یک تکنیک استاندارد fMRI با ردیابی افزایش جریان خون در مناطقی که نورون ها به طور ناگهانی اکسیژن بیشتری مصرف می کنند. اسکن سریعتر MRI فعالیت مغز را به طور غیر مستقیم اندازه گیری می کند. با این حال، این سیگنال می‌تواند ۱ ثانیه از فعالیت عصبی عقب بماند، که حساسیت زمانی را کاهش می‌دهد سلول‌های سریع تنها میلی‌ثانیه طول می‌کشند تا پیام‌ها را به یکدیگر ارسال کنند.
جانگ یئون پارک، فیزیکدان MRI در دانشگاه سونگ کیونکوان در سوون، کره جنوبی، تلاش کرد تا دقت زمانی fMRI را برای ردیابی فعالیت عصبی در حدود میلی ثانیه افزایش دهد. او و همکارانش این کار را با تغییر نرم‌افزار یک اسکنر MRI با شدت بالا برای به دست آوردن داده‌ها در هر 5 میلی‌ثانیه انجام دادند تقریباً 8 برابر سریعتر از آنچه روش استاندارد می‌تواند ثبت کند و اعمال تحریکات مکرر برای حیواناتی که در حال آزمایش بودند. این امر سیگنال اکسیژن‌رسانی خون با سرعت پایین‌تر را سرکوب می‌کند و مشاهده فعالیت مغز با سرعت سریعتر را ممکن می‌سازد. محققان روش خود را تصویربرداری مستقیم از فعالیت عصبی یا DIANA نامیدند.
در این مطالعه، یک موش بیهوش شده در داخل یک اسکنر MRI هر 200 میلی ثانیه یک شوک الکتریکی جزئی به صورت خود دریافت کرد. بین شوک‌ها، دستگاه هر 5 میلی‌ثانیه داده‌ها را از یک ناحیه کوچک از مغز موش به‌دست می‌آورد. پس از شوک الکتریکی بعدی به منطقه جدیدی نقل مکان کرد. پس از اینکه نرم‌افزار همه چیز را به هم پیوند داد، این فرآیند تصویری مستقیم از یک برش کامل از مغز تولید کرد و فعالیت‌های عصبی را در یک دوره زمانی 200 میلی‌ثانیه‌ای ثبت کرد. (رزولوشن فضایی 0.22 میلی متر بود که برای MRI با شدت بالا استاندارد است.)
اسکن سریعتر MRI ، فعالیت مغزی موش ها را فاش می کنند
در طول اسکن، تحریک صورت بخشی از مغز را فعال کرد که ورودی‌های حسی را پردازش می‌کند و باعث می‌شود که ناحیه با یک سیگنال روشن شود. محققان دریافتند که این «پاسخ DIANA» در همان زمانی اتفاق می‌افتد که نورون‌ها سیگنال‌ها را پرتاب می‌کنند یا «میخ‌زده» فعالیتی که به طور جداگانه با استفاده از یک کاوشگر درج شده توسط جراحی اندازه‌گیری می‌شد. علاوه بر این، تیم توانست سیگنال DIANA را از طریق یک مدار مغزی ردیابی کند، زیرا گروه هایی از نورون ها به طور متوالی یکدیگر را تحریک می کنند.
با این حال، کاملاً مشخص نیست که چه چیزی باعث پاسخ دیانا می شود. هنگامی که نورون ها پیام می فرستند، متورم می شوند و مولکول های آب اطراف دوباره مرتب می شوند. این تغییرات آب ممکن است به عنوان یک سیگنال دریافت شوند (ماشین های MRI معمولا سیگنال اتم های هیدروژن در مولکول های آب را تشخیص می دهند). آزمایش‌های بیشتر نشان داد که پاسخ DIANA با زمانی که طول می‌کشد تا یون‌ها به درون نورون‌ها هجوم ببرند، همبستگی دارد، رویدادی که ولتاژ آنها را تغییر می‌دهد و در نهایت باعث می‌شود آنها جهش پیدا کنند و پیام ارسال کنند.
راوی منون، فیزیکدان و عصب شناس در دانشگاه وسترن می گوید: «داده ها خود نشان می دهد که صرف نظر از مکانیسم، این یک تغییر MRI است که به شدت با فعالیت های ناگهانی در مغز مرتبط است. “من فکر می کنم این احتمالاً مهم ترین چیزی است که باید با آن شروع کرد جزئیات می توانند بعداً ارائه شوند.”
بن اینگلیس، فیزیکدان دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، با این موضوع موافق است. او میگوید این سیگنال می‌تواند اثر گردش خون باشد، اما در نهایت، منبع مهم نیست زیرا پاسخ بسیار سریع است و بنابراین مفید است.
اکنون بزرگ‌ترین سوال این است که آیا روش جدید جمع‌آوری داده‌ها را می‌توان برای اسکن‌های fMRI انسان به کار برد؟ روش DIANA فرض می‌کند که محرک‌های مکرر، مانند چراغ‌های چشمک‌زن، هر بار به همان شکل بر مغز تأثیر می‌گذارند. منون می گوید، اما فردی که بیدار است ممکن است از تکرار خسته شود یا به آن عادت کند و این پاسخ را تغییر دهد.
به گفته اینگلیس، علاوه بر این، فرآیندهای ذهنی پیچیده مانند واکنش‌های احساسی یا تصمیم‌گیری می‌توانند فعالیت مغز را برای دوره‌های طولانی تحت تأثیر قرار دهند و به سختی می‌توانند با محرک‌های سریع و تکراری تحریک شوند.با این وجود، تیم تحقیقاتی از دیدن دیگران به اجرای روش DIANA هیجان زده است. جیهیون کواگ، الکتروفیزیولوژیست در دانشگاه ملی سئول در کره جنوبی، یکی از نویسندگان این مطالعه،
میگوید که نگاه کردن به اتصالات مغز هم از نظر عملکردی و هم از نظر ساختاری باعث تغییر میدان خواهد شد.
او می گوید: «این به بسیاری از مشکلات حل نشده در علوم اعصاب پاسخ خواهد داد.
https://www.nature.com/articles/d41586-022-03276-5
