Разнообразие методов, которые используются для того, чтобы картировать мозг, необычайно широко, как и направление исследований, в которых эти методы используются.
Электроэнцефалография
Электроэнцефалография появилась в XIX веке и до сих пор используется для нейрокартирования.
При помощи электродов регистрируется разность потенциалов между отдельными участками мозга. Электроэнцефалограмма представляет собой сигнал, который имеет форму осцилляций, т.е. суперпозиции различных ритмов нейронов головного мозга. Таким образом, при помощи электроэнцефалографа мы записываем сигналы, которые генерируются нейронами - нервными клетками головного мозга.
Когда мы записываем электроэнцефалограмму при помощи поверхностных электродов, амплитуда сигнала не превышает порядка нескольких микровольт, частотный диапазон не больше 100 Гц, но по некоторым, например, клиническим показаниям можно расположить электроды на поверхности коры. Тогда речь идет об электрокортикограмме, и в этом случае сигнал существенно увеличивается по амплитуде до милливольт, частотный диапазон также претерпевает изменения.
Иногда используются, так называемые, вживленные электроды и в этом случае мы записываем иногда и спайковую активность отдельных нейронов. Таким образом, разнообразными способами мы можем картировать динамическую активность мозга.
Перед исследователями встает проблема локализации источников активности. Работа по улучшению эффективности методов локализации источников нейрональной активности позволяет ученым создавать новые технологии, такие как, например, интерфейс "мозг-компьютер".
При помощи таких устройств, алгоритмов и методов становится возможным управлять мозгом периферическими устройствами. Эти интерфейсы также призваны помогать людям, у которых есть проблемы с движениями.
Магнитоэнцефалография
Со школьной программы мы помним, что изменяющееся электрическое поле порождает магнитное. Таким образом, мы можем регистрировать не только электрическую компоненту электромагнитного поля, которая генерируется нейронами нашего мозга, но и магнитную составляющую. По закону электромагнитной индукции - эти отклики будут перпендикулярны друг другу.
Совершенно недавно появилась новая технология, основанная на эффекте электромагнитной индукции, был создан магнитоэнцефалограф.
Магнитные поля, которые может регистрировать эта чувствительная установка очень маленькие. Речь идет 10 -15 степени, это на десять порядков меньше, чем магнитное поле Земли. Каким образом становится возможным зарегистрировать такие маленькие флуктуации магнитного поля?
Учёные используют явление сверхпроводимости для магнитно - энцефалографического имиджинга, специальные сенсоры, называемые сквидами, которые находится в жидком гелии при температуре 4 Кельвина. Такая температура и позволяет миниатюрным изменениям магнитного поля генерировать электрические токи в этих самых катушках. Какие же преимущества у магнитной энцефалографии по сравнению с электроэнцефалографией?
- Магнитная энцефалография обладает более высокой разрешающей способностью по отношению к электроэнцефалографии в пространстве
- В отличие от электроэнцефалограммы, сигнал которой зашумлен по причине эффектов объемной проводимости, а также из-за высокого сопротивления скальпа, кости, магнитное поле беспрепятственно проходит через мягкие и твердые ткани нашего мозга
- Магнитная энцефалография чувствительна к, так называемым, первичным токам, которые генерируютс клетками коры головного мозга
- Временное разрешение этого метода сравнимо с высоким временным разрешением электроэнцефалограммы
Таким образом, оба метода чрезвычайно чувствительны к динамике изменений головного мозга, вместе с тем оба метода регистрируют преимущественно токи, которые генерируются в поверхностных областях мозга человека, прежде всего в коре.