麻省理工學院麥戈文研究所的科學家表示，一種利用磁共振成像(MRI)對大腦進行成像的新方法并不像最初報道的那樣直接檢測神經活動。該方法于 2022 年首次描述，作為一種潛在的變革性方法，在神經科學界引起了興奮。但麥戈文副研究員 Alan Jasanoff 實驗室于 2024 年 3 月 27 日在《科學進展》雜志上發表的一項研究表明，新方法產生的 MRI 信號在很大程度上是由成像過程本身產生的，而不是神經元活動產生的。

亞薩諾夫解釋說，擁有一種觀察大腦神經元活動的非侵入性方法是神經科學家長期追求的目標。研究人員目前用于監測大腦活動的功能性核磁共振方法實際上并不能檢測神經信號傳導。相反，他們使用大腦活動觸發的血流變化作為代理。這揭示了大腦的哪些部分在成像過程中起作用，但它無法將神經活動精確定位到精確位置，而且速度太慢，無法真正跟蹤神經元的快速通信。

因此，當一組科學家在《科學》雜志上報道了一種名為 DIANA 的新 MRI 方法，用于“神經元活動的直接成像”時，引起了神經科學家的關注。作者聲稱，DIANA 在大腦中檢測到了與神經元電信號相對應的 MRI 信號，并且它獲取信號的速度遠遠快于現在用于功能 MRI 的方法。

“每個人都想要這個，”亞薩諾夫說。 “如果我們能夠觀察整個大腦并以毫秒精度跟蹤其活動，并且知道我們看到的所有信號都與細胞活動有關，那就太棒了。它可以告訴我們有關大腦如何工作以及疾病中出現什么問題的各種信息。”

賈薩諾夫補充說，從最初的報告來看，尚不清楚戴安娜正在檢測什么大腦變化才能產生如此快速的神經活動讀數。出于好奇，他和他的團隊開始嘗試這種方法。 “我們想要復制它，我們想要了解它是如何工作的，”他說。

博士后研究員 Valerie Doan Phi Van 重現了 DIANA 開發人員報告的 MRI 程序，對一只爪子施加電刺激時對老鼠的大腦進行了成像。 Phi Van 說，她很高興看到 MRI 信號出現在大腦的感覺皮層中，正是神經元預期對爪子上的感覺做出反應的時間和地點。 “我能夠復制它，”她說。 “我能看到信號。”

然而，隨著系統的進一步測試，她的熱情逐漸減弱。為了調查信號源，她斷開了用于刺激動物爪子的設備，然后重復成像。信號再次出現在大腦的感覺處理部分。但這一次，該區域的神經元沒有理由被激活。事實上，Phi Van 發現，當掃描儀內的動物被一管水取代時，MRI 會產生相同類型的信號。很明顯，戴安娜的功能信號不是由神經活動產生的。

Phi Van 追蹤了似是而非信號的來源，追蹤到指導 DIANA 成像過程的脈沖程序，詳細說明了 MRI 掃描儀用于收集數據的步驟順序。戴安娜的脈沖程序中嵌入了一個觸發器，用于向掃描儀內的動物提供感官輸入。這使兩個過程同步，因此刺激發生在數據采集期間的精確時刻。該觸發器似乎引發了 DIANA 開發人員得出的表明神經活動的信號。

Phi Van 改變了脈沖程序，改變了刺激器的觸發方式。使用更新后的程序，核磁共振掃描儀沒有檢測到大腦中對先前產生信號的相同爪子刺激做出反應的功能信號。 “如果把這部分代碼去掉，那么信號也會消失。因此，這意味著我們看到的信號是觸發器的偽影，”她說。

Jasanoff 和 Phi Van 繼續尋找其他研究人員難以重現原始 DIANA 報告結果的原因，并指出觸發生成的信號可能會隨著成像過程的微小變化而消失。他們與博士后同事 Sajal Sen 一起發現了證據，表明 DIANA 開發人員提出的細胞變化可能會產生功能性 MRI 信號，但與神經元活動無關。

Jasanoff 和 Phi Van 表示，與研究界分享他們的發現非常重要，特別是在不斷努力開發新的神經影像方法的情況下。 “如果人們想嘗試重復研究的任何部分或實施任何類似的方法，他們必須避免陷入這些陷阱，”賈薩諾夫說。他補充說，他們欽佩原始研究作者的雄心壯志：“社區需要愿意承擔風險來推動該領域前進的科學家。”