據國外媒體報道，在唱歌或是說話時，需要人的胸部、頸部、下顎、舌頭和嘴唇等處上百種肌肉相互協作才能發(fā)出聲音。利用新發(fā)明的一種超高速核磁共振成像技術，美國貝克曼高等科學技術研究所的研究人員現在能夠對這些肌肉的協作進行成像，研究這些協作的進程。 “人能夠發(fā)出各種聲音，能夠唱歌，這一點讓我感到驚嘆”，Aaron Johnson介紹說，他是貝克曼高等科學技術研究所下轄的生物成像科學與技術研究組的成員，語言與聽覺科學助理教授，“聲音是通過兩小片組織震動發(fā)出來的。這正是我付出一生對其進行研究的原因：我覺得這太神奇了。”

聲音是由位于頸部的喉發(fā)出的。當我們唱歌或是說話的時候，聲帶(兩小片組織)閉合起來，當空氣通過兩者之間時導致其發(fā)生震動，發(fā)出聲音。

Johnson曾經在芝加哥的合唱團做過十年的專業(yè)歌手，他對聲樂表演的激情也延伸到了科研上來，希望弄清聲音和神經-肌肉系統間的關系，他對聲音隨著年齡增長發(fā)生的變化尤其感興趣。

“隨著我們年齡的增長，我們的神經-肌肉系統和喉會發(fā)生變化，并且萎縮。這些變化是隨著年齡增長聲音在各個方面變差的原因，比如聲音變弱、變緊或是變‘喘’”，Johnson介紹說，“我的研究興趣是弄清這些變化是如何發(fā)生的，以及通過人工干預，比如進行發(fā)聲訓練，是否能夠扭轉這些變化。要想進行這些研究，我需要實時的觀察發(fā)聲時喉部肌肉的活動。”

使用貝克曼生物醫(yī)學成像中心研發(fā)的新的核磁共振成像技術，Johnson能夠觀察人在發(fā)聲時相關肌肉活動的動態(tài)圖像，成像的速度可以達到每秒100幀——遠遠高于世界上其它核磁共振的成像速度。

“通常核磁共振的成像速度大約為每秒10幀左右，但我們可以達到每秒100幀，同時還不會影響成像的質量”，生物醫(yī)學成像中心的技術總監(jiān)，生物工程學副教授Brad Sutton介紹說。

貝克曼生物醫(yī)學成像中心的核磁共振儀采集到的人歌唱時的喉部運動圖像，采集速度每秒100幀

這項研究成果日前發(fā)表在了《醫(yī)學磁共振》(Magnetic Resonance in Medicine)雜志上。

要研究說話和歌唱時舌頭以及頭部和頸部其它肌肉的活動，動態(tài)的圖像尤其有用。

“要捕捉到這些靈活的運動，成像速度必須要達到每秒100幀，這項技術的出色之處也正在于此”，Johnson介紹說。

Johnson最近獲得了美國國立衛(wèi)生研究院頒發(fā)的K23事業(yè)進步獎(K23 Career Development Award)，他目前正在研究通過訓練養(yǎng)老院的老人進行合唱，是否能夠改善喉部相關結構的狀況，使他們發(fā)出的聲音更強、更有力。這項研究需要使用核磁共振技術采集喉部在運動前和運動后的相關數據。

貝克曼高等科學技術研究所的電子和計算機工程教授Zhi-Pei Liang研究組的研究工作為這項新技術奠定了基礎。Sutton和他的團隊在此基礎上研發(fā)出了新的技術，使得在談話時進行高速成像成為可能。

“這項技術的空間分辨率和時間分辨率都非常出色——圖像非常清晰，同時成像速度也非?？臁Ｊ褂贸Ｒ?guī)的核磁共振技術，通常精細的空間分辨率和時間分辨率兩者無法兼得”，Sutton說。“我們研發(fā)了一種特別的數據采集方法，能夠分別采集時間和空間數據，然后再把兩者合并到一起，從而取得高質量、高分辨率的圖像，而且成像速度還很快。”

在把動態(tài)圖像和音頻信號整合到一起的時候，研究人員使用了一種降噪光纖麥克風來采集音頻信號，然后把音軌添加到視頻圖像上。

“從工程師到語言學家，在貝克曼高等科學技術研究所，我們有一個非常活躍的研究群體。利用幾年前還不存在的核磁共振新技術，我們現在能夠進行很多掃描研究”，Sutton介紹說。“團隊中有Aaron這樣的科學家很有意義，他們能夠提出各種科學問題，這些問題能夠推動我們的科研進展。”