Для того, чтобы увидеть активность мозга живого человека, нейробиологи пользуются тремя основными методами: электроэнцефалографией, фМРТи ПЭТ. Все активнее к ним присоединяется магнитоэнцефалография. Каждый их этих методов имеет достоинства и недостатки.
Исследования активности на трех частотах стимуляции в фМРЭ-эксперименте с фМРТ-контролем. Слева — данные одного животного, справа — усредненные данные. Credit: Patz, S et al
ПЭТ хорош, но дает радиационную нагрузку, требует короткоживущих радиофармпрепаратов и очень дорог. ЭЭГ дешево, но дает очень приблизительную картину. Поэтому для исследований чаще всего используют фМРТ, который дает прекрасное разрешение активности мозга в пространстве (до 1 кубического миллиметра), используя тот факт, что активные участки мозга более активно снабжаются кислородом. Главный недостаток фМРТ – плохое временное разрешение (не говоря уже о нескольких секундах задержки). Поэтому короткие вспышки активности мозга в магниторезонансном томографе зарегистрировать невозможно.
Исследователи из США, Германии, Франции, Швейцарии и Норвегии предложили использовать иной подход в магниторезонансной томографии для того, чтобы узнать, какие области мозга активны в данный момент. Этот метод основан на открытом в 1980 году явлении «разбухания» нейрона во время прохождения потенциала действия (статья была опубликована в журнале Science). Таким образом, во время прохождения нервного имульса меняется сама плотность нервной ткани. Авторы статьи в своем эксперименте использовали метод магниторезонансной эластографии (МРЭ), которая давно используется для диагностики опухолей, отличающихся плотностью. Новый метод получил название фМРЭ – функциональная МРЭ.
Для того, чтобы исследовать возможности метода, ученые под руководством Сэмюэла Патца (Samuel Patz) из Гарвардской медицинской школы использовали мышей и специальный томограф для животных. Дальше анестезированных мышек кололи в лапки с частотой в 0,1 герца (один укол в 10 секунд, SLOW). МРЭ фиксировал небольшое изменение плотности в участках коры мозга, прилегающих к моторной коре (около 10%). Затем нейробиологи перешли к одному уколу в секунду (FAST) – результат был тот же. А на частоте в 10 Герц (ultra-FAST, что соответствует 10 уколам в секунду) «заговорил» и таламус. Параллельно проводились измерения и в фМРТ, чтобы установить разницу в чувствительности. Как и ожидалось, фМРТ многого «не заметила».
Авторы не дают объяснения эффекту, но собираются в ближайшее время перейти к экспериментам с людьми. Если все будет хорошо, чувствительность сравнительно простых исследований активности мозга человека возрастет сразу на порядки.
Текст: Алексей Паевский
Patz, S., Fovargue, D., Schregel, K., Nazari, N., Palotai, M., Barbone, P. E., … Sinkus, R. (2019). Imaging localized neuronal activity at fast time scales through biomechanics. Science Advances, 5(4), eaav3816. https://doi.org/10.1126/sciadv.aav3816
Читайте материалы нашего сайта в Facebook, ВКонтакте, Яндекс-Дзен, Одноклассниках и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.