PNAS：人类首次利用新型脑磁图可视化快速大脑信号

                                      magnetic field

大脑内部的信息处理是人体最复杂的过程之一。这一过程的中断通常会导致严重的神经紊乱。因此，研究大脑内部的信号传递是了解无数疾病的关键。然而，从方法论的角度来看，研究大脑内部的信号困难重重。

大脑同时使用慢电流和快电流来处理信息。当一个神经细胞产生的信号被另一个神经细胞接收到时，就会产生慢电流--称为突触后电位。随后的脉冲(将信息传递给下游的神经元或肌肉)的激发会产生持续时间仅为一毫秒的快速电流，这些被称为动作电位。

现阶段，科学家使用脑电图(EEG)和脑磁图(MEG) 这两种方法从头骨外部可视化大脑活动。然而，尽管通过EEG和MEG手段测量的慢电流结果可靠，但快电流的结果却差异极大。到目前为止，研究人员是通过放置在大脑内部的电极来测量快电流。

近日，来自柏林Charité-Universityätsmediz和Physikalisch-Technische Bundesanstalt(PTB)的研究团队使用新型特别灵敏的MEG设备，首次成功地将这些来自外部的快速大脑信号可视化，并发现了惊人的可变性程度。研究结果发表在PNAS上。

研究中使用的新型MEG设备，磁感应加速器内部的磁场传感器被浸入液氦中，将它们冷却到零下269摄氏度，外部装有铝箔超级绝缘层屏蔽神经细胞相关的小磁场，显著降低设备本身产生的系统噪音，将MEG技术的灵敏度提高了10倍。

静息状态记录的振幅谱密度与无被摄体的系统噪声的比较

为了消除电力网络和电子元件等外部干扰源，该研究在PTB的屏蔽室进行，研究人员对四名健康受试者手腕上的特定神经进行了电刺激，同时将MEG传感器放置在负责处理手上感觉刺激的大脑区域的正上方。

研究发现，通过受试者经过电刺激后，大脑皮层中一小群同时激活的神经元对个别刺激反应产生动作电位。这些快电流随着每个刺激而变化，这些变化也独立于慢电流。尽管对于大脑和手的刺激相同，但大脑处理与手的触摸有关的信息的方式存在巨大的差异。

A和B：平均体感诱发反应；C和D：脑磁图反应的平均锁相和不敏感时频(TF)表示；E：以及单次试验反应的超额方差分析；受试者S1的示例性数据。

该研究首次以非侵入性方法观察到大脑中的神经细胞对单一感觉刺激发出信息的反应。为警觉和疲劳等因素在多大程度上影响大脑中信息的处理。如果同时收到额外的刺激等研究难点开辟新道路。为高敏感MEG技术奠定基础。帮助科学家更深入地了解癫痫和帕金森氏症等与快速大脑信号中断有关的神经疾病，并对其进行更好的治疗。

Charité大学神经学系Waterstraat博士表示，到目前为止，研究只能在神经细胞接收信息的时候观察快电流信号，而不在对单个感官刺激做出反应时传递信息获取快电流信号。

原始出处：

Gunnar Waterstraat,Noninvasive neuromagnetic single-trial analysis of human neocortical population spikes.Doi：10.1073/pnas.2017401118