在怀孕的第四个月到第五个月之间，神经系统中的神经元数量几乎呈指数级增长，突触以每秒大约一百万个的速度形成，这是一个令人难以置信的数字，因为你考虑到成年人大脑中有近100万亿个突触。”“我喜欢把它想象成银河系中大约有1000亿颗恒星，大脑中大约有这么多神经元。”

海勒与斯皮鲁一起工作了几年，甚至在2019年跟随他从西弗吉尼亚大学来到南加州大学，这样他就可以继续学习斯皮鲁的跨学科和合作研究方法。现在临近毕业，海勒的论文主要集中在这个项目上。

“在细胞水平上，这些疾病的物理表现是由大脑连接的发育缺陷引起的，”海勒说。“从临床角度来看，如果不更好地了解大脑在正常情况下的发育情况，研究这些疾病的治疗方法是很困难的，而且结果是治疗症状，而不是以全面治愈为目标。”

在接下来的五年里，他们的目标是查明是什么信号驱动了这个特定神经系统的精确形成——一旦理解了这个缺失的细节，就会揭示其他神经回路的形成是如何工作的。在成熟大脑受伤的情况下，这些信息将有助于帮助重组并可能重新连接神经元，从而帮助患者通过手术和其他治疗方案恢复。

斯皮鲁说:“我对大脑在这个发育阶段发生的事情以及大脑如何指导自己的形成完全着迷，这对我来说足以让我早上起来做我们的工作。”