Функциональная магнитно-резонансная томография (она же фМРТ) - это невероятно популярный метод для изучения активности мозга. Если вы интересуетесь исследованиями, посвященными изучению мозга и мыслительных процессов, то вероятно уже не раз сталкивались с этим методом. Эта статья поможет вам разобраться, что именно измеряет фМРТ и почему она позволяет делать выводы об активности той или иной зоны мозга.
Наш мозг, как и мозг других млекопитающих, окутан плотной сетью кровеносных сосудов. Поскольку у нервных клеток нет запаса кислорода и глюкозы, они получают их только с кровью. Чем интенсивнее они работают, тем больше кислорода они потребляют.
Кислород доставляется к нейронам с помощью гемоглобина в красных кровяных тельцах. Гемоглобин - это красящее вещество крови, составная часть эритроцитов - красных кровяных телец. Гемоглобин представляет собой сложный железосодержащий белок крови, который способен переносить кислород по тканям. Из легких к тканям он транспортирует кислород, а от тканей уже углекислый газ, который мы выдыхаем.
Когда нейрональная активность возрастает, вместе с ней возрастает потребность в кислороде. Реакцией на это является увеличение кровотока в регионы повышенной нейрональной активности.
Гемоглобин является диамагнетиком, когда он окисляется (=насыщается кислородом), однако когда гемоглобин выводит кислород, он становится парамагнетиком. Эта разница в магнитных свойствах приводит к различиям в МРТ сигнале в зависимости от степени насыщенности крови кислородом (=оксигенации). Поскольку оксигенация крови находится в прямой зависимости от уровня нейрональной активности, она может быть использована для определения активности мозга.
Еще один важный момент, о котором стоит упомянуть, это нелинейное изменение концентрации кислорода, связанное с повышением нейрональной активности. Интуитивно кажется, что в момент активации, уровень кислорода должен резко упасть, однако реальность немного сложнее.
Непосредственно после повышения нейрональной активности происходит кратковременное снижение оксигенации крови, иногда это называют "первоначальным падением" (initial dip). Однако затем следует период, когда кровоток увеличивается настолько, что не только возмещает расход кислорода, но и гиперкомпенсирует его.
Получается, что насыщение крови кислородом на самом деле увеличивается в результате нейрональной активности. Кровоток достигает пика примерно через 6 секунд, а затем возвращается к исходному уровню, часто сопровождающемуся «постстимульным паданием» (post stimulus undershoot).
Слишко много букв, что было важно?
Функциональная магнитно-резонансная томография или сокращенно фМРТ, регистрирует изменение объема кислорода в крови. Это изменение происходит в результате нейронной активности - когда область мозга более активна, она потребляет больше кислорода, для обеспечения этого расхода увеличивается кровоток к области активации.
