实验室之外的神经科学
传入的Neurophotonics 中心助理教授马蒂亚斯·斯坦格正在调查神经机制的“如何”和“为什么”．
作者：Danny Giancioppo
神经科学家Matthias Stangl将于今年1月加入波士顿大学生物医学工程系、神经光子学中心（NPC）、系统神经科学中心和认知神经成像中心。此前，他在加州大学洛杉矶分校（UCLA）做了一段令人印象深刻的博士后澳门威尼斯人注册网站研究，旨在更好地理解大脑的功能——不仅在实验室环境中，而且在自然界中。他的一些澳门威尼斯人注册网站研究成果已经发表，记录了在动态行走和空间导航活动中，衰老的大脑产生的不适应神经噪音，以及我们的大脑如何能够跟踪他人的见解。现在，在不断发展的神经科学领域，斯坦格尔希望在全国人大的新职位上扩大实验室外澳门威尼斯人注册网站研究的视野。
斯坦格尔在推特上写道：“我很高兴地告诉大家，我将于2024年1月在波士顿大学开设我的实验室，澳门威尼斯人注册网站研究认知神经科学、神经技术和数据分析的交叉领域。”“我们将使用侵入性电生理学和非侵入性神经成像来澳门威尼斯人注册网站研究人类的认知和行为。”其中一种澳门威尼斯人注册网站研究方法是功能磁共振成像，它可以在严格控制的实验室实验中记录大脑活动。
目前，fMRI和类似的神经成像技术的使用，虽然每天都能产生大量的新发现，但由于要求人们在相当不自然的环境中保持不动（例如，大型“脑扫描仪”），同时记录他们的大脑活动，因此在澳门威尼斯人注册网站研究自然日常生活情况下的大脑功能方面的能力有限。斯坦格尔解释说，由于这些限制，功能磁共振成像只能捕捉到神经活动的非常具体的方面，这些方面可能不一定反映日常生活经历中的大脑活动。然而，该领域不断发展的技术使得像斯坦格尔这样的神经科学家拓宽了澳门威尼斯人注册网站研究环境，也拓宽了获取信息的手段。
因此，Stangl的实验室工作还将使用新的移动神经成像技术，例如通过永久性颅内植入物记录脑深部电生理活动，从而可以对日常影响大脑的因素进行“真实世界”澳门威尼斯人注册网站研究。此外，特殊的临时电极植入物可以记录人类大脑中单个神经元的罕见激活，从而使波士顿大学未来的澳门威尼斯人注册网站研究人员能够在实验室内外，跨越不同的尺度，从单个神经元到全脑网络动力学，澳门威尼斯人注册网站研究神经机制。
斯坦格尔解释说：“我们能够提出以前不能提出的问题。”他说，神经技术的快速发展使他能够从字面上和比喻上获得澳门威尼斯人注册网站研究大脑的新角度，包括那些患有癫痫等疾病的人。“过去，在现实世界和自然情况下澳门威尼斯人注册网站研究人类大脑已被证明是非常困难的，因为传统的记录大脑活动的方法，特别是从对许多认知功能至关重要的大脑深部区域，通常仅限于在非自然情况下（即在实验室中）和固定参与者的记录。但我们现在正处于认知神经科学领域一个非常激动人心的新时代的开端，我们有了在现实世界和自然的日常生活活动中澳门威尼斯人注册网站研究人类大脑的工具。”更多澳门威尼斯人注册这一点可以在Stangl的最新出版物中找到：Stangl等人，2023,Nature Reviews Neuroscience, https://www.nature.com/articles/s41583-023-00692-y。
为了获得最好的结果，需要结合神经光子学和光子学的许多技术，例如使用红外摄像机、眼球跟踪摄像机、音频/视频记录设备和传感器技术来执行速度和加速度跟踪。这项技术有助于捕获（并在以后分析）有关环境影响、短暂的物理波动和神经系统疾病患者在实验室环境之外可能遇到的外部刺激的数据。对这些丰富而复杂的数据集的分析将进一步需要先进的数据分析方法，如多模态模型、机器学习技术、计算机视觉等，这些方法在当前的神经生理学澳门威尼斯人注册网站研究中并不常用，可以在他的实验室工作中使用。
“重要的是，我相信，如果我们通过结合各种神经成像技术和实验技术的优势，采用多模态方法，我们将对我们感兴趣的神经机制以及更广泛的人类大脑功能得到最好的理解，”斯坦格尔谈到他的实验室期望时说。通过这种方法，他不仅希望产生新的结果，而且希望“弥合”啮齿动物澳门威尼斯人注册网站研究和人类澳门威尼斯人注册网站研究的悠久历史之间的差距，以及不同的认知神经科学分支学科。
这些综合澳门威尼斯人注册网站研究方法的优势在于，澳门威尼斯人注册网站研究人员可以开始了解大脑活动的扩展。例如，我们的大脑如何形成我们所处环境的心理表征，以及我们如何将其他人整合到这个映射中，这是非常有趣的。我们每天都在不知不觉中无数次这样做；然而，我们对大脑如何在我们的环境中跟踪其他人的了解是非常有限的。
“直到最近，我们才真正知道人类大脑是如何跟踪另一个人的。主要是因为由于技术限制，在自然环境和活跃运动中不可能进行深层大脑记录，”斯坦格解释说。“我的工作表明，我们现在可以在现实世界、自然场景、活跃的身体运动、社交场合等中解决这些问题。这给我们提供了许多澳门威尼斯人注册大脑如何工作的新见解。”
斯坦格尔的澳门威尼斯人注册网站研究以多模式神经成像方法为基础，这种方法不仅能让神经科学家更好地了解大脑，还能让他们了解在给定的病理条件下什么会出错，以及为什么会出错。了解这些神经机制的功能，以及它们在哪里不稳定，为诊断患有各种神经和精神疾病的患者提供了改善治疗的能力。这类工作将是他实验室的主要重点，尽管斯坦格尔不希望学生们被他的澳门威尼斯人注册网站研究兴趣所束缚。
“作为一名澳门威尼斯人注册网站和导师，我的目标是培养下一代科学家，”他说，并与他们一起学习。出于这个原因，他的主要目标之一是将心理健康作为他的澳门威尼斯人注册网站研究人员中最“关键”的优先事项，并促进他们的专业发展。“对我来说，更广泛地关注与当前和未来澳门威尼斯人注册网站研究人员相关的所有方面非常重要。”这包括发展澳门威尼斯人注册网站研究伦理、论文和拨款写作、出版和同行评审过程、职业发展战略等方面的技能。额外的期望包括与团队成员的定期检查会议，澳门威尼斯人注册管理与澳门威尼斯人注册网站研究相关的指导和独立性之间的平衡的对话，以及导师和学员之间明确一致的期望。
此外，斯坦格希望与学生建立一个“互动项目”，让他和他们在一个公平的竞争环境中工作。他计划把他所知道的一切都教给他的学生。“但我不仅想教我的学生，我更想和他们一起工作，向他们学习。”这是斯坦格尔希望通过一个多元化的澳门威尼斯人注册网站研究团队来实现的。“拥有不同背景和技能的人通常也会有不同的观点，我相信从不同的角度看待问题将有助于找到解决手头问题的最佳方案。”
最终，Matthias Stangl对神经科学的未来寄予厚望。不仅要了解大脑是如何工作的，还要了解它何时以及为什么不工作，以及如何以一种长期的方式解决这些问题，从而改善那些被诊断患有神经和精神疾病的人的生活。在波士顿大学，他觉得自己特别有能力进一步实现自己的目标，推动神经科学的发展。
斯坦格尔说：“我觉得b.u.特别令人惊奇的是，它是一个非常协作的地方，在这里，跨学科的工作和跨越传统部门界限的项目得到了积极的鼓励和支持。此外，波士顿大学有很多优秀的人才，他们在许多不同的澳门威尼斯人注册网站研究领域和学科都有很多专业知识。我非常期待在这样一个优秀的澳门威尼斯人注册网站研究社区中启动我的实验室，在这样一个温暖和热情的环境中，跨学科和协作工作不仅是可能的，而且是该机构文化的一部分。”