脑刺激，如深部脑刺激(DBS)，是治疗神经和精神疾病的有力方法。虽然十多年来它为帕金森氏症、阿尔茨海默氏症和成瘾患者提供了治疗益处，但其潜在的神经机制尚未完全了解。

昆士兰脑研究所(QBI)的研究人员现在离揭开大脑活动的奥秘又近了一步，以更好地了解这种机制并可能预测DBS结果。

大脑是一个高度复杂的回路网络，按层次结构组织，具有广泛的连接。连接朝着不同的方向前进和向后，神经元之间要么是兴奋性的——反应的加速器——要么是抑制性的——改变反应的刹车。

“假设你想移动你的手 - 一旦信号启动，我们预计接下来的活动取决于大脑的神经网络，”副教授Kai-Hsiang Chuang说。

“我们不完全了解的是大脑的这些结构和功能组件如何或何时相互作用，最终导致移动手的结果。

功能性磁共振成像(fMRI)是用于研究大脑网络的最流行的技术。fMRI跟踪神经活动后的血流和氧合变化，从而间接测量正在形成的功能连接，并为我们提供大脑活动传播位置的指示。

然而，大脑活动并不像信号从一个区域传播到另一个区域那么简单。

庄实验室的团队开发了一种新的超快fMRI技术，其时间分辨率大大提高，使他们能够在亚秒级捕获大脑活动的动态。

庄副教授说，这项新技术使人们更全面地了解大脑的结构和功能连接如何以及何时相互作用。

“我们做出的第一个新发现是，大脑活动不仅通过结构布线传播，而且根据它们的兴奋性和抑制性神经元分布遵循某些优先回路，”他说。

“相似细胞类型的大脑区域之间的交流变得更加流畅，大脑活动也更强。

Chuang小组使用他们的超快fMRI技术跟踪小鼠在刺激和休息时的大脑活动。当大脑受到刺激时，活动沿着结构线向前移动——从A到B，然后从B到C。当大脑处于休息状态时，活动更多地依赖于细胞类型组织，而不是结构布线，在C和B之间传播，而不是A，如果这是优先回路所在的话。

这意味着如何处理信息实际上取决于您的状态，以前人们认为大脑活动无论是在休息还是忙于完成任务时都以相同的方式运作。

“我们做出的第二个发现是，功能磁共振成像检测到的血液信号可以反映网络组织和细胞类型分布，”庄副教授说。

“这些发现对大脑结构如何塑造功能以及如何根据对这种结构的了解预测活动具有重要意义。更实际的是，我们现在所知道的将影响DBS和其他脑刺激技术的设计。

“下一步是与精通脑刺激的临床医生合作，确定我们如何利用这些知识与人类数据相结合，以帮助提高我们对DBS的理解。

这种更全面的理解可以使我们能够更好地预测DBS结果，并可能改进其设计以获得更好的治疗结果。