文摘
我们解释和处理信息的能力和管理情绪是由大脑的结构和化学组成。改变我们的大脑的结构或生物化学组成会影响我们的心理健康,我们应付正常的生活压力,我们的生产力,我们的整体健康。科学家们感兴趣的研究大脑和精神健康障碍患者(称为神经学家)寻求理解大脑的结构和生化组成在健康和疾病有所不同。为此,我们使用了一种叫做磁共振成像(MRI)图像活体大脑内部,检查其功能和结构。本文阐述了核磁共振成像的物理和我们如何使用它来生成图像的大脑为了研究大脑是如何工作的。
大脑:心灵的家
为中心的神经系统,大脑有意义的信息从我们的环境。大脑解释信息释放的化学物质和发送电信号(消息)使身体反应。然而,我们的大脑不仅调节我们的身体和我们的运动,也是我们思想的发源地。大脑是身体心灵居住的地方。
我们的思想不断地控制信息流动的记忆,思想,情感,和想象力。这个流的信息(图1一个)可以被认为是一个社交网络,而不是朋友之间发送的消息在社会媒体,信息被发送到大脑的不同部位的神经元。思想的网络依赖于底层的结构和化学组成大脑功能成功。事实上,一个成功的或有效的思维网络让我们认知(我们开展心理活动的能力),情感,和社会健康。
- 图1——心灵的网络。
- (一)信息的流动,我们的情感,我们的思想可以看作是一个社交网络,而不是朋友之间发送的消息在社会媒体,信息被发送到大脑的不同部位的神经元。(B)在精神疾病,如抑郁症和焦虑,我们经常看到一个思维中断网络。这个中断可以影响大脑网络发送,接收,或解释消息。
心理健康
大脑网络,它发送信息的方式和它的底层结构决定我们的心理健康。在精神疾病,如抑郁症和焦虑,我们经常看到一个中断大脑网络(图1 b)。这种变化对底层的结构和化学组成我们的大脑可以影响我们可以应付正常的生活压力,我们的生产力,我们的整体健康。因此,神经科学家想了解精神疾病,我们如何保持心理健康寻求检查网络。如果我们能够了解大脑的结构和化学组成导致健康的功能,那么我们可以开始理解大脑疾病。然而,能够研究思想和其网络,我们需要能够在人的大脑。为此,我们使用核磁共振成像。
磁共振成像:核磁共振成像
磁共振成像(MRI)让我们看到人类体内以惊人的细节,通过使用磁铁和无线电波。第一个核磁共振扫描仪用于图像人体建于1977年在纽约。从那时起,技术已经取得了长足的进步和核磁共振现在经常被医生观察人体内部。这是因为MRI不涉及辐射(如x线或CT扫描)和越来越多的世界各地的核磁共振扫描仪安装。
磁共振成像的“磁铁”
核磁共振成像扫描仪本质上是一个巨大的磁铁。磁铁的强度是衡量一个单位被称为特斯拉(T)大部分医院和医学研究诊所用核磁共振扫描仪1.5或3 T的角度来看,地球的磁场是围绕0.00006 T . 3 T MRI扫描仪比地球磁场强60000倍!
磁共振成像使用磁场和无线电波措施多少水在身体的不同组织,地图水的位置,然后使用这些信息来生成一个详细的图像。图片很详细,因为我们的身体大约有65%是由水,所以我们有很多信号测量。水分子(H2O)是由两个氢原子和一个氧原子组成。氢(H)原子使核磁共振水有趣的部分,我们用来衡量信号从身体当我们做核磁共振成像扫描。
如果我们观察氢详细,我们看到它有一个中央核包含一个正电荷,称为质子(图2一个)。像地球地轴旋转南北磁极,每个旋转氢质子就像一个小磁铁,绕自身轴线。这种旋转运动被称为进动。在任何时刻,所有的数十亿氢质子的我们的身体都是在随机位置和旋转的轴。
- 图2 -氢质子和他们在一个磁场是如何表现的。
- (一)水是由两个氢原子和一个氧原子组成。氢原子核(P +红色所示)包含一个积极收取质子在它的轴旋转,它就像一个小磁铁。(B)在磁共振扫描仪,质子与B0磁场一致,一些“上”(红色),稍微不那么“向下”(白色)。总磁场产生的氢质子几乎彼此抵消,只留下一小部分的磁场的额外“向上”质子,正是这种小磁场,我们可以使用核磁共振测量。(C)当一个射频波/脉冲频率相同的质子的岁差的频率,“向上”质子翻转B0的领域,因为他们吸收射频能量。
然而,这种随机性变化当我们放置一个人体变成一个很强的磁场,像核磁共振扫描仪。罗盘针一样将地球的磁场,当放置在这些随机旋转的氢质子核磁共振扫描仪,他们轴调整扫描仪的强磁场。我们所说的扫描仪磁场B0字段。就像一个指南针在地球磁场,指南针本身并不身体移动,而是针旋转对齐本身。与此类似,氢质子不身体移动你的身体当你进入核磁共振扫描仪,其轴沿电场方向B0排列。有些人会使“向上”(并行)和一些将“向下”(反向),同时仍然徘徊在自己的轴(图2 b)。由于出色的量子物理学定律,我们不会进入这里,总有“向上”质子略高于“。“如果你现在想想我们所有的氢质子产生的总磁场,这些小磁铁几乎彼此抵消,只留下一小部分的磁场额外的”“这是质子,它小磁场,我们可以使用核磁共振测量。
B0场不仅影响氢质子的一致性,但也会影响这些质子自旋(称为多快岁差的频率)。岁差的频率取决于磁场的强度。磁场越强,他们旋转的速度。这两个轴调整和岁差的频率很重要当我们使用核磁共振成像来测量这些氢分子的信号。
我们如何检测磁场?
我们怎么区分的微小磁场引起的额外的“上”在体内氢质子从大规模B0的扫描仪呢?我们使用一个叫做无线电频率(RF)脉冲,干扰或翻转所有的质子,同时,失准扫描仪磁场(图2 c)。射频脉冲的频率必须是一样的氢质子旋转的频率,这样他们就可以交换能量,所以他们在共振彼此。共振使质子吸收足够的能量从射频脉冲旋转坐标轴远离B0, MRI扫描可以测量它。如果我们再次思考指南针在地球的磁场指向北极,我们可以使针旋转点东如果我们放置一个小条形磁铁指南针。这类似于质子的行为方式,当我们打开射频脉冲。
如果整个身体充满了氢气在同一进动”“质子旋转频率B0,怎么我们目标的大脑研究心理健康?我们使用质子的岁差的频率是依赖于磁场强度。我们应用一个磁场,B1,整个身体。在这个示例中所示图3一、氢质子的头部将旋转速度比那些胸部,肚子和脚。然后,我们优化的进动频率的射频脉冲氢质子的头部。射频脉冲将只与大脑中的质子共振。因此,只有在大脑中质子从射频脉冲吸收能量,会翻离B0字段。我们可以优化我们的射频脉冲与质子共振在身体的其他部位,如脚,如果我们感兴趣的成像脚!
- 图3——聚焦成像。
- (一)B1领域应用,增加整个身体,从脚到头部。氢质子的头部将旋转速度比的脚。(B)不同的组织,如白色,灰色物质和脑脊髓液(CSF)在体内释放不同数量的能量。测量质子释放的能量时大脑的RF脉冲是关闭的,我们放置一个线圈。(C)这种技术可以提供许多不同的大脑的图像,给我们信息(右上角):大脑如何在结构上通过白色物质—连接大脑的信息高速公路。(中间右):灰质的大脑区域的体积,处理信息。(右下角):大脑功能connected-how大脑不同区域的沟通和协同工作。
如何从这些质子旋转图像?
我们怎么得到这些图像旋转、翻转氢质子的大脑?射频脉冲是关闭时,质子沿主磁场翻转,调整,B0。如果我们认为我们的指南针,当我们移动小条形磁铁,针会从东到北的转动,结合地球的磁场。质子与B0翻转,调整,释放能量。不同的组织在体内释放不同数量的能量。衡量这释放出的能量,我们需要一些特殊设备(称为线圈)放置在身体部位我们成像(图3 b)。线圈作为天线作为电流检测释放能量。电流转换,通过电脑,使用数学计算称为傅里叶变换。因为质子在大脑中的不同类型的组织,如灰质、白质和血液,所有不同释放大量的能量,能量转换的结果是一个高度组织大脑内部的详细图像。
结论
我们已经描述了如何使用核磁共振成像来生成和测量信号从体内水分子。但同时提供我们身体里面的图片,也可以使用MRI回答不同的问题关于大脑的结构和功能。从核磁共振图像,我们不仅可以研究大脑的结构和化学组成,而且我们思想的网络连接和不同的大脑区域如何相互沟通(图3 c)。以这种方式神经科学家可以研究思想的网络是不同的健康和精神健康障碍患者。通过了解心理健康疾病改变了大脑如何我们可以开始开发治疗这些疾病。
术语表
核磁共振成像:↑磁共振成像。
B0:↑核磁共振成像扫描仪的主要磁场。
岁差的频率:↑质子旋转磁场的速度。
射频:↑射频脉冲用于提示磁共振质子远离B0字段。
在共振:↑有相同的频率。
傅里叶变换:↑一个数学计算,用于改变线圈中的电流成一个图像。
利益冲突声明
作者说,这项研究是在没有进行任何商业或金融关系可能被视为一个潜在的利益冲突。