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从童年到成年早期的发育时期,身体、社会和情感都发生了深刻的变化。但是这些变化究竟是如何在大脑中反映出来的仍然是一个谜。

为了更清楚地了解大脑及其各区域之间的联系在整个发展过程中是如何变化的,哈佛大学的科学家和其他三所大学的研究人员将分享一笔1400万美元的拨款,支持有史以来最全面的脑成像研究之一。

美国国立卫生研究院(NIH)的资助将允许科学家们捕捉多达1400人大脑的磁共振图像,包括多次扫描以跟踪他们的大脑随时间的变化。

“我们特别感兴趣的是一个人是如何通过发展进步的。大脑中的连接如何协调自己进入成人的状态?哈佛大学脑科学中心(Harvard Center for Brain Sciences)心理学副教授、教职工利亚·萨默维尔(Leah Somerville)说。“我们了解普通成年人大脑连接的一些基本方式。但它是如何从一个5岁孩子不成熟的大脑中产生的呢?”

除了萨默维尔,这项研究还将由哈佛大学医学院精神病学教授、心理学和神经科学教授兰迪·巴克纳(Randy Buckner)领导。

该项目将包括华盛顿大学圣路易斯分校、明尼苏达大学和加州大学洛杉矶分校的教师。牛津大学的一名教员也将参与数据分析。

为了了解大脑在发育过程中是如何变化的,萨默维尔说,研究人员计划对参与者进行扫描,从隔离发育中的大脑连接通路的扫描,到跟踪受试者执行特定任务时大脑活动的功能性核磁共振成像(mri)。这些扫描反映了核磁共振物理的前沿发展,使大脑扫描速度更快,分辨率更高。通过该项目收集的数据将公开共享。

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Professor of Physics and of Applied Physics Amir Yacoby (left, photo 1) and physics research assistant Yuliya Dovzhenko work in the lab where Yacoby (photo 2) and his colleagues have developed an MRI system that can produce nanoscale images.

核磁共振,在分子水平上

研究人员开发了一个系统,有一天可以窥视到单个分子的原子结构

“有些扫描会测量大脑的结构,所以我们不需要受试者处理任何特定类型的信息,”她说。“但在该项目的其他部分,我们有所谓的基于任务的功能扫描,所以我们可以定位大脑活动,对我们呈现的刺激做出反应。”

该项目正处于试点阶段,将于秋季开始招募志愿者。萨默维尔说,由于这项研究的长期性,研究人员可能需要数年时间才能公布他们的发现。

萨默维尔说:“大多数成像研究因为很难进行,所以接受社区中对科学感兴趣的志愿者。”“对于这个项目,我们想让它大致代表美国人口。所以我们想招募不同种族和民族的志愿者,以及不同社会经济群体的志愿者,而这些社会经济群体通常不包括在这类研究中。我们希望这能帮助我们弄清环境和其他因素是如何影响大脑发育的。”

萨默维尔说,该项目的另一个不同寻常之处是,研究人员计划在数年内跟踪研究几个人。

“这可能是这个项目最具创新性的部分之一,”萨默维尔说。“其中一个令人兴奋的原因是,当我们研究大脑发育时……我们经常用一个人的年龄来代表他们的发育阶段,但我们知道在发育过程中有很大的差异。”

通过跟踪个体的发育过程,特别是青春期,研究人员希望开始了解大脑发育的哪些方面是由激素变化触发的,哪些与积累的经验有关。

“由于种种原因,我们对这些问题知之甚少,”萨默维尔说。“这些类型的研究是困难的、昂贵的和耗时的,因此这代表了NIH在开发基础数据集以帮助回答这些问题方面的一项重大投资。”

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