你的大腦擁有 1000 億個神經元和數萬億個突觸，編織著極其複雜的神經網路。它驅動你呼吸、抽搐和塗黃油吐司，然而我們對於大腦如何完成這些簡單的任務仍然知之甚少，更不用說它是如何激發意識的了。
為了窺探這塊三磅重的肉塊內部，科學家們利用了身體的一個微妙特性——對磁場的敏感性。磁共振成像 (MRI) 以驚人的解剖學細節展示了大腦，而其姊妹方法，功能性磁共振成像 (fMRI)，則提供了對工作狀態下大腦的洞察。本文我們將探討神經科學家如何使用這些方法來揭示人腦的新維度。
擴散成像
大腦中縱橫交錯的彩色線條代表數十億個神經元軸突——即所謂的大腦白質。這些神經纖維都由一層白色脂肪絕緣，延伸很長距離以在神經元之間傳遞資訊。鮮豔的顏色代表資訊傳播的方向。
神經科學家可以透過觀察大腦內部水分子幾乎隨機的運動來追蹤這些纖維。水分子更傾向於沿著大腦的微觀結構移動，而不是跨越障礙物，例如細胞壁。分子的路徑揭示了軸突束的存在，這些軸突束可以延伸超過一碼長。
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高畫質晰度纖維束示蹤術
為了定義影像中的線條，MRI 機器繪製了大腦中數千個位置的水分子運動，從而揭示了纖維束或纖維束的存在。
擴散成像最近的一項重大進展來自解決神經纖維如何交叉的問題。左側附近的蜻蜓狀元素表示兩條或多條相交纖維的方向，而小魚狀橢球體表示一條主要的纖維路徑。
磁共振成像
MRI 掃描器利用氫原子的磁特性來生成人體內部的影像。磁場首先使人體內數十億個氫原子指向同一方向。然後，掃描器施加短促的能量脈衝，迫使原子偏離對齊狀態。當它們返回到原始位置時，它們以不同的速率返回，從而為各種組織建立磁性特徵。在右側，中風後的大腦掃描顯示了一個死亡組織區域，以紅色顯示。
功能性 MRI 掃描是這些影像的基礎，它反映了血管的磁性。當神經元開始活動時，它們會消耗能量，從而增加了流向它們的血液量。最廣泛的技術是測量富氧血和貧氧血中鐵含量的差異。
腦磁圖
當神經元放電時，它們會產生微小的磁場。透過用極其靈敏的磁場探測器包圍大腦，神經科學家可以記錄神經活動。將腦磁圖 (MEG) 資料與同一大腦的 MRI 檢視相結合，可以提供解剖學細節。由於 MEG 直接觀察神經元的行為，而不是血流，因此它可以以毫秒為單位捕獲大腦事件，而 fMRI 掃描則需要幾秒鐘。
功能連線磁共振成像
與追蹤物理連線的擴散成像不同，這些圖譜顯示了大腦區域如何相互作用。某些區域在完成任務方面有著長期的合作歷史，即使它們可能沒有透過神經纖維直接連線。當大腦處於靜息狀態時，這些功能相關的區域也傾向於同步啟用。這裡的兩張影像是從靜息狀態下的人的 fMRI 掃描編譯而成的。
該圖表顯示了 fMRI 影像如何預測大腦的年齡。球體的顏色反映了其功能，例如處理感覺資料，其大小反映了其預測能力。連線互動區域的線條粗細顯示了該連線的強度或弱點在預測特定年齡方面的效果。橙色連線隨著大腦年齡的增長而變得更強，而淺綠色連線則隨著時間的推移而減弱。
大腦區域的活動根據不同的模式不斷變化。底部的影像將這些波動的動態濃縮成一個圖形。這裡，圍繞小綠球的黃色區域（據信與視覺處理有關）與黃色和紅色區域同步啟用。當綠球周圍的區域加速活動時，綠色和紫色區域的活動明顯減少，反之亦然。