本文發表於《大眾科學》的前部落格網路，反映了作者的觀點，不一定代表《大眾科學》的觀點
在公園大道一棟辦公大樓彩色大廳接待處旁邊的房間裡，孩子們滑入一個白色圓柱體的核心，並練習孩子們通常覺得相當困難的事情：保持靜止。在隧道內，一個孩子仰臥著，抬頭看著電視螢幕，看著卡通片。如果她的頭動了，螢幕就會變黑，促使她保持不動。這項在兒童心理研究所進行的彩排，讓孩子們在情感上和身體上為進入真正的磁鐵掃描他們的大腦做好準備。掃描不是兒童治療的一部分；這是他或她對科學的貢獻。科學家從數百到數千名患病兒童以及未患病兒童的大腦掃描中學到的知識，很可能對未來的兒童有巨大的益處。
兒童心理研究所是一家致力於兒童心理健康的獨一無二的機構。其臨床醫生為患有精神疾病的兒童提供最先進的治療。（有關其臨床服務的更多資訊，請參閱我之前的帖子“關愛孩子的心靈。”）除了發現和治療精神疾病外，兒童心理研究所還致力於透過科學來改善這兩者。其研究人員正在幫助建立一個大腦掃描庫，以更好地瞭解普通的大腦發育以及精神疾病如何扭曲這一過程。
追蹤精神疾病的發展軌跡是一項至關重要但被忽視的事業。幾乎四分之三的精神疾病在 24 歲之前開始，兒童時期的心理問題通常預示著成年期真正的或更嚴重的診斷。如果科學家能夠查明預示精神障礙的變化，他們或許能夠在疾病初期，當它可能可以預防時，診斷出疾病，並可能透過治療針對有問題的迴路。某些大腦特徵也可能提供有關疾病風險和預後，以及哪些型別的治療對個體最有效的資訊。
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大腦的時間線
這個過程的第一步是獲得普通大腦發育的可靠快照，這是一個基於大量大腦的快照。畢竟，識別患病大腦（或有患病風險的大腦）跡象的能力，需要知道健康大腦的樣子。為此，未來幾年，來自羅克蘭縣的 1,000 名居民，年齡在 6 歲至 85 歲之間，將前往紐約州奧蘭治堡的內森·S·克萊恩精神病學研究所，該研究所位於紐約市以北 27 英里處，參與一項開創性研究，使用最先進的功能性磁共振成像 (fMRI) 機器對他們的大腦進行快速掃描。
每次掃描都會透過測量不同區域的神經活動水平來揭示大腦的所謂“功能結構”。（fMRI 裝置不直接測量這種活動，而是跟蹤血流，假設更活躍的神經元使用更多的血液。）兒童心理研究所發育大腦中心成像主任卡梅倫·克拉多克說，從這些活動水平中，軟體可以推斷出兩個區域之間的連線強度。兒童心理研究所、內森·S·克萊恩研究所和美國國家心理健康研究所正在支援這項獨特的努力。如果兩個區域同時活躍，研究人員會假設它們是相連的，並且是同一網路的一部分。透過掃描大量不同年齡的人，研究人員可以確定大腦的功能連線如何隨時間變化。
由此產生的影像將透過國際神經影像資料共享倡議公開提供，這是首次大規模嘗試收集和共享大量大腦影像。2009 年 12 月 11 日，這項工作背後的科學家，之前被稱為 1,000 個功能連線組專案，公開釋出了在世界各地 33 個不同地點建立的 1,200 多組靜息狀態大腦 fMRI 影像。從那時起，研究人員下載並使用這些資料來勾勒出人類大腦功能背後的核心結構，以及不同年齡和性別個體之間的差異——迄今為止在 40 多篇出版物中概述了這些發現。
疾病的影像
在第二個專案中，兒童心理研究所將探索其年輕患者的大腦發育模式。自願參與該專案的兒童將前往奧蘭治堡進行大腦掃描。這些影像將去除識別細節，構成未來的兒童心理研究所生物樣本庫。與來自健康個體的腦庫一樣，生物樣本庫的管理者會將這些掃描與來自同一人的精心收集的心理和臨床資料配對，以瞭解他們在掃描中看到的內容的意義。
希望在兒童和青少年中找到精神疾病和學習障礙的功能性大腦特徵。“我們計劃整合研究和臨床，”兒童心理研究所的精神藥理學家羅納德·斯坦加德說，以確定自閉症、抑鬱症和精神病等疾病的發展起源。科學家們希望這些資訊有朝一日可以用來開發針對這些問題的客觀醫學測試，並看到患者對治療的反應是其大腦的變化。
這項努力與最近在國際神經影像資料共享倡議的支援下進行的其他工作並行。在其中一項中，自閉症大腦成像資料交換，來自 16 個分散實驗室的研究人員公佈了來自 539 名患有自閉症譜系障礙的個體和 573 名沒有自閉症的對照組的大腦掃描以及行為資料。一個單獨的研究聯盟釋出了來自 285 名患有注意力缺陷多動障礙的兒童和青少年以及 491 名沒有該缺陷的對照組的大腦影像以及基本的臨床資訊。
除了更準確的診斷外，仔細觀察受疾病改變的大腦區域可以幫助醫生更精確地針對患者的問題調整治療。諸如電休克療法和深部腦刺激 (DBS) 等透過加速或關閉神經活動起作用的策略可以針對特定的大腦區域或神經纖維束。在某些情況下，已知藥物主要作用於特定的大腦區域。
有針對性的治療也可以採取生物反饋的形式，患者試圖透過有意識的過程來有意識地改變大腦活動。大腦區域或迴路中的喧囂可能會驅動視覺輸出——例如，一個“腦計”上的指標。患者可能會嘗試透過將他們的思想導向特定主題、感覺或回憶來朝一個方向或另一個方向移動指標。（通常，患者會在嘗試使用多種策略後，透過試錯法找到一種有效的方法。）克拉多克現在正在積極研究生物反饋作為治療抑鬱症的一種可能方法。
此外，闡明特定腦部疾病中涉及的神經迴路可能會激發針對這些迴路的新療法的發展。就像破譯人類基因組的合作努力一樣，一項大規模的努力來揭示人腦中大量連線、它們的含義以及它們如何隨時間變化，很可能會產生無數的好處，其中許多好處我們還無法預測。