神经与血流信号转换成钢琴与提琴曲——配乐“电影”将大脑活动可视化

广域神经活动的视听示意图。图片来源： 戴维·蒂博多等人/《公共科学图书馆：综合》

复杂的神经元数据可以转换成视听格式？没错，其甚至能成为带有配乐的“电影”来方便人们探索，并帮助解释大脑执行某些行为时发生的状况。美国哥伦比亚大学的戴维·蒂博多团队在21日出版的《公共科学图书馆：综合》上介绍了这项技术。

技术进步使实时记录清醒大脑中多个组成部分的活动成为可能。例如，科学家可以观察老鼠的大脑在执行特定行为，或接受某种刺激时会发生什么。然而，此类研究会产生大量数据，很难直观地探索这些数据以深入了解大脑活动模式背后的生物机制。

先前研究表明，一些大脑成像数据可以转化为听觉表征。基于这些方法，蒂博多团队开发了一个灵活的工具包，可将不同类型的大脑成像数据以及实验室动物行为的视频记录，转换为视听形式。

研究人员随后在3种不同的实验环境中演示了这项新技术，展示了如何利用各种脑成像方法的数据来转换成视听形式。

该工具包利用到之前收集的2D宽视场光学映射数据，这些数据检测小鼠进行不同行为时（例如跑步或梳理毛发）的神经活动和脑血流变化。

神经元数据由钢琴声音表示，钢琴声音随着大脑活动的峰值而变化，每个音符的音量可表示活动的强度，其音调可表示大脑中活动发生的位置。同时，血流数据由小提琴声代表。实时演奏的钢琴和小提琴声音展示了神经元活动和血流之间的耦合关系。与老鼠的视频一起观看，研究者可辨别哪些大脑活动模式对应于哪些行为。

团队成员指出，这个工具包并不能替代神经影像数据的定量分析，但它可帮助科学家筛选大型数据集，以寻找可能被忽视且值得进一步分析的模式。

我们的大脑是神经元构成的密集网络，人类的感知、思维、行为都在神经元活动的基础上完成。但神经元数据，也就是它们进行通信和协调的电化学信号，其实相当神秘，也是当代脑科学研究的重点。现在，枯燥复杂的脑活动数据转换成了钢琴和小提琴配乐的视频形式，这不仅仅带来科学与艺术结合的趣味性，还将帮助科学家更简明的对神经元信息进行处理整合。