大脑刺激，例如深部脑刺激(DBS)，是治疗神经和精神疾病的有效方法。十多年来，虽然它为帕金森氏症、阿尔茨海默氏症和成瘾患者提供了治疗益处，但其潜在的神经机制尚未完全了解。
昆士兰脑研究所 (QBI) 的研究人员现在离揭开大脑活动的神秘面纱又近了一步，以更好地理解这种机制并可能预测 DBS 结果。
大脑是一个高度复杂的电路网络，按层次组织，具有广泛的联系。连接在不同的方向上，向前和向后，以及在兴奋性神经元之间——反应的加速器——或抑制性神经元——调节反应的制动器。
“假设你想移动你的手 - 一旦该信号被启动，我们预计接下来的活动取决于大脑的神经网络，”副教授 Kai-Hsiang Chuang说。
“我们不完全了解的是大脑的这些结构和功能组件如何或何时相互作用最终导致移动手的结果。”
功能性 MRI (fMRI) 是用于研究大脑网络的最流行技术。fMRI 跟踪神经活动后的血流量和氧合变化，从而间接测量正在形成的功能连接，并为我们提供大脑活动传播位置的指示。
然而，大脑活动并不像信号从一个区域传播到另一个区域那么简单。
Chuang 实验室的团队开发了一种新的超快 fMRI 技术，其时间分辨率大大提高，使他们能够在亚秒级捕捉大脑活动的动态。
庄副教授说，这项新技术使人们更全面地了解大脑的结构和功能连接如何以及何时相互作用。
“我们的第一个新发现是，大脑活动不仅通过结构布线传播，而且根据兴奋性和抑制性神经元分布遵循某些优先回路，”他说。
“相似细胞类型的大脑区域之间的交流变得更加流畅，大脑活动也更加强烈。”
Chuang 小组使用他们的超快 fMRI 技术跟踪小鼠在受到刺激和静止时的大脑活动。当大脑受到刺激时，活动沿着正向的结构布线——从 A 到 B，然后从 B 到 C。当大脑处于静止状态时，活动更多地依赖于细胞类型组织而不是结构布线，在 C 之间传播和 B 但不是 A，如果那是优先电路所在的位置。
这意味着信息的处理方式实际上取决于您的状态，以前认为大脑活动在休息或忙于执行任务时以相同的方式运作。
“我们的第二个发现是，fMRI 检测到的血液信号可以反映网络组织和细胞类型分布，”庄副教授说。
“这些发现对大脑结构如何塑造功能，以及如何根据对这种结构的了解来预测活动具有重要意义。更实际地说，我们现在所知道的将影响 DBS 和其他大脑刺激技术的设计。
“接下来的步骤是与精通大脑刺激的临床医生合作，以确定我们如何利用这些知识与人类数据相结合，以帮助提高我们对 DBS 的理解。”
这种更全面的理解可以使我们更好地预测 DBS 结果，并可能改进其设计以获得更好的治疗结果。
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