大反转:Mit指出DIANA fMRI并不能直接检测神经活动 测得信号其实是成像伪影

用一种非侵入性方法观察大脑神经元活动是神经科学家长期追求的目标。2022年韩国研究团队开发的DIANA fMRI可直接检测神经活动，震动学界。结果反转了：麻省理工的研究人员最近发文指出最初声称可以检测直接神经活动的DIANA MRI，实际上是从其成像过程中产生伪影

　　

2022年10月份韩国研究团队在《科学》杂志发表论文，可使用磁共振成像（MRI）在毫秒级时间尺度上，非侵入性地跟踪大脑神经活动和信号的传播，有望为大脑研究带来革命性突破，在神经科学界引起了兴奋。然而最近出现了大反转，美国麻省理工学院教授Alan Jasanoff实验室最近发表在《Science Advance》杂志上的的一项研究表明，DIANA fMRI产生的MRI信号在很大程度上是由成像过程本身产生的，而不是神经元活动产生信号。实验表明，这些信号是成像系统设置的伪影，挑战了该方法的有效性，并引发了对其在神经科学研究中的可靠性的担忧。

功能性磁共振成像的现实

Jasanoff是麻省理工学院生物工程、脑与认知科学、核科学与工程的教授，也是麦戈文研究所的副研究员，他解释说，有一种非侵入性的方法来观察大脑中的神经元活动是神经科学家长期追求的目标。“每个人都想要这个，”“如果我们能够观察整个大脑，并以毫秒的精度跟踪其活动，并知道我们所看到的所有信号都与细胞活动有关，那将是非常美妙的。它可以告诉我们大脑是如何工作的，以及疾病中哪里出了问题。”

但事实上，目前用于监测大脑活动的功能性核磁共振成像方法实际上并不能检测到神经信号。相反，他们使用由大脑活动引发的血流变化作为代理。这能够揭示在成像过程中大脑的哪些部分参与，但它不能将神经活动精确定位到精确的位置，而且它太慢了，无法真正跟踪神经元的快速通信。

因此，当一组韩国科学家在2022年报告了一种名为DIANA的新型核磁共振成像方法，即“直接成像神经元活动”时，引起了神经科学家们极大的关注。作者声称，DIANA在大脑中检测到与神经元电信号相对应的MRI信号，并且它获得信号的速度远远快于目前用于功能性MRI的方法。

两行MRI脑部扫描图: 最上面一行是时间序列，显示了DIANA方法生成的MRI伪影; 最下面一行是显示真实(负)结果的时间序列。中间的粉色痕迹与顶部一行显示的活动相匹配，反映了成像过程本身产生的伪影，而不是潜在的神经活动。图片来源:Alan Jasanoff

用DIANA fMRI做实验

Jasanoff补充说，从最初的报告来看，还不清楚DIANA检测到的大脑变化是什么，从而产生了如此快速的神经活动读数。出于好奇，他和他的团队开始用这种方法进行实验。“我们想重现它，我们想了解它是如何工作的，”他说。

博士后Valerie Doan Phi Van重现了韩国研发人员报告的DIANA核磁共振成像过程，在对一只小鼠的一只爪子进行电刺激时，同时对小鼠的大脑进行了成像。Phi Van说，她很兴奋地看到MRI信号出现在大脑的感觉皮层，确切地说，神经元应该在何时何地对爪子的感觉做出反应。“我能够复制它，”她说。“我能看到信号。”

然而，随着对该系统的进一步测试，她的热情减弱了。为了研究信号的来源，她断开了用来刺激动物爪子的装置，然后重复成像。信号再次出现在大脑的感觉处理部分。但这一次，该区域的神经元没有理由被激活。事实上，Phi Van发现，当把扫描仪里的动物换成一管水时，核磁共振成像也会产生同样的信号。很明显，DIANA的功能信号不是由神经活动产生的。

揭开背后的秘密

Phi Van追踪了这些似是而非的信号的来源，找到了指导DIANA成像过程的脉冲程序，详细描述了MRI扫描仪收集数据的步骤顺序。戴安娜的脉冲程序中嵌入了一个触发装置，该装置将感官输入传递给扫描仪内的动物。这使两个过程同步，因此刺激在数据采集的精确时刻发生。这个触发因素似乎引起了DIANA的开发人员得出的神经活动信号。

Phi Van改变了脉冲程序，改变了刺激器的触发方式。使用更新后的程序，核磁共振扫描仪检测到大脑中没有对相同的爪子刺激产生信号的功能信号。“如果你把这部分代码拿掉，那么信号也会消失。所以这意味着我们看到的信号是触发的产物，”她说。

Jasanoff和Phi Van继续寻找其他研究人员难以重现原始DIANA报告结果的原因，他们注意到触发产生的信号在成像过程中会随着轻微的变化而消失。与他们的博士后同事Sajal Sen一起，他们还发现了证据，证明DIANA的开发人员提出的可能引起功能性MRI信号的细胞变化与神经元活动无关。

Jasanoff和Phi Van说，与研究界分享他们的发现很重要，尤其是在人们继续努力开发新的神经成像方法的时候。“如果人们想尝试重复研究的任何部分或实施任何类似的方法，他们必须避免落入这些陷阱，”Jasanoff说。他补充说，他们钦佩最初研究的作者的雄心壮志:“科学界需要愿意冒险推动该领域向前发展的科学家。”