4 Awesome Brain Imaging Techniques
脳科学はこの数十年で大きく進歩し、脳に関する理解は完全とは言えないまでも、非常に大きくなっています。 これらの進歩は、前世紀に発見されたさまざまな脳画像技術のおかげで可能になりました。 この記事では、これらの技術のうち最も素晴らしい 4 つの技術を紹介します。
Electroencephalography (EEG)
生きた脳の（電気）活動を測定するための最初の技術として、脳波は神経イメージング技術の父ともいえる存在です。 1924年、Hans Bergerが初めて人間の脳波を記録した。 その後、脳波計は大きく進歩し、信頼性、携帯性、電極数の増加、さらにはワイヤレス化が進んだ。 また、脳波の解釈やデータ解析の技術も大きく進歩した。 いわゆるEEGトモグラフィーのような複雑なEEGデータ解析技術が開発されている（概要はこちら）。 この技術では，脳の頭皮の電位を測定するだけで，脳内部の3Dマップを作成することができます。
EEGは安価で非侵襲的，比較的簡単にセットアップでき，時間分解能も1 ms以下，言い換えれば活動電位の発生に要する時間よりも低いという優れたものです。 一方，EEGの空間分解能は他の脳イメージング技術よりも高い（約1～2 cm）。
磁気共鳴画像法（MRI）
脳イメージング技術および医療イメージング一般における聖杯のような存在です。 MRIは比較的新しい技術です（最初のMRI画像は1973年に発表されました）。 MRIのパイオニアであるPaul LauterburとPeter Mansfieldは、2003年にノーベル医学賞を受賞しています。 簡単に説明すると、MRIは強い磁場と電磁パルスを利用して陽子を励起し、陽子が光子を生成してから通常の状態に崩壊する。 この光子をMRIで測定し、生体組織の地図を作成することができる。 MRIは空間分解能が高く（2～3mm）、研究にも臨床にも非常に適している。 一方、時間分解能は1秒以上と非常に低いのが欠点である。
近赤外分光法（NIRS）
これは比較的新しい技術で、医療や生理学への応用はここ数十年の間に開発されたばかりである。 近赤外線の光源を頭皮に装着し、近赤外線の光検出器を取り付けるというものです。 そうすることで、人体組織における近赤外光の透過率と吸収率が得られ、ヘモグロビン濃度の変化に関する情報が得られる。 脳の特定の部位が活動すると、その部位の酸素需要が増え、ヘモグロビン濃度も上昇することがあります。 近赤外光は脳の深部で完全に吸収されるため、NIRSは皮質組織からしか情報を得ることができない。 また、血流の変化という類似の情報を得ているため、NIRSの時間分解能はMRIと同様です。 NIRSの利点は、携帯性、使いやすさ、そして安価であることです。 これらの理由から、NIRSは多くのブレイン・コンピュータ・インターフェイス（BCI）アプリケーションに応用されています。
ポジトロンCT（PET）
この技術は、脳から情報を引き出すためにいくつかの物理概念を適用するという非常に素晴らしいもので、粒子物理から量子物理まで幅広い分野に応用されています。 簡単に説明すると、研究対象の被験者に、低エネルギー粒子に崩壊する同位体を含む放射性マーカーを注射し、その過程で陽電子を発生させて、電子と衝突させ、PETで検出可能な光子に変化させるのです。 しかし、この脳イメージング技術は侵襲的であり（被験者に放射性物質を注射する）、高価であり（放射性同位元素を作るためにシンクロトロンが必要）、携帯できない（PETはかなり大型である）。
他にも興味深い神経画像技術がいくつかありますが、この記事を短くまとめるために、簡単にリストアップします：
- 脳皮質電図（EcoG）：頭蓋骨を開き、皮質の表面に電極を配置する必要があります。 電気信号を記録するが、EEGより高品質である。 EEGと似ているが、この場合は神経細胞が発火するときに生じる磁場を記録する。
- コンピュータ支援断層撮影（CAT）。 多くのレントゲン写真を様々な角度から撮影する。 この情報をもとに、脳の3D画像を作成することができます。 注意
- MEA（Micro Electrode Arrays）：微小電極アレイ。 神経細胞の体外培養に使用し、個々の活動電位を測定することで、神経細胞間の基本的なコミュニケーションメカニズムにアクセスすることができる。