Продолжим разговор о неинвазивных методах, при помощи которых ученые исследуют мозг. Один из таких методов — это метод функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ).
В предыдущей статье мы говорили о высоком динамическом картировании и чувствительности методов электро-и магнитной энцефалографии к динамике и активности мозга человека.
Функциональная магнитно-резонансная томография превосходит и электроэнцефалографию, и магнитную энцефалографию с точки зрения пространственного картирования и разрешения в трехмерном пространстве.
Попадая в сканер, испытуемый оказывается под воздействием постоянного магнитного поля интенсивностью 1,5, иногда 3 и даже больше Тесла.
Это очень высокая интенсивность. Помимо бора, который генерирует постоянное магнитное поле, в сканере находятся различные катушки, которые оказывают воздействие переменным магнитным полем, так называемые, радиочастотные катушки.
Физика магнитно-резонансной и функциональной магнитно-резонансной томографии основана на явлении ядерного магнитного резонанса. В постоянном магнитном поле, спины протонов, из которых, в частности, состоят ядра атомов в человеческом теле, оказываются параллельны магнитному полю, генерируемому сканером.
А когда специальные радиочастотные катушки оказывают свое воздействие, спины протонов отклоняются. Возвращаясь обратно к состоянию равновесия протоны испускают энергию. Сканер улавливает этот сигнал. Так происходит картирование сигнала мозга человека, что позволяет улавливать контраст между белым и серым веществом.
Или, например, если мы говорим о функциональном магнитно-резонансном томографическом картировании, между оксигенированной и дезоксигенированной кровью.
Разделяют структурную магнитно-резонансную томографию, когда мы можем видеть контраст между белым и серым веществом, видеть в трехмерном пространстве картину строения и структуры нашего мозга, и функциональную магнитно-резонансную томографию, когда мы можем наблюдать за динамикой мозга человека при выполнении определенных задач, когда человек думает или, например, слушает музыку.
Рассмотрим гипотезу, на которую опирается метод фМРТ. В конце XIXв итальянский физиолог Анджело Моссо (1846—1910) уравновесил спокойно лежащего человека на специальных, очень чувствительных весах, так, что обе половины туловища были строго параллельны полу.
Когдa этот человек нaчaл решaть aрифметические зaдaчи, головa его стaлa тяжелее и перевесила. Тaк было показано, что умственнaя рaботa связaнa с приливом крови к мозгу. Здесь мы говорим о, так называемом, нейрососудистом взаимодействии.
Специальные метаболические сигналы влияют на наши сосуды таким образом, что кровь начинает приливать к мозгу, а уровень кислорода в крови — меняться. Говорят об изменении локального кровотока. Собственно, эти изменения опосредованно и регистрирует метод функциональной магнитно-резонансной томографии.
Сигнал, который регистрирует МР-сканер — это так называемый гемодинамический ответ. Порождается он в результате следующего эффекта. Оказывается, что гемоглобин — это парамагнетик, то есть обладает магнитными свойствами. Сканер чувствителен к концентрации гемоглобина. Когда происходит окисление гемоглобина, и гемоглобин превращается в оксигемоглобин, он становится диамагнетиком. Когда человек задумывается, изменяется локальный кровоток. Так называемый гемодинамический ответ отражает изменение концентрации окси- и дезоксигемоглобина в крови. Динамика этого ответа достаточно медленная, около десяти секунд.
Итак, в наших руках оказывается картинка структурного снимка, полученного в МР-сканере, которая говорит нам о строении мозга. Вместе с тем мы можем получить достаточно быстро функциональные сканы, которые ассоциируются с выполнением того или иного задания. Эти сканы, конечно, обладают меньшей разрешающей способностью. В результате реконструкции происходит объединение информации от структурного и функционального сканирования. Таким образом, что мы получаем, "цветные облака", по которым мы можем судить о местах локализации нейронной активности, связанной с тем или иным заданием. Это так называемые регионы интереса.
Обработка и анализ изображений, полученных методом фМРТ — это, прежде всего, статистический анализ сигнала, полученного этим методом. Таким образом изображение, которое мы наблюдаем на экране дисплея — это не нейрональная активность, но статистические карты, которые нам говорят об активности мозга опосредованно.