研究人員開發了一系列技術改進，極大地提高了功能磁共振成像機（fMRI，functional magnetic resonance imaging）的空間分辨率。這些改進使fMRI能夠對每側不到半毫米的體素（像素的3D等效物）進行成像。在這樣做的過程中，它們已經通過了相對于人腦結構的一個重要閾值，以大致匹配神經元功能簇的規模。

據悉，NexGen 7T設備記錄的細節比當前研究人員使用的7T MRI多出10倍，比當前大多數醫院使用的主流3T掃描儀多出至少50倍以上。更精細的尺度可能對許多研究問題有用。例如，更高分辨率的圖像可以提供關于一些大腦區域的廣泛功能組織和其他區域不同層神經元活動的答案。

荷蘭斯賓諾莎神經成像中心主任、神經科學家Serge Dumoulin表示，新掃描儀邁出了“令人興奮的一步”，他沒有參與開發。

包括西門子工程師在內的國際團隊于11月27日在《自然方法》雜志（https://www.nature.com/articles/s41592-023-02068-7）上描述了這種新型掃描儀。這項工作的部分資金來自加州大學伯克利分校和美國國立衛生研究院（National Institutes of Health）的BRAIN Initiative（https://braininitiative.nih.gov/）。

顧名思義，7T MRI掃描儀可以產生7特斯拉的強大磁場。NexGen機器保留了主磁體，并取代了大多數其他主要部件。研究人員沒有強調任何一個組件，而是說，多種硬件改進有助于提高新掃描儀的分辨率。

“我們知道，如果我們提高主要系統的性能，我們就會得到累積的改進，每個子系統都會影響不同的重要參數，”合著者、加州大學伯克利分校的神經科學家、名為Advanced MRI Technologies的公司的David Feinberg如此表示。

任何fMRI掃描儀的工作原理都是產生磁場，影響大腦中分子的方向。一旦一個磁場被設置為可預測的模式，就可以通過施加第二磁場并快速振蕩方向來區分組織的密度或類型。研究人員已經開發了各種技術，使用血流量或氧氣水平作為大腦活動的指標。

NexGen 7T掃描儀”的設計采用大幅改進的梯度線圈和更大的接收器陣列線圈（用于檢測大腦信號），同時保持在人體神經元刺激閾值以下。掃描儀用128通道接收器系統取代了標準的32通道，能在皮層以更高的信噪比實現更快的數據采集。這些變化帶來了與數據采集、傳輸和編碼相關的新挑戰。

“當你有128個接收器時，數據大小會呈指數級增長，”合著者、加州大學舊金山分校的放射科醫生An T.Vu說，“數據存儲和計算資源需要迎頭趕上。

總體效果是空間分辨率是廣泛使用的fMRI的100多倍，其數量級超出了其他7T fMRI的細節。在某些情況下，體素大小已從約1微升（立方毫米）的體積縮小到小于0.1微升，與沙子的粗顆粒相當。在大腦及其細胞的尺度上，掃描儀仍處于中等分辨率區域。

“We knew that if we improved the performance of major systems, we would get cumulative improvements, and each subsystem affected a different important parameter.”

—DAVID FEINBERG, UC BERKELEY

Dumoulin說，但如果分辨率更高，低于微升，神經科學家應該詳細了解大腦皮層（大腦的葉形上部區域）神經元組的功能組織，尤其是分層或列狀。它還可以幫助揭示其他大腦區域的詳細結構，如腦干和小腦，這些區域“通常超出了傳統神經成像的視野”。

與更強大的實驗性MRI機器相比，該團隊選擇使用7T MRI掃描儀，部分原因是為了在技術要求和可用性之間取得平衡。更強的磁場可以增加高清晰度圖像的可能性，但也會增加射頻加熱對掃描儀內人員的潛在危險。因此，盡管到目前為止（加州大學伯克利分校）只建造了一臺NexGen掃描儀，但理論上，全球100臺左右可運行的7T MRI掃描儀中的任何一臺都可以改裝為相同的規格。

更高的分辨率可能在fMRI之外的其他MRI研究應用中有用，例如，與功能連接和大腦代謝有關。研究人員還考慮到了最終的醫學用途。Feinberg說：“它是為基礎研究而設計的，一旦發現前景和有用的東西，我們就可以立即將其轉化為臨床實驗。”