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神經科學的研究是多學科、多層次的。神經科學的每一次飛躍幾乎都與某種研究方法的出現有關。

在對神經學科研究技術的了解過程中,我們發現了它的技術種類是如此的驚人:其它生命科學專業根本不需要生物化學、分子生物學、基因學、電生理學、顯微學、組織學、行為檢測、人類成像技術,甚至電子學,和各種計算機編程語言。


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在與醫生或者研究者們的交流中,我們有可能聽到他們說:“我不清楚電生理記錄下來的這些波紋線的含義”或者“這個圖形在醫學上表示什麽,它代表什麽意義?”,這些問題,即使萬能的度娘、GOOGLE也沒能對標準提出全麵的深入介紹。我們也會遇到這樣的一些疑問,“當發生這種反應或圖形時,我注入某種蛋白或是做某種刺激後,它會有什麽樣的結果?”或是“這太複雜了,我無法通過我的眼睛觀察,我不知道什麽時候開啟那些儀器,它的反應時間太快了。你就不能簡單地讓它自動開啟?”


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一種新的循環研究方法運運而生,記錄刺激閉環係統。簡單來說就是研究者們通過記錄生物電信號、功率譜信號,進行數據處理和分析,通過研究者們所研究的領域總結出新的規律,形成刺激條件,根據刺激條件,對個體進行光、電刺激並得出刺激後產生變化數據的一種循環研究方法。

還記得人類最早的腦機接口嗎?


在1963年的英國,Burden Neurological Institute的Grey Walter醫生用當時非常前沿的腦電技術和他的病人開了個“玩笑”。這些癲癇病人因為確定腦內病灶的需要,做了手術,腦內放了電極,貼近大腦皮層,可以獲取非常清晰的神經活動。因為電極比較大,記錄阻抗低,雖然不能記錄單個神經細胞的放電,但能記錄到電極周圍神經細胞共同活動的場電位(Field Potentials)。這些病人會帶著電極在醫院生活一兩周。Walter醫生突發奇想,在病人們欣賞風光幻燈片的時候,偷偷把腦電電極連接到了自己發明的“電位轉換器”上,把病人大腦運動皮層的場電位信號,轉換成了幻燈機換片的控製信號。於是“心想事成”的奇跡發生了:病人每次打算換片,但還沒有按動按鈕時,幻燈機就已經知道了他的想法,自動換片了!這是腦機接口技術的第一次完整實現:采集大腦神經信號,翻譯轉換後控製外部設備。


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這個概念在當時非常超前,隻有科幻電影中才會出現。這個“玩笑”背後是Walter醫生通過對腦電活動的定量測量和深入探索,發現了與注意和期待有關的腦電活動。在此之前,所謂“腦電”僅僅指每秒10次左右的節律性起伏(Alpha波),通過這種起伏可以推測人腦的警覺狀態,不能反映精細的思維活動。Walter醫生也是個非常優秀的工程師,他采用多次平均技術,去除噪聲,得到腦電發明以來最“純淨”的腦內活動波形——事件誘發電位(Event Related Potential , ERP),從此科學家通過事件誘發電位定量研究大腦對外界視覺聽覺刺激的響應規律,以及大腦內部認知過程的展開,從此打開了一扇研究人腦的新窗口。


讓我們再來看看2016年7月新鮮出爐的美國MEDCITY NEWS:


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可以預見,未來將會有越來越多的有關記錄刺激(或控製)閉環的治療方式及科技運用應運而生。正如卡哈爾運用高爾基染色法極大拓展了我們對神經係統的了解;Hubel和Wiesel使用胞外記錄技術研究了視覺係統是如何記錄和處理信息的……而這種研究方法是否有效,每一種算法是否正確並持續的發生影響,取決於科學家們不懈的記錄—分析--刺激—再記錄—再分析—再刺激……的循環研究,這就是記錄刺激的閉環係統(Close-loop System)