Highlighting MRI
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神经科学研究如何帮助我们发现关于脑功能的新见解?

我们可以使用核磁共振成像 (MRI) 提供脑的二维或三维成像,进而研究脑的解剖学、功能或分子过程或三者综合。MRI 的优点在于,例如,研究人员可以就应该集中于解剖学研究同时涵盖极少的功能研究还是应该集中于分子过程研究进行选择。

体内神经成像能为脑功能及代谢研究提供哪些信息?

通过使用一种称作弥散 MRI 的技术,我们能以非侵入性且非破坏性的方式追踪大脑的轴突方向,绘制大脑连接图。

在功能研究方面,我们有很多选择。功能性 MRI (fMRI) 在大脑思考时仍能对其进行观察。该技术是一种临床标准,我们将其应用于大鼠和小鼠等动物中已经超过十年了。无需造影剂,只需要监测氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白相互转化导致的细微的信号变化,即可清晰检测脑活动。

此外,我们还能监测脑血流的变化,而血流变化是一个重要的标志物。在卒中研究中观察受影响的脑区时,该技术比其他大部分非破坏性方法具有更高的精确度。

代谢物研究可以使用体内光谱学方法。凭借该方法,我们能获得脑区的“指纹图谱”。这些区域的大小通常为几立方毫米,指纹图谱使我们能够鉴定和定量此体积内的数十种代谢物,包括参与脑的能量代谢途径的主要神经递质和分子。

为什么 MRI 不总是生物学家所熟悉的技术?

生物学课程中通常不包含 MRI。医学博士会接受关于 MRI 背景的基础训练,如果他们最终成为放射学家,会接受更多的相关训练。但是,只有当使用相关技术解决生物学问题时,生物学家们才首次接触到这些扫描仪。本人对生物学和化学均有研究,在化学学习中,我了解了关于 NMR 和 MRI 的所有基础知识。然而,如果我只学习了生物学,我将永远不会知道 MRI 的巨大潜力。

每一位生物学家都会学习怎样操作一台光学显微镜,但是除非他们的大学里有一台临床前 MRI 扫描仪,否则他们不会熟悉 MRI 技术。布鲁克的 MRI 应用专家已经倾其所学于预优化的方案中。即使对 MRI 背景了解较少的用户也能快速解决他们的生物学问题。 

请概述 MRI 和 PET/MRI 在基础神经科学研究中的应用及重要性。

PET 缺乏解剖学信息。通常,使用 PET 可以追踪示踪剂在体内的位置,但最终观察到的仅是功能化的示踪剂所处的区域。 

 

 

单独使用 PET 时,由于没有解剖学参照,因此不能确定这些活性区域在体内的位置。PET/MRI 组合则可以得到全部信息。将有色的 PET 图像置于高分辨率的 MRI 灰度图像上,即可高精度地观察到示踪剂所处的准确位置。

PET 和 MRI 组合的重要性和优点在于,能够同时执行两项操作,并获得极佳的软组织对比。 

相较于其他方法,这些成像技术有哪些优势?

除了无破坏性以外,这些技术可以使用更少的动物获取更多的信息。 

使用此扫描仪可以在数周或数月内重复研究同一动物,因此能够获得更强的统计相关性。各研究时间点后不会处死动物,相反,我们会对整组动物进行扫描,获得所有动物的全部信息。每个动物都是其自身的对照。这降低了生物学离散度,而这是很多临床前研究的固有问题。我认为这是容易被忽视的一个巨大的优势。

临床前研究中的发现可以完全转化到临床环境中吗?脑的临床前成像能进行一些临床上无法进行的操作吗?

是的,可以转化。动物使用 PET 和 MRI 进行成像的程序与患者在医院中使用临床仪器所经历的程序相同。当然,临床前成像有许多优势,例如在将新型疾病疗法投入临床使用前对其进行测试。此外,还可以利用敲除模型研究疾病进展机制。 

请简单介绍布鲁克用于临床前神经科学研究的仪器。

我们有一系列的临床前 MRI 扫描仪,这些扫描仪已经推出超过 40 年。我们是市场的先驱者。布鲁克的临床前 MRI 扫描仪也称为 BioSpec,有各种不同的版本,可以选择磁场强度的范围。通常,磁场越强图像越好。此外,还需要选择配件,我们称之为孔,它是磁场内部的小通道,检查时动物躺在此通道内。小孔扫描仪仅能放置一只小鼠,而其他的较大的通道可以容纳大鼠甚至更大的动物。

我们的 PET 扫描仪也有适用于大鼠和小鼠的小通道。此外我们还提供 PET 和 MRI 组合产品。在一种 PET/MR 设计中,PET 通道位于 MRI 通道的前面,因此两个机器相邻,动物位于某种单轨上,该单轨首先进入 PET 通道进行快速扫描。然后,将该单轨向前移动大约 20 英寸到达 MRI 扫描仪的位置,在此进行 MRI 扫描。

另有一种 PET/MR 设置,PET 小环直接适配于 MRI 通道,这使动物能够直接进入 MRI 扫描仪中心,而此中心也是 PET 扫描仪的中心。然后即可同时进行 MRI 和 PET 扫描。

哪些临床前疾病模型研究已经使用了该仪器?该仪器能够发现潜在疗法吗?

该仪器在临床前疾病模型研究中的应用可以说是不尽其数,略举数例,如阿尔茨海默病模型和帕金森病模型,记忆、衰老和认知降低模型。此外,该仪器还用于卒中研究。如果我们人为诱导啮齿动物卒中,我们便可以定量受影响的脑区,相较于其他方法,该技术不涉及脑解剖,更有优势。很多制药公司都将布鲁克的扫描仪用于新药发现和开发。