以磁振造影偵測神經活動的DIANA序列技術究竟是真是假?

DIANA序列技術

DIANA序列，原名Direct Imaging of Neuronal Activity ，意旨透過磁振造影直接顯示神經活動。DIANA序列於2022年由南韓成均館大學研究團隊提出，並在麻醉小鼠身上獲得與局部場電位相關的訊號。該技術與傳統磁振造影使用的EPI序列不同，不一次掃描整張影像之資料點，反之，一次僅掃描K空間中的一條線，因此其TR僅需5ms。接著，透過不斷重複的刺激來逐步掃描整張影像。在假設每次重複刺激的反應都相同的情況下，DIANA可以藉此組合不同時間的資料組成完整K空間，以取得極高的時間解析度。兩年來，經過多方測試，DIANA序列始終不能在其他實驗室穩定的複製結果，質疑聲浪逐漸加劇，那麼最新的進展為何呢?

研究重點

近期 SCIENCE ADVANCES期刊接連刊登兩篇論文，討論了DIANA技術的可行性。第一篇文章，由南韓成均館大學另一組研究團隊(無參與原始研究)提出，他們在麻醉小鼠重複實驗。研究人員發現使用傳統方式研究BOLD信號，可以偵測小鼠觸鬚受到電刺激的反應，然而，當使用DIANA序列時，反應就變得曖昧不明。研究人員進一步指出，當使用所有的1050筆刺激的資料進行平均，並沒有辦法看到DIANA技術宣稱可以看到的電刺激反應；然而當經過人為篩選掉一些資料，就可以在觸鬚感覺區呈現出DIANA的類似神經訊號的反應。然而，此研究表示篩選過的DIANA反應只在皮質區觀測得到，在視丘仍無法如BOLD一樣觀察到反應。

無獨有爾，另一篇文章，由美國麻省理工學院研究團隊提出，他們發現DIANA所偵測而得的訊號，未必與大腦反應有相關，反而與DIANA序列在觸發電刺激所使用的觸發訊號相關。這個觸發訊號在原始序列中，安插了12微秒的時間讓磁振造影儀送觸發訊號給電刺激器。研究團隊發現這個觸發訊號會導致在收取信號時候產生不對稱性而產生假影，也就是DIANA所偵測的訊號。他們設計了一組實驗，1) 給予電刺激並給予觸發訊號 (原始DIANA技術) 2) 不給予電刺激卻給予觸發訊號 (電刺激器斷電) 3) 給予電刺激但不給予觸發訊號 (改由外掛方式送出觸發訊號，而不由磁振造影儀送出)。研究團隊發現，不論在老鼠或人腦，是否由磁振造影儀送出觸發訊號才是DIANA訊號可否測得的關鍵，而電刺激的給予則否。研究團隊認為DIANA技術所測得的訊號，應該是假影，而非神經訊號。

思考

從各方證據來看，因為學界始終無法重現原始論文的效果，對於DIANA技術質疑聲浪日漸高漲。針對篩選數據的質疑，DIANA技術原始團隊稱，他們將受雜訊影響過大的影像剃除，這個比例大概佔了一半左右。對於未在原始論文中詳述這個過程，他們承認這是疏失。刊登DIANA技術的Science期刊編輯也於2023年八月在該原始期刊加註警語：

「名為“In vivo direct imaging of neuronal activity at high temporospatial resolution”，由P. T. Toi等人著作的文章，在Science期刊於2022年10月14日所刊登已引起相關爭議。編輯群意識到此文章所提供的資訊與方法，並不足以重現其結果，且其結果有可能受到研究人員主觀篩選而產生偏差。編輯群在此提醒讀者須注意此事項，編輯群也要求作者對此提出更詳細的方法與結果來改善此情況。」

On 14 October 2022, Science published the Research Article “In vivo direct imaging of neuronal activity at high temporospatial resolution” by P. T. Toi et al. (1). The editors have been made aware that the methods described in the paper are inadequate to allow reproduction of the results and that the results may have been biased by subjective data selection. We are alerting readers to these concerns while the authors provide additional methods and data to address the issues.

跟據Nature新聞的相關報導，DIANA原始團隊將於2024年8月以前提出修正。Science編輯也提醒讀者，雖然兩篇新文章提供了質疑DIANA技術的有力證據，但畢竟實驗對象與方法還是有些微差異，因此仍不要過早對DIANA技術下結論。

原始論文:

1. https://doi.org/10.1126/sciadv.adl0999
2. https://doi.org/10.1126/sciadv.adl2034

圖片來源

改編自原始論文 https://doi.org/10.1126/sciadv.adl2034, 獲 CC BY-NC 非商業化授權。

參考資料

1. https://www.nature.com/articles/d41586-024-00931-x