【编者按】北京大学前沿交叉学科研究院是跨学科的研究平台。研究院的基本任务是组织跨学科的学术交流、开展跨学科的科学研究和培养交叉学科的优秀人才。研究院以北京大学雄厚的基础学科和先进的技术学科为基础，组织联合相关的研究力量，建设具有良好学术交流环境、学科前沿性与学科交叉性相结合、实体与虚体相结合的交叉学科研究平台，为北京大学的交叉学科研究创造良好的学术氛围和研究条件。本网将陆续介绍一些相关的研究中心，以飨读者。

日常生活中，为什么女性普遍比男性语言表达能力更强？人类大脑小脑之间有何联系？中国人和西方人在语言组织时大脑是如何运作的？……这些人体之内的奥秘曾经一直隐藏在神秘的面纱下，只得通过观察推测来为人所略知。而如今，一项新兴技术——磁共振成像技术正逐步用直接准确的成像为我们揭开人体这层面纱，走进体内的神秘世界。

交叉集结新起点——磁共振成像技术的学科发展

当前，交叉学科日益成为新世纪技术革命的新集结点。核磁共振成像技术便是在物理、化学、工程交叉的基础上迅速发展起来的一门交叉学科。

1973年，“磁共振成像技术之父”美国化学家Paul.C.Lauturber于英国《自然》杂志上发表论文，揭开了磁共振成像技术研究的序幕。上世纪80年代，磁共振成像技术迅速进入生命科学和临床医学的应用。1991年，哈佛大学和明尼苏达大学分别独立完成的世界上第一批人脑磁共振功能成像实验，揭开了脑功能研究的新历史。随着电脑技术、电子电路技术、超导体技术的发展，而今磁共振成像技术已经迅速发展成为一种生物磁学核自旋成像技术。

揽人才，增设备——磁共振成像中心的筹建

在此背景下，2009年北京大学开始启动磁共振成像研究中心的建设，并在211、985工程的资助下购买了第一台磁共振成像仪。2012年，北大“国家蛋白质工程基地”建设项目又拨款为磁共振成像中心购置了另外三台磁共振成像仪。如今，功能成像研究中心已初步具备了良好的研究条件和学术环境，研究平台的硬件设备包括3.0T 和9.4TMR扫描仪和配套的认知功能成像辅助设备，中心具有磁共振成像序列设计能力和磁共振专用线圈制备能力等，为开展脑科学、认知科学、生物医学的多学科交叉研究提供了重要基础。与此同时，磁共振成像中心的科研基地也正在紧张的建设当中，2013年年初，中心实验室使用面积达1300平方米的实验设备一号楼将竣工并交付使用；2014年年底将建设完成的北大和生命二号楼中的300平方米的空间将会成为磁共振成像中心的研究基地；另外，北大第六医院也将提供实验室空间放置一台磁共振成像仪作为北大磁共振成像研究中心加强校本部和北大医学部及临床医院的联系纽带和搭建转化医学的桥梁。

作为北京大学前沿交叉学科研究院所属的一个跨学科研究平台，磁共振成像研究中心凝聚了来自北京大学的数学、物理学、生物医学工程，心理学、生命科学、信息技术，计算机科学和临床医学等领域的专家。他们结合各自领域的研究方法和技术手段，以解决脑科学问题和疾病诊断问题为目的，开展脑功能成像、磁共振影像技术、疾病影像诊断等方面的跨学科研究工作,促进生物学、生理学、心理学、电子学、信息科学、医学影像学等学科间的交叉研究，在认知科学和医学影像学等领域做出具有了具有国际水平的研究成果。

实验方法之革命——磁共振成像技术的应用

磁共振成像作为一项实验技术，已在各领域的科学实验中得到了充分的应用。磁共振成像研究中心主任高家红举出了许多生动有趣的例子。譬如大家日常生活中发现在很多情况下女性比男性的语言表达能力更强，这是为什么呢？美国耶鲁大学研究者分别找来男女两组受验人员，通过对男女两组表达同一段语言材料的大脑活动磁共振成像观测，发现了男性在语言表达时只调用了左半脑而女性则通常两个半脑都会动用，这样通过磁共振成像手段可以在人体神经功能的层面上揭开许多神秘表象的面纱。人们普遍认为，人的小脑的功能主管平衡。可是事实上小脑体积在头部的比例却较大，如此大的脑部构件是否只有主管平衡这一项功能？带着这个疑惑有关研究者通过磁共振成像技术照出了人类头部的透视图，发现在大脑小脑之间有着成千上万根管道相连，大脑小脑之间其实有着千丝万缕的联系，除平衡之外，小脑还参与了大脑在执行感觉功能时的许多其他工作，而平衡只不过是小脑功能中较为突出的一个。在磁共振成像技术发明之前，许多探测人体内部的实验都非常困难，通过患者病变体切除来进行对比试验对实验的数量上有极大限制，而单纯用通过对受验者反应的观测来推断内部器官变化的行为主义实验方法难以摈除主观因素带来的不确定性。而磁共振成像技术的诞生，可成为一次科学试验方法的革命。它使直接的定位定量观测成为可能，破译出人类行为的生理密码，揭开了生物体实验上不精确不确定的朦胧面纱。

时域与空域——磁共振脑功能成像技术的困境

目前，尽管磁共振成像技术已经广泛运用于癌症探测、制药、神经学研究等众多领域，而该技术还存在着的一些诸如探测图像不清，反应时间滞后的问题因而困扰着其他科学研究的进行，如何提高磁共振成像的精准性是许多研究人员正致力突破的问题。高家红分享了他的科研成果及体会。高家红及其研究小组目前正在攻关磁共振在脑功能成像上的缺陷。据高家红介绍，现在的脑功能磁共振成像技术是通过神经元周围的血流血氧变化来探测神经元活动的情况，由于血流血氧影响的范围极广，探测到的图像除该处激发的神经元外还有周围一大片区域，这样无法真正摸清激发的神经元的具体位置。若将该技术运用于临床实践中，无疑将会增加对患者带来的不必要伤害。对此，高家红还做了个有趣的比喻，用目前的磁共振技术探测神经元的活动好比用一个水壶浇一朵花,水浇到的部分是花的周围，这样用水喷洒的流动方向和覆盖面积来确定花的位置当然是极不精确的。除此之外，高家红还提到了当下脑功能磁共振成像技术的第二个弊端，就是时间上的滞后性。当我们看见一个物体时，信号传进大脑刺激视觉神经导致神经元放电只需要几十毫秒的时间，当血流血氧输送到神经元周围并发生反应时，已经是三至六秒之后了，这一长段的时间延误也是目前脑功能磁共振成像的不足之处。如何提脑功能高磁共振成像技术在空域和时域上的准确性？高家红及其研究小组想到了直接借助神经元放电时的电信号来进行观测，这样可以避免通过血流血氧变化来观测的二级效应，而直接锁定神经元的位置并在极短时间内探测到神经元的变化。但目前的困境时如何提高感应神经元放电的灵敏度。不过高家红对此保持乐观的态度，若该项研究成功，脑功能磁共振成像技术的准确性无疑将会大大提高，这将为脑科学的发展注入全新动力。

引领前沿，争创一流——磁共振成像中心的未来展望

2013年至2014年，北大磁共振成像研究中心的基础设施将逐步建成，届时，各学科的专家们将在我们共有的科研平台上展开研究工作。这样，不仅将有利于利用技术推进各学科的实验研究，还将汇聚来自物理，数学、工程、心理、计算机、生命科学和医学各领域的专家，不同学科之间相互融合相互碰撞，吸取不同学科背景的思维模式，以实验促进技术，开拓磁共振成像技术的新的发展方向。

在磁共振成像研究中心的未来发展上，高家红主任提出了进行跨学科研究生的培养的想法，希望通过开展相关领域的教学工作和研究工作，培养在磁共振成像技术、认知脑功能成像、医学功能成像等领域的高水平人才，为磁共振成像中心输入新鲜的血液与活力。此外，磁共振成像研究中心还将积极开展国际国内合作研究，与国际著名大学和企业的相关研究机构合作，努力成为具有良好学术氛围和雄厚研究基础的科研基地，并向力争做出世界一流的科研成果。

编辑：拉丁

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