如何用核磁共振來了解嬰兒的思想
數千項功能磁共振成像（fMRI）研究為人腦提供了重要見識。但是，由於涉及的重大而獨特的方法挑戰，這些研究中只有少數研究對清醒的嬰兒進行了測試。為了了解喚醒嬰兒功能磁共振成像創建方法，以揭示發育中的前言思維的內部運作方式。使用這些方法來收集和分析在認知任務期間從嬰兒那裡獲得的兩個功能磁共振成像數據集。通過共享兩個數據包來將嬰兒友好的認知任務和注視監控與功能磁共振成像採集和分析集成在一起。這些資源使功能磁共振成像成為人類清醒和表現良好的認知神經科學的可行且可訪問的技術。
嬰兒可能是理解人的思想起源和功能的關鍵，但由於語言交流能力有限，並且行動方式有限，因此難以學習。嬰兒認知的研究已經通過依賴簡單的行為量度方法來克服這些限制，例如通過腦電圖和功能性近紅外光譜神經測量對這種方法進行了補充。無需外部行為即可通過頭皮了解嬰兒的認知。功能性磁共振成像（fMRI）可以補充這些基於頭皮的技術，在整個大腦（包括腹側表面和大腦深層結構）中具有很高的靈敏度，並且具有相對較高的空間分辨率，可以與詳細的解剖結構聯繫起來。這些優勢可以顯著提高對於嬰兒認知的理解，但功能磁共振成像很少被用於此目的。
收集嬰兒的fMRI數據面臨許多挑戰：頭部和身體的運動，有限的注意力跨度，無法理解或遵循指令，較高的聲音噪音水平以及缺乏針對嬰兒大腦優化的分析方法。這些研究發現了研究早期認知發展方面的創新方法，例如通過提示先前在睡眠中學習的發作。現在，還有一些大型項目試圖了解嬰兒在休息時的功能性大腦發育（健康的大腦和兒童發育研究，UNC / UMN嬰兒連接組項目和發育性人類連接組項目）。但是，只有在清醒的嬰兒中才能操縱和衡量許多更活躍的認知形式，例如視覺感知，選擇性注意，記憶編碼，決策和心理理論。上述挑戰嚴重限制了可以從嬰兒獲得的清醒功能磁共振成像數據的數量。在最佳情況下，嬰兒在完成任務後幾分鐘會大驚小怪，而通常從成人那裡獲得的fMRI數據則需要60-90分鐘。在那寶貴的幾分鐘中，頭部或身體的運動，對噪音的驚嚇反應，與父母的分離，飢餓感的哭泣，長牙或弄髒的尿布以及疲勞或午睡，都可以將可用數據量減少到接近零。這是假設數據收集從頭開始，有些嬰兒不願意躺下或等待最初的步驟來開始任務。總而言之，數據排除率和受試者流失率造成了這樣的風險，即使是在成年人中，也無法收集到足夠的數據以檢測出什麼。
現在是解決這些挑戰的正確時機，因為有可能在多個領域進行創新。首先，在成人功能磁共振成像數據的預處理和分析方面取得了重大進展。例如，除了在大腦中定位功能以外，來自機器學習的多元方法還使得提取和解釋神經活動模式的心理內容。第二，在發展心理學中已經進行了實質性的方法論和理論基礎。這包括嬰幼兒友好的行為任務，其潛在的神經基礎是未知的大部分，但該等數據可能會幫助解決正在進行的辯論，如約新奇與熟悉的喜好在找時間。第三，現有的設備和軟件平台可用於創建自定義的開源解決方案，以進行數據採集，刺激表示和行為監控。這樣可以從頭開始為嬰兒重新設計掃描環境和實驗方案。
文中某些程序是受先前嬰兒fMRI研究啟發的，其他程序是受具有相關限制的人群進行的研究，而其他程序則是獨特的，是反複試驗的結果。因此，在此使用了一系列方法，這些方法共同允許從清醒的行為正常的嬰兒中可靠地收集fMRI數據。這些程序共同確保了足夠的靈活性以適應任務的選擇，持續時間和休息時間，以適應嬰兒的氣質和注意力範圍，同時在環境，儀器，人員，任務內設計，刺激，MRI採集參數，以及數據預處理和分析。希望這些軟件和數據資源，結合有關招聘，安全，設備，任務設計，人員，預處理等方面的建議，將有助於使fMRI成為研究早期發展思維的更普遍技術。
撰寫人：王任權
原始論文
Re-imagining fMRI for awake behaving infants C. T. Ellis, L. J. Skalaban, T. S. Yates , V. R. Bejjanki , N. I. Córdova& N. B. Turk-Browne
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