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心理资讯:科学家运用声与光解析大脑奥秘

发表于 2015-08-01 10:50

　　心理导读：汪立宏在圣路易斯华盛顿大学生物医学工程方面任职教授，在他的帮助下，研究团队已成功开发出可检测单个癌细胞在血液中耗氧量的仪器。他还研发了一个摄像头，能够以1000亿帧每秒的速度拍摄，速度快得可以记录下光速结冰的物体。 ---www.tspsy.com

心理资讯:科学家运用声与光解析大脑奥秘

　　汪立宏创造的这项医学技术将在未来运用到航空事业上。

　　汪立宏在圣路易斯华盛顿大学生物医学工程方面任职教授，在他的帮助下，研究团队已成功开发出可检测单个癌细胞在血液中耗氧量的仪器。他还研发了一个摄像头，能够以1000亿帧每秒的速度拍摄，速度快得可以记录下光速结冰的物体。

　　“我们在尝试转变一些固有的想法，那些只会在科幻小说里出现的科技将转变为事实，”理查德·康罗伊说，他管理的应用科学技术部门专攻生物医学成像和生物工程方面的研究。

　　汪的最终目标是利用光和声音的组合，解决人类大脑的奥秘。大脑是一个“神奇的黑盒子，我们还知之甚少，”他说。

　　汪把自己称作一名工具制造商。美国总统奥巴马倡议科学界加紧研究大脑，了解人类如何思考、学习和记忆。这时，汪意识到大脑研究人员十分需要一个研究工具，所以他为研发这个工具思考了很多年。

　　“我们要征服的大脑，即使像老鼠的大脑只有几毫米厚，我们仍没有一种技术，可以让我们看到大脑的整个运行过程。”

　　扫描电流脑成像技术，如MRI或PET都有各自的缺点。它们或是缓慢，或是不够清晰，或者只能看到大脑表面发生的事。

　　于是汪一直在开发另一种方法，一个可以足够快速的实时监控和清晰揭示个别脑细胞的大脑活动的工具。

　　汪最初的想法是利用光。但是这里存在有一个问题，如果你把你的手放到一个灯泡附近时这问题便显而易见了。当光线进入人体后，便开始四处发射。

　　“这就是为什么我们甚至看不到我们长在手中的骨头，”汪说。“因为光，在经过差不多一毫米的东西后，我们就很难得到一个清晰的图像。”

　　汪想到了一个解决方案，这涉及声音。因为声波在身体里不会反弹太多，这就是为什么超声波可以显示一个成长中的胎儿。

　　但是，超声图像很模糊，所以难从一个超声波图像来判别是女孩还是男孩。于是汪某开始把具有速度与精度的光以及具有穿透能力的声音相融合的技术试验。这就是所谓的光声成像。

　　“我们在成像的单一形式中结合了两种形式的能量，运用了光和声音的优势，”汪说。

　　在过去的几年中，光声成像已经在科学界得到了广泛的承认和肯定。所以汪得到了这个启发。

　　去年，他发表了50多篇科学论文。到目前为止，他的研究已经吸引了近5000万美元的赠款。加州理工学院对他印象深刻，提供的条件足以引诱他离开华盛顿大学。所以，他的实验室将在明年从圣路易斯搬到帕萨迪纳。

　　在此期间，汪立宏教授似乎无处不在，四处发表演讲，主持会议并参加科学顾问委员会。 “这真是忙个不停，对吧？但是你需要睡觉，除此之外你恨不得所有时间都用来搞科研，”他说。

　　汪有很多的项目，现在他将有团队工作的实验室，该实验室安排在华盛顿大学一个科研大楼里，拥有四个不同的楼层，每个楼层都用于不同的项目。

　　其中一个项目是汪某的最新研发的光声显微镜，它占据的金属工作台和乒乓球台的规模差不多。金阳梁博士后，向我展示了设备怎么打开光转换成声音然后声音变成活生生的大脑图像。

　　“这样一个金属的大家伙是用激光成像的，”梁告诉我。在一个实验中，激光产生的脉冲在另一侧达到麻醉小鼠之前通过反射镜和滤光器的迷宫形成光脉冲。

　　一旦光脉冲进入实验鼠的头骨和大脑，它便开始在其中反弹跳跃。足够的光能使得脑组织中的某些部分颤动，那些振动也将产生独特的声波。

　　所以，他们使用的方法就是让光线进入大脑并以声音的形式出来。而就在几个月前，这项技术已经让团队得到了及高速由精确的老鼠大脑图像。“第一次运作成功时我感到很惊讶，”梁说。

　　理查德·康罗伊开办了生物医学成像和生物工程研究所，他说他经常被汪震惊，所以他早已向汪的团队投资了以后十年研究的资金。

　　“他是独一无二的，这些人能够把技术和理念从一个领域应用到不同的领域当中，”康罗伊说。“因此，例如他的研究光在体内的单个细胞活动的方法真的是借用天文学的理论来实现的。”

　　光声成像可以揭示大脑奥秘，康罗伊说。汪的实验室已经用这项技术帮助开发显示乳腺癌和皮肤的肿瘤的系统，甚至检测个体癌细胞在血流中的活动。

　　康罗伊还说，这仅仅是个开始。“这些研究真正推动我们如何形象在空间和时间，打破了之前存在的种种限制。”他说。

　　康罗伊认为，这项发明可能最终在未来成为航空设备上使用的医用三角仪。“这个变话是巨大的，有一个专门的设备运用到星际旅行中。想象一下你可能只需要躺在那里，光束会越过你的身体，然后告诉你身体一切的状况。”

　　光声成像能不能做到这一点呢？因为目前为止，它仍然没有在人的大脑上使用过。但汪说，他的实验室有一个简单的规定：“永远不要说不可能”。

　　而对于汪某来说，这个方法似乎见效了。几年前，他得到了一些来自美国国立卫生研究院特别的资助。“这是一个授权，给你肆无忌惮的使用资金，为你做任何你认为合适的实验打下基础，”他说。“所以我们很有底气的去探索一个新的方向。”

　　他们目前其中一个研究方向是照相机。我们的目标是不断打造速度最快的相机，一个足够快速的相机可以照到光的照片。

　　汪某挑选出了一个小的团队，其中包括金阳梁他是在光学方面的专家。“我知道这听起来很疯狂，但我们认为人类可以看到光的传播，这个想法的疯狂在于光是宇宙中速度最快的物体，”梁说。

　　汪想到了实现这个看似不可能的壮举的方法。大约半年后，团队向他们老板展示了有史以来第一部用光脉冲反射出一面镜子来播放的电影。

　　“目前，我觉得他无话可说，因为，你知道，从来没有人见过这个，”梁说。

　　汪回忆说，他对这项实验充满敬畏，但并不完全感到意外。“如你所知科学没有极限，”他说。“当你达到一个极限并突破他后便再次达到了另一个极限。”

　　而对于汪某，下一个人类极限便是黑匣子——大脑。

　　(编译/Donny | 来源/Nhzy资讯)