再过几天就是公布诺贝尔奖的时间了，正好今天看到科学杂志上的这个文章，引起一些过去的回忆，顺便解释分析一下。

上周《科学》上有一篇关于大脑发育的研究，引起了我的注意。该研究是利用fMRI技术，研究大脑内神经连接，探讨神经连接与人类大脑发育的关系。文章的题目就是使用fMRI技术（该期有2篇这个技术的研究），我是了解一些fMRI技术的，fMRI技术的实质是利用神经细胞活动与局部血流增加存在相关性，通过MRI信号间接显示神经活动空间位置的一种技术。fMRI技术起源于20年前，估计是从PET技术演化过来的，开始由于MRI技术影响，采用注射造影剂的有创伤方法，后来就利用检测血流增加引起的含氧血红蛋白增加的信号（所谓BOLD效应，本人在10年写过一个相关综述），由于无创性使该技术能适用于正常人大脑功能的研究，是一个很重要的技术突破。

在03年MRI获得医学诺贝尔奖前（99年前后），我的一个老师分析认为，NMR已经多次在物理领域获得诺贝尔奖，但在医学领域很难，原因是MRI几乎没有原始创新，不过是把NMR与CT原理结合产生的一个新技术，而CT已经获得过诺贝尔奖。但他同时指出fMRI的出现，给MRI获得医学诺贝尔奖提供了重要条件。没想到，2003 年10 月6 日瑞典卡罗林斯卡医学院宣布2003 年诺贝尔医学(生理学)奖授予美国科学家P. C. Lauterbur (劳特布尔)和英国科学家P. Mansfield(曼斯菲尔德)，以表彰他们在核磁共振成像领域的突破性成就。而P.Mansfield 的主要贡献是对核磁共振成像的一套理论，其中他发明的EPI 快速成像的方法是当前脑功能成像中使用的主要方法。从目前fMRI研究的发展看，脑功能成像仍具有再获得诺贝尔医学(生理学)奖的可能，这方面可能不仅有技术方面的，而且有研究内容方面，自脑功能成像技术建立以来，最近20年，无论是技术，还是对脑功能的研究，都有了非常大的进展，许多技术已经在临床上获得应用，给研究大脑功能和诊断疾病带来了重大贡献。不过7年前已经获得医学诺贝尔奖给这个技术再次奖获带来影响，估计要再等几年了。

文章中另外一个表达是functional connectivity MRI (fcMRI) 。这个我不太熟悉，根据文献大概10年前人们开始建立和使用这个技术(Arfanakis et al., 2000; Baune et al., 1999; Biswal and Ulmer, 1999; Biswal et al., 1995, 1997; Buchel and Friston, 1997; Cordes et al., 2000, 2002; Filzmoser et al., 1999; Fletcher et al., 1999; Friston et al., 1994; Goutte et al., 1999; Lowe et al., 1998; McKeown et al., 1998).。

现在《科学》上发表这个文章的原因应该有两个，一是作者采用了分辨率更高的技术，5分钟能获得扫描结果，这是一个很大的进步，另外一个是发现了重要现象，就是人的大脑从7岁～30岁有一个重要的功能解剖学变化：长距离神经元连接倾向于随着年龄的增长而增加，而短距离连接则会随着时间的推进而变得较弱。没有找到文章全文，不知道作者是如何分析这个结果，这个结果确实非常有意思，我们设想，随着年龄的增加，大脑内出现了更多的远距离连接（实际上这些接连应该是增强了的连接，因为本来就存在，只是联系比较弱，难以检测），大脑的同类功能的神经元是成群相对集中分布的，例如运动区（中枢）、感觉区、听觉区、语言区等等，比较高级的功能实际上就是不同功能建立了比较稳定或强化的联系，所以这个研究非常有力的解释了这个过去发现的生理学现象（例如巴老的条件反射，听力与口水中枢建立了联系）。

这个研究仍有深入研究的必要，一个是对发育阶段细分，可以看不同年龄阶段的发育特点，结合大脑各类功能进行综合分析。另一个，30岁-60岁，60岁以上大脑衰老又是什么情况，也肯定非常值得探讨。

附件：科学网上的中文摘要是这样的：“当一个孩子从他狂乱的青少年时期成长到成年时期，其大脑是如何变化的呢？根据一项新的研究，对脑部进行为时5分钟扫描的一个详尽的分析就足以对脑的成熟水平提供某种测度。为了得出这一结论，Nico Dosenbach及其同事用复杂的模式分析软件对238幅来自志愿者（他们的年龄为7岁～30岁）的功能连接核磁共振成像（fcMRI）脑扫描进行了分析。明确地说，他们的结果显示，脑中的长距离神经元连接倾向于随着年龄的增长而增加，而短距离连接则会随着时间的推进而变得较弱。研究人员提出，脑中短距离神经元连接的丧失看来比任何其他因子都更能指示年龄的增长。他们还提出，一个成熟的脑会以整个脑子中更稀少但更为准确的神经元连接为特征。Dosenbach及其同事甚至提出，一个快速的、5分钟的功能连接核磁共振成像（fcMRI）脑扫描应该在将来成为辅助医生筛检、诊断和治疗脑功能失常病人的例行措施。”

这是来自以美国华盛顿大学为主的9家实验室合作开展的研究，负责人是Bradley L. Schlaggar教授。

英文相关信息是：“Prediction of Individual Brain Maturity Using fMRI”阅读全文 pdf

Nico U. F. Dosenbach,1,* Binyam Nardos,1 Alexander L. Cohen,1 Damien A. Fair,2 Jonathan D. Power,1 Jessica A. Church,1 Steven M. Nelson,1,3 Gagan S. Wig,1,4,5 Alecia C. Vogel,1 Christina N. Lessov-Schlaggar,6 Kelly Anne Barnes,1 Joseph W. Dubis,1 Eric Feczko,6 Rebecca S. Coalson,1,7 John R. Pruett, Jr.,6 Deanna M. Barch,3,6,7 Steven E. Petersen,1,3,7,8 Bradley L. Schlaggar1,7,8,9,* Group functional connectivity magnetic resonance imaging (fcMRI) studies have documented reliable changes in human functional brain maturity over development. Here we show that support vector machine-based multivariate pattern analysis extracts sufficient information from fcMRI data to make accurate predictions about individuals’ brain maturity across development. The use of only 5 minutes of resting-state fcMRI data from 238 scans of typically developing volunteers (ages 7 to 30 years) allowed prediction of individual brain maturity as a functional connectivity maturation index. The resultant functional maturation curve accounted for 55% of the sample variance and followed a nonlinear asymptotic growth curve shape. The greatest relative contribution to predicting individual brain maturity was made by the weakening of short-range functional connections between the adult brain’s major functional networks.

 本人用了2个小时整理的历年诺贝尔生理学或医学奖汇编