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功能性磁共振成像 （fMRI） 能够无创地进入清醒、行为正常的人脑。通过跟踪各种认知和行为状态的全脑信号，或绘制与特定特征或临床条件相关的差异，功能磁共振成像促进了我们对大脑功能及其与正常和非典型行为的联系的理解。

2023年11月8日，美国达特茅斯学院的Emily S Finn助理教授、斯坦福大学Russell A Poldrack教授以及悉尼大学James M Shine研究员在Nature（IF=64.8)上发表了题为“Functional neuroimaging as a catalyst for integrated neuroscience”的文章，研究总结了fMRI作为成像工具的优势和劣势，然后重点介绍了在神经科学的每个子领域使用fMRI的研究示例。然后，研究人员为实现这一综合愿景所需的未来进展提供路线图。通过这种方式，研究人员希望展示fMRI如何帮助开创神经科学跨学科一致性的新时代。

功能磁共振成像（fMRI）作为一种综合催化剂，用于溶解现有神经科学网络中的模块化边界

fMRI的优缺点

功能磁共振成像非常安全，因为它是非侵入性的，不需要使用电离辐射。它的核心优势之一是在人们执行涉及感知、记忆和决策等特定任务时为大脑功能提供一个窗口——但它的应用并不局限于认知领域。它还对系统、计算和临床神经科学做出了重要贡献。功能磁共振成像的一个关键特征是，它可以在人类以及所有哺乳动物模型系统（例如，啮齿动物和非人类灵长类动物）中进行，从而产生相应的数据，从而在物种之间开辟直接翻译路线。

但fMRI也有一定的限制性。比如其通过血氧水平依赖性 （BOLD） 信进行计算，但BOLD信号是神经活动的间接测量，BOLD反应也相对较慢，神经血管系统的空间分辨率也可能使得难以解析小结构，以及不同的细胞类型或亚细胞过程。由于动物通常需要麻醉才能进行 MRI 扫描，因此跨物种比较可能具有挑战性。

fMRI在系统神经科学中的应用

fMRI在认知神经科学中的应用

一旦在大脑的微电路和从fMRI记录的宏观测量之间建立了更牢固的联系，微电路可以通过利用人类全脑成像的长期优势与神经系统的紧急能力联系起来：揭示内部认知的能力， 引起人类行为和思想的情感和动机过程。信号采集和新型分析策略的发展使功能磁共振成像在这一过程中的作用发生了重大而有意义的变化。fMRI促进了我们对大脑系统如何以与系统、计算和临床神经科学有意义地交叉的方式支持认知功能的理解。

fMRI在计算神经科学中的应用

人工神经网络启发了一种将神经计算映射到大脑活动的替代方法：即，通过训练受大脑启发的计算单元的结构化网络中的连接，使网络能够以端到端的方式（即从刺激到响应）执行任务。这些模型现在可以在许多复杂任务上表现得与人类一样好（或更好）。人们也可以使用fMRI来为新的任务优化神经网络模型的生成提供信息。另一种很有前途的方法是使用人工神经网络来评估刺激在特定理论辩论中实际诊断的程度。

fMRI在临床神经科学中的应用

fMRI为临床神经科学提供信息的另一种方式是有助于对症状的机制理解。功能磁共振成像也可以促进从临床神经科学到系统、认知和计算神经科学的基础科学模块的丰富可能的互惠贡献。功能磁共振成像用于术前标测，以确保关键脑区在切除过程中不会受损，最近，指导有针对性地放置电极以进行深部脑刺激以及非侵入性刺激技术，如经颅磁刺激。

fMRI的未来研究趋势

fMRI是一种具有许多积极特征的工具，可以跨越和整合这些相对孤立的子学科。通过这种整合，研究人员设想了一个未来，即fMRI充当连接器枢纽，将我们领域的各个部分重新组合在一起，以重新发现原本隔离的子领域之间的通信。

通往更综合的神经科学的潜在路径

总体而言，研究人员认为神经科学的下一波突破将由多元化方法催化，该方法利用特定经验工具的优势来加强其他人的弱点，而功能磁共振成像（fMRI）则是一个关键的连接枢纽。总而言之，有一个及时的机会来完善我们对大脑协调活动如何塑造产生人类行为和思想的内在过程的理解。

参考文献

Finn ES, Poldrack RA, Shine JM. Functional neuroimaging as a catalyst for integrated neuroscience. Nature. 2023 Nov;623(7986):263-273. doi: 10.1038/s41586-023-06670-9. Epub 2023 Nov 8. PMID: 37938706.

资讯来源

https://www.nature.com/articles/s41586-023-06670-9

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编译：展琳琳

校审：李   杰

全文完

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