新技术首次获得高分辨率脑干功能图

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论文作者：Kimberlee D'Ardenne 期刊：《科学》
新技术首次获得高分辨率脑干功能图

图片说明：脑横切面（左）和纵切面（右）切片显示，脑干VTA区血流增加（红色区）。
（图片来源：Princeton University）

美国科学家近日设计出了一种新的实验技术，能够对脑干（brainstem）区域进行高分辨率成像。脑干位于大脑最下部，脊髓顶端。它控制着维持呼吸、消化、心律、血压等必需的大脑功能，它同时还是许多脑化学物质的中转总部，一旦运转失调，就有可能导致上瘾、精神分裂症及帕金森症等精神疾病。有关专家认为此项技术为深入研究这一区域开启了方便之门。相关论文发表在2月29日的《科学》（Science）上。

领导此次研究的是美国普林斯顿大学化学系的Kimberlee D'Ardenne。研究人员设计了经典的条件作用实验，实验参与者进行视觉测试，间歇时则获得一杯饮料奖励。研究人员追踪了实验参与者不同情绪时（获得奖励和未获得奖励）脑干区域血流的变化，这与脑化学物质多巴胺的活性变化有关。

研究人员同时应用功能核磁共振成像（fMRI）技术对实验参与者的脑干活性进行了成像，研究人员还消除了脑干区一些血管造成的扭曲失真，并应用计算机技术减少了头部运动带来的影响，最后得到了高分辨率的三维图像。

实验结果确证了之前动物实验得到的结论。当实验参与者获得奖励感到开心时，脑干的多巴胺中心血流就会增加，而当获得的奖励不如想象中多时，脑干的活性就很不明显。

D'Ardenne说：“长久以来，科学家一直在试图研究脑干，但是收获并不多，因为它太小了。”他说，迄今为止，研究脑化学物质的科学家关注的大多是其它一些容易观测的区域，比如前额皮质等，而这些是脑化学物质作用的“下游”区域，因而准确性要差很多。

论文参与者、普林斯顿神经学研究所的Jonathan Cohen指出，此次研究为动物实验和人体实验结果之间建立了关键的联系。“它有可能开辟全新的研究方法”，他说。

D'Ardenne同时表示，“我们才刚刚开始认识这些关键路径，不过它暗示出我们将会知道些什么。”（科学网 梅进/编译）

（《科学》（Science），Vol. 319. no. 5867, pp. 1264 - 1267，Kimberlee D'Ardenne，Jonathan D. Cohen）
Reports
BOLD Responses Reflecting Dopaminergic Signals in the Human Ventral Tegmental Area
Kimberlee D'Ardenne,1,2* Samuel M. McClure,2,3 Leigh E. Nystrom,2,3 Jonathan D. Cohen2,3,4

Current theories hypothesize that dopamine neuronal firing encodes reward prediction errors. Although studies in nonhuman species provide direct support for this theory, functional magnetic resonance imaging (fMRI) studies in humans have focused on brain areas targeted by dopamine neurons [ventral striatum (VStr)] rather than on brainstem dopaminergic nuclei [ventral tegmental area (VTA) and substantia nigra]. We used fMRI tailored to directly image the brainstem. When primary rewards were used in an experiment, the VTA blood oxygen level–dependent (BOLD) response reflected a positive reward prediction error, whereas the VStr encoded positive and negative reward prediction errors. When monetary gains and losses were used, VTA BOLD responses reflected positive reward prediction errors modulated by the probability of winning. We detected no significant VTA BOLD response to nonrewarding events.

1 Department of Chemistry, Princeton University, Princeton, NJ 08544, USA.
2 Center for the Study of Brain, Mind, and Behavior, Princeton University, Princeton, NJ 08544, USA.
3 Department of Psychology, Princeton University, Princeton, NJ 08544, USA.
4 Department of Psychiatry, University of Pittsburgh, Pittsburgh, PA 15260, USA.