认识世界上最先进的大脑扫描仪

从外部看，它与其他任何大脑扫描仪一样——一个带硬质、可收缩病床的空心金属圆筒。然而，从内部看，连接组扫描仪拥有世界上最先进的大脑成像技术。这款磁共振成像（MRI）扫描仪于2011年9月安装在波士顿的马萨诸塞州总医院，有望成为神经科学领域的“哈勃望远镜”。

该扫描仪是耗资850万美元的联邦拨款项目的一部分，其梯度场比传统MRI机器强大八倍。它产生的图像细节是传统MRI的四到八倍，而且耗时只有其六分之一。该扫描仪足够安静，婴儿可以在里面入睡，它依赖于一种名为扩散MRI的新型脑成像技术，通过追踪水分子的运动来绘制大脑的长距离白质连接图。

该扫描仪是人类连接组项目的一部分，该项目是美国国立卫生研究院资助的一个为期五年的项目，旨在绘制出人脑860亿个神经元的所有弯曲和转折。研究人员希望，阐明大脑的结构将有助于我们理解其功能和功能障碍。

MGH雅典娜A.马蒂诺斯生物医学成像中心的跨纤维扩散MRI发明者之一、连接组学主任Van Wedeen表示，通常情况下，扫描是为了寻找头部病变，例如诊断中风。然而，有证据表明，创伤后应激障碍、自闭症和痴呆症等疾病涉及白质的改变。因此，虽然连接组扫描仪目前仅用于研究目的，但他说，它将来或许能够客观地诊断精神疾病。

1. 调谐大脑

在MRI机器中，强大的磁场会使人体内的质子像绷紧的小提琴弦一样排列，然后一股能量脉冲“拨动”这些“弦”，使其发出嗡嗡声。放置在患者头部周围的微型射频（RF）线圈——右侧图像中所示的扭曲铜线——充当天线，检测到这种嗡嗡声并将其传输到像多米诺骨牌一样大小的绿色放大器，放大器读取信号并将其传递给外部计算机。在那里，信号被分析并转化为彩色图像。传统的脑部扫描仪最多有32个射频线圈，但连接组扫描仪配备了64个，围绕整个头部重叠，以同时检测更多信号，从而加快扫描时间并提高大脑扫描质量。

2. 梯度核心

连接组扫描仪的独特之处在于其梯度线圈：粗大的铜线，用于聚焦和操纵磁场，以检测大脑纤维的位置。这些梯度线圈比传统MRI的梯度线圈强大八倍，厚度是其两倍。左侧图像中显示为内管顶部的红色指纹，它们被精心雕刻成精确的图案，以便尽可能准确地编码数据。Wedeen说，设计梯度线圈“就像设计一架新飞机的发动机一样复杂”。

3. 加热与冷却

在峰值使用时，12根电源线向扫描仪提供高达24兆瓦的功率，相当于一艘核动力快速攻击潜艇的能量消耗。如此大的功率如果没有银色甜甜圈形圆筒和流经机器的冷水橡胶软管的绝缘，会熔化机器。“一切都必须在热力学上达到完美平衡，”Wedeen说。

[本文最初以“终极大脑破解机器的内部解析”为题刊登在印刷版上。]