Как работает мозг

Сканирование мозга

Магнитно-резонансная томография (МРТ, иногда называется ядерным магнитным резонансным сканированием — ЯМР) — основана на регулировании атомов в тканях тела электромагнитными волнами и дополнительным воздействием на них радиочастотных волн. Это вызывает выделение атомами энергии, специфически различающейся в зависимости от типа ткани. Сложная система программного обеспечения компьютерной томографии преобразует эту информацию в трехмерную картину любой части тела. Результат такого сканирования выглядит как рентгенограмма.

Диффузионная тензорная визуализация — разновидность МРТ, основанная на измерениях интенсивности диффузии воды в волокнистых тканях. Она особенно подходит для выявления связей между различными участками мозга и, скорее всего, принесет много пользы при выявлении взаимодействия модулей мозга.

Функциональная магнитно-резонансная томография (ФМРТ) позволяет дополнять схему принципиального строения мозга картиной участков наибольшей активности мозга. Для возбуждения нейронов нужны глюкоза и кислород, поступающие с кровью. Активация того или иного участка мозга сопровождается усилением притока этих веществ, и ФМРТ позволяет наблюдать те участки, куда кислорода поступает особенно много. Новейшие аппараты для ФМРТ позволяют сканировать мозг с частотой четыре раза в секунду. Чтобы отреагировать на внешний стимул, мозгу требуется примерно полсекунды, поэтому данный метод позволяет наблюдать вспышки и затухания активности, возникающие в определенных частях мозга в ответ на стимулы или в процессе выполнения заданий. Метод ФМРТ оказался самым информативным из всех современных, но он необычайно дорогой, и исследователям, занимающимся картированием мозга, нередко приходится ждать очереди, деля аппарат с врачами.

Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) позволяет делать примерно то же, что и ФМРТ, то есть отслеживать по потреблению “топлива” особенно интенсивно работающие участки мозга. Картины, получаемые с помощью ПЭТ, весьма отчетливы, но не достигают столь же высокого разрешения, как с помощью ФМРТ. Еще один существенный недостаток метода состоит в том, что он требует введения испытуемому в кровь радиоактивного маркера. Доза радиоактивности, требуемая для одноразового сканирования, ничтожна, но чтобы не подвергать здоровье добровольцев риску, им обычно запрещается проходить больше одного сеанса сканирования в год.

Ближняя инфракрасная спектроскопия (БИКС) также дает возможность получать изображения, основанные на измерениях количества топлива, сжигаемого в определенные моменты времени разными частями мозга. Этот метод работает за счет облучения мозга слабыми инфракрасными лучами и отслеживания изменений количества света, отражаемого теми или иными участками. БИКС дешевле ФМРТ и, в отличие от ПЭТ, не предполагает использования радиоактивных веществ. Пока он не позволяет получать отчетливые картины происходящего в самой глубине мозга.

Электроэнцефалография (ЭЭГ) основана на отслеживании волн электрической активности мозга, создаваемых ритмичным возбуждением нейронов. Эти волны претерпевают закономерные изменения, отражающие текущий характер активности мозга. Регистрация таких волн осуществляется с помощью электродов, закрепляемых на поверхности головы. Новейшие разновидности ЭЭГ позволяют считывать показания десятков расположенных в разных точках датчиков и сравнивать их, складывая единую картину изменений возникающей в мозге активности. При картировании работы мозга с помощью ЭЭГ часто используются так называемые вызванные потенциалы — регистрируемые пики электрической активности (потенциалы), возникающие в ответ на определенные стимулы, такие как слово или прикосновение.

Магнитоэнцефалография (МЭГ) похожа на ЭЭГ тем, что также основана на регистрации сигналов, поступающих от ритмично возбуждающихся нейронов, но отличается тем, что здесь регистрируются не электрические колебания, а связанные с ними слабые магнитные импульсы. Развитие МЭГ по-прежнему затруднено рядом еще не решенных проблем, таких как слабые и легко перекрываемые сигналы, но потенциал этого метода огромен, потому что он работает быстрее других методов сканирования мозга и позволяет картировать изменения активности мозга гораздо точнее, чем ФМРТ или ПЭТ.