Нейронауки

Нейронауки
Социальные нейронауки
Сканирование мозга
I. Нейронаука
Современная наука о нервной системе объединяет многие научные дисциплины: наряду с
традиционными - нейроанатомией, неврологией и нейрофизиологией, важный вклад в
изучение нервной системы вносят молекулярная биология, генетика, химия и ряд других
наук. Такой междисциплинарный подход к изучению нервной системы нашел отражение в
термине – нейронаука (neuroscience). Одной из основных целей нейронауки является
понимание процессов, происходящих как на уровне отдельных нейронов, так и нейронных
сетей, которые связаны с различными психическими процессами: мышление, эмоции,
сознание. В соответствие с этой задачей изучение нервной системы ведется на разных
уровнях организации, начиная с молекулярного и заканчивая изучением сознания,
творческих способностей и социального поведения. Последнее время целый ряд смежных
дисциплин, таких как философия, экономика, социология, политология, физика и т.д.
проявили интерес к нейронауке. Появились новые дисциплины: нейроэкономика,
нейроэтика,
нейросоциология,
нейроэстетика,
нейротеология,
нейромаркетинг,
нейрополитология, нейролингвистика и т.д., использующие данные нейронауки в своих
исследованиях. Таким образом, нейронаука стала действительно междисциплинарной
наукой.
Современную нейронауку и исследовательскую практику, основываясь на предмете,
масштабе исследования, отличающихся методах исследования и учебной программы,
можно подразделить на нижеследующие категории. Некоторые нейроученые, однако, для
изучения вопроса предпочитают объединять смежные области разных наук.
Существуют следующие направления нейронауки:
1. Молекулярная и клеточная нейронаука: глия, транспортировка протеина, ионные
каналы, синапсы, потенциал действия, нейротрансмиттеры, нейроиммунология.
2. Поведенческая (бихевиоризм) нейронаука: поведенческая (бихевиоризм) генетика,
биологическая
психология,
нейроэндокринология,
ось
взаимодействия
гипоталамуса-гипофиза,
ось
взаимодействия
гипоталамуса-гипофизанадпочечников, нейротрансмиттеры, гомеостаз, моторный контроль, чувственное
восприятие, организация и активирующее действие гормонов, воздействие
наркотиков и алкоголя.
3. Системная нейронаука: кора зрительного восприятия, соматосенсорная система,
слуховое восприятие, интеграция чувственного восприятия, кодирование, боль,
спонтанная и вызванная активность, видение цвета, обоняние, вкус, моторная
система, спинной мозг,
сон, гомеостаз, возбуждение, внимание и другие
системные связи.
4. Нейронаука развития: аксональное направление, нейронная нагрузка, факторы
роста, нейроно-мускулатурное соединение, клеточное размножение, нейронная
дифференциация, выживание клетки, формирование синапсов, повреждение и
регенерация.
5. Когнитивная нейронаука: внимание, когнитивный контроль, поведенческая
генетика, принятие решений, эмоции, язык, память, мотивация, моторная память,
восприятие, сексуальное поведение, социальная нейронаука.
6. Теоретическая и вычислительная нейронаука: кабельная теория, нейронные сети,
Hodgkin-Huxley модель.
1
7. Болезни и старение: деменция (слабоумие), периферийная невропатология,
повреждение спинного мозга, автономная нервная система, депрессия,
беспокойство, болезнь Паркинсона, пагубное пристрастие, потеря памяти.
8. Нейронная инженерия: нейронное протезирование, интерфейс мозг-компьютер.
9. Нейролингвистика: язык, область Брока, приобретение языковых навыков,
восприятие речи, построение предложения.
10. Нейросканирование: структурное сканирование, функциональное сканирование.
11. Изучение нейронауки: обучение нейронауке, модели для студентов, интерфейс
нейронауки и социальных наук, интерфейс нейронауки и искусства, нейронаука и
общество, нейронаука и этика, нейроэтика, философия нейронауки,
междисциплинарные исследования, нейронаука и культура, нейронаука и средства
массовой информации.
Нейробиология — наука, изучающая клетки нервной системы и организацию этих клеток
в функционирующие циклы, которые обрабатывают информацию и формируют
поведение. Нейробиология является субдисциплиной как биологии, так и нейронауки.
Нейробиология отличается от нейронауки (нейронаука более широкое поле исследования,
которое включает любое исследование относящиеся к изучению нервной системы).
Нейробиологию не следует путать так же с другими субдисциплинами нейронауки,
такими как когнитивная нейронаука, нейропсихология и неврология, несмотря на
частичное совпадение.
Нейроанатомия изучает анатомическую организацию мозга и пути нейронов, ведущих от
мозга к телу (периферийная система). Нейроанатомия - субдисциплина нейронауки,
однако, она существует и как отдельная дисциплина. Обнаружению отдельных структур
мозга помогает исследование больного с поврежденными отделами мозга.
Нейрофизиология — субдисциплина нейронауки и физиологии человека, (физиология
изучает механические, физические и биохимические функции живих организмов).
Нейрофизиология изучает функции нервной системы. Она тесно связана с
нейробиологией,
психологией,
неврологией,
клинической
нейрофизиологией,
электрофизиологией, нейроанатомией и другими науками, занимающимися изучением
мозга.
Хирургическая нейрофизиология — это прикладная нейрофизиология. Хирургнейрофизиолог во время операции занимается наблюдением за функционированием
нервной системы пациента. Для этого иногда необходимо электрофизиологическое
исследование участков нервной системы пациента. Такое наблюдение называется
нейромониторингом. Используются разные способы мониторинга, технологически
доступные на сегодняшний день.
Нейрохимия изучает медиаторы, пептиды, белки, жиры, сахар, и нуклеиновые кислоты,
их взаимодействия, а также роли, которые они играют в формировании, становлении и
изменении нервной системы.
Нейроэндокринология является субдисциплиной нейронауки и эндокринологии.
Нейроэндокринология изучает взаимодействие между нервной системой и эндокринной
системой (эндокринология – наука о строении и функции желез внутренней секреции,
т.е. эндокринных желез), о вырабатываемых ими продуктах (гормонах), о действии,
производимом этими гормонами в организме человека, а также о заболеваниях,
вызванных нарушением функции этих желез или действием этих гормонов.
Нейроэндокринология изучает секрецию гормонов гипофизом, контролируемым мозгом,
2
особенно гипоталамусом, работу эндокринных нейронов, контролирующих гонады
(женские и мужские органы), чьи стероиды в свою очередь влияют на мозг, также как и
кортикостероиды, вырабатываемые надпочечными железами. Пептиды, секретируемые в
кровь нейроэндокринными нейронами гипоталамуса, также поступают и в другие отделы
мозга. Реакция центральной нервной системы дополняет переферийную, хотя эти пептиды
можно найти и в других частях мозга, где их функция не связана с эндокринной.
Нейроиммунология — область биомедицинских исследований, охватывающая
взаимодействие
иммунной и
нервной
систем.
Нейроиммунологи изучают
физиологическое функционирование нейроиммунной системы в норме и при
заболеваниях, в том числе при аутоиммунных расстройствах, гиперчувствительности,
иммунной недостаточности, а также физические, химические и физиологические
характеристики её компонентов. Несмотря на обособленность центральной нервной
системы, она подвержена активному воздействию иммунных факторов. Иммунные клетки
и нейроиммуные молекулы, такие как цитокины, хемокины, факторы роста, изменяют
работу мозга, запуская сложные сигнальные каскады на протяжении всей жизни. В
частности, отмечена активация некоторых цитокинов при стрессе. Нейровоспалительные
процессы могут играть роль в патогенезе болезни Альцгеймера, Паркинсона, рассеянного
склероза, ВИЧ-ассоциированной деменции, в развитии депрессивных состояний и т.д.
Нейрогенез — процесс роста и развития нервных клеток. Наиболее активный во время
пренатального развития, нейрогенез ответственен за наполнение растущего мозга.
Во взрослом возрасте новые нейроны постоянно появляются преимущественно в двух
регионах мозга: субвентрикулярной зоне и в субгранулярной зоне (часть зубчатой
извилины гиппокампа). Вскоре после появления, эти новые клетки умирают, но какое-то
их число всё же функционально интегрируются в окружающую мозговую ткань.
Ранние нейроанатомисты полагали, что нервная система статична и не способна к
регенерации. В течение многих лет только небольшое число биологов рассматривало
возможность нейрогенеза. Только недавно, в связи с описанием нейрогенеза у птиц и
началом использования конфокальной микроскопии, научное сообщество стало
относительно хорошо принимать наличие нейрогенеза в гиппокампе млекопитающих и в
том числе, людей. Некоторые авторы предположили, что нейрогенез у взрослых также
может происходить и в других областях мозга, включая кору головного мозга. Однако
другие ставят под вопрос научность этих исследований, а некоторые считают, что новые
клетки могут оказаться глиальными клетками.
Молекулярная нейронаука — субдисциплина нейронауки, изучающая биологию
нервной системы и связана с молекулярной биологией, молекулярной генетикой,
протеиновой химией и другими методологиями изучения. Молекулярная нейронаука
изучает ионные каналы, рецепторы, ферменты, чтобы понять нейронное
функционирование.
Нейропсихология — субдисциплина нейронауки, которая имеет междисциплинарное
научное направление, лежащее на стыке психологии и нейронауки и нацеленная на
понимание связи структуры и функционирования головного мозга с психическими
процессами и поведением живых существ. Термин нейропсихология применяется как к
исследованиям с повреждениями нервных структур, так и к работам, базирующимся на
изучении электрической активности отдельных клеток (или групп клеток).
Поведенческая (бихевиоризм) нейронаука является субдисциплиной нейронауки. Эта
дисциплина изучает связь между поведением и функционированием нервной системы.
Область изучения тесно связана с системной нейронаукой, когнитивной нейронаукой и
3
биологической психологией. Современная поведенческая нейронаука, используя
генетическое моделирование и технику мониторинга во время поведенческих
эксперементах, также опирается и на молекулярную биологию. Поведение организма
можно наблюдать, когда нервная система активизирована с помощью электрической или
фармакологической активации, или когда приглушена из-за повреждений или
фармакологической дезактивации, или когда сопровождается электрофизиологической
или функционально-анатомической технологией записи работы.
Системная нейронаука – это субдисциплина нейронауки, которая изучает функцию
нейронного цикла и систем в активном состоянии. Этот термин объединяет ряд областей
исследования применительно к изучению работы нервной клетки в системе нервных
сетей, например, зрения и произвольных движений. На этом уровне анализа нейроученые,
например, изучают каким образом различные нейронные цепи анализируют чувственную
информацию, формируют восприятие внешнего мира, принимают решения и выполняют
движения и как это работает в рамках одной системы.
Нейронаука развития - субдисциплина нейронауки, которая опирается на биологию
развития, описывая клеточные и молекулярные механизмы развития нервной системы,
начиная от эмбрионного состояния и далее на протяжении всей жизни. Такое развитие
можно подразделить на два класса: механизмы, независящие от активизации, и зависящие
механизмы. Механизмы, независящие от активизации человеком, считаются генетически
заложенными. Они включают в себя дифференциацию нейронов, миграцию и
направленность аксонов к своей целе. Однако, как только аксоны достигают своей цели, в
игру вступают механизмы, зависящие от активизации. Нейронная активность и сенсорный
опыт влияют на новые синапсы также, как и синаптическая пластичность, и будут нести
ответственность за обработку возникающего нейронного пути.
Когнитивная нейронаука – это область нейронауки, изучающая биологический субстрат
когнитивной способности человека, с фокусом на нейронном субстрате ментальных
процессов и их проявлении в поведении человека. Когнитивная нейронаука изучает
вопрос, как психологическая и когнитивная функции производятся в нейронной сети.
Когнитивная нейронаука объединяет несколько субдисциплин таких как: психология,
психобиология, нейробиология.
Вычислительная нейронаука – это междисциплинарная наука, которая объединяет
различные области нейронауки, когнитивной науки, электрического моделирования,
компьютерной науки, физики и математики. Вычислительная нейронаука изучает
функции мозга с точки зрения обработки информации структурами нервной системы.
Hodgkin и Huxley разработали зажим электрического напряжения (voltage clamp) и
создали первую математическую модель потенциала действия. David Marr, исследуя
взаимодействие между нейронами, предложил вычислительный подход к изучению
взаимодействия, накопления, обработки и передачи информации между группами
нейронов внутри гиппокампа и неокортекса. Существует много компьютерных программ,
таких, как Генезис и Нейрон, Голубой Мозг, моделирующий работу реальных нейронов.
Нейронная инженерия – дисциплина, которая использует инженерную методику для
понимания, укрепления, замены или лечения нервной системы. Нейронная инженерия
опирается на вычислительную нейронауку, экспериментальную нейронауку, клиническую
неврологию, электроинженерию, нанотехнологии, кибернетику и т.д. Нейронная
инженерия включает в себя работу по восстановлению и улучшению функций человека
через взаимодействие между нервной системой и искусственными приспособлениями.
Это - нейропротезирование, интерфейс мозг-компьютер (прямая связь между мозгом и
4
внешним управлением), нейронные имплантанты, связанные с внешней технологией
(нейронные имплантанты для ушей, глаз).
II. Социальные нейронауки
Социальная нейронаука – это междисциплинарная область исследования того, как
биологические системы реализуют социальные процессы и поведение. Люди по сути
своей социальные существа, и, как социальные существа, люди создают организации,
выходящие за пределы индивидуальной биологической системы. Эти новые социальные
организации связаны с индивидуальной реакцией на нейронном, гормональном,
иммунном и других уровнях. Такие организации помогают выжить, воспроизвести и
удовлетворить сущность человека.
Нейроэкономика - междисциплинарное направление в науке на пересечении предметов
экономической теории, нейробиологии и психологии. Основные задачи направления:
объяснение выбора при принятии решений, распределении риска и вознаграждения.
Методология нейроэкономики включает лабораторные наблюдения за экономическим
поведением испытуемых людей с одновременным исследованием деятельности их
головного мозга.
Нейромаркетинг - прикладная дисциплина в рамках нейроэкономики. Нейромаркетинг
изучает сенсорно-моторную, когнитивную, и эмоциональную реакции на стимулы
маркетинга.
Нейроэтика может пониматься в двух значениях: как субкатегория биоэтики
относительно нейронауки и нейротехнологий, и как нейроморальность человека, которая
проливает свет на этические проблемы. Другими словами – это этика нейронауки и
«нейронная» этика. Этика нейронауки фокусируется на этике использования достижений
нейронауки и следствиях такого использования. «Нейронная» этика связана с областью
философии мышления и исследует неврологическое основание моральной когнитивности.
Нейроэстетика – молодая субдисциплина нейронауки и эмпирической эстетики.
Эмпирическая эстетика использует научный подход к изучению эстетического восприятия
искусства и музыки. Нейроэстетика использует технику нейронауки, чтобы объяснить и
понять эстетический опыт на неврологическом уровне. Нейроэстетика исследует
структуру и активность мозга в ответ на эстетический опыт.
Нейротеология имеет также другое название - нейронаука духовного. Нейротеология
изучает связь между нейронными явлениями субъективного духовного опыта и
гипотезами, объясняющими эту связь. Эта дисциплина изучает когнитивную суть
религиозного и духовного опыта, используя данные о работе мозга.
Нейрополитология – тесно связана с социальной нейронаукой и нейроэтикой.
Нейрополитология исследует, в основном, реакцию избирателей, выборы и политическую
рекламу. Нейрополитология может быть также использована для объяснения социальнополитических конфликтов с использованием данных нейронауки. Нейрополитология
связана с политологией, этикой, экономикой, социологией, теологией, нейробиологией,
нейропсихологией, философией мышления и т.д.
5
Сканирование мозга как субдисциплина нейронауки включает в себя различные
технологии, которые прямо или косвенно дают изображение структуры и функций мозга.
Это сравнительно новая дисциплина, рассматриваемая как раздел либо нейронауки, либо
физиологии, либо предназначенная для диагностики пациентов.
Сканирование мозга включает две широкие области:
1. Структурное сканирования, которое имеет дело со структурами мозга и диагностикой
болезней мозга (повреждения, опухоли);
2. Функциональное сканирование, которое используется для диагностики метаболических
болезней, повреждений на более тонком уровне, а также для неврологического и
когнитивного исследования и построения интерфейса мозг-компьютер.
Функциональное сканирование позволяет обрабатывать информацию из центров мозга,
непосредственно наблюдая за процессом. Осуществляется картирование мозга
(составляется карта) (brain mapping).
III. Сканирование мозга
Томография — метод неразрушающего послойного исследования внутренней структуры
объекта посредством его многократного просвечивания в различных пересекающихся
направлениях. В целом, томография как метод, применяемый в разных областях, может
быть категоризирована по типу зондирующего излучения:
•
•
•
•
Томография с использованием звуковых волн (в том числе сейсмических):
o ультразвуковая томография (УЗТ);
o сейсмическая томография.
Томография с использованием электромагнитного излучения:
o радионуклидная эмиссионная томография (гамма-излучение);
ƒ однофотонная эмиссионная томография (ОФЭКТ);
ƒ двухфотонная эмиссионная или позитронно-эмиссионная томография
(ПЭТ);
o рентгеновская томография;
ƒ рентгеновская компьютерная томография (КТ, РКТ);
o оптическая (лазерная) томография (ОТ);
o томография в радиодиапазоне.
Томография с использованием электромагнитных полей:
o магнитно-резонансная томография (МРТ);
o электроимпедансная томография.
Томография с использованием элементарных частиц:
o нейтронная томография;
o электронная и позитронная томография;
o протонная томография;
o нейтринная томография.
Компьютерная томография (Computed Tomography) основана на измерении и сложной
компьютерной обработке разности ослабления рентгеновского излучения различными по
плотности тканями. Компьютерная томография (КТ) — в широком смысле, синоним
термина томография (так как все современные томографические методы реализуются с
помощью компьютерной техники); в узком смысле (в котором употребляется значительно
чаще), синоним термина рентгеновская компьютерная томография, так как именно этот
метод положил начало современной томографии.
Оптическая томография (Optical Tomography) — вид томографии, использующий для
визуализации оптическое (лазерное) излучение, преимущественно инфракрасного, а также
6
видимых диапазонов. Однако, в отличие, например, от рентгеновского, взаимодействие
оптического излучения со средой носит более сложный характер: кроме процесса
поглощения, присутствуют процессы рассеяния, преломления и отражения и т.д. Это, с
одной стороны, сильно усложняет задачу визуализации, с другой стороны, потенциально
позволяет получить больше информации.
Магнитоэнцефалография (МЭГ) (Magnetoencephalography; MEG) - технология,
позволяющая измерять и визуализировать магнитные поля, возникающие вследствие
электрической активности мозга. Для детекции полей используются высокоточные
сверхпроводниковые квантовые интерферометры или СКВИД-датчики (superconducting
quantum interference devices - SQUIDs). МЭГ применяется в исследованиях работы мозга и
в медицине.
(Рис. 1. Магнитоэнцефалография)
Позитронная эмиссионная томография (ПЭТ), она же двухфотонная эмиссионная
томография (Positron Emission Tomography) — радионуклидный (нуклид — вид атома,
имеющий время жизни, достаточное для наблюдения) томографический метод
исследования внутренних органов. Исследование основано на введении в мозговой
кровоток позитрон-излучающего короткоживущего изотопа. Данные о распределении
радиоактивности в мозге собираются компьютером во время сканирования и затем
реконструируются в трехмерный образ. Метод позволяет наблюдать в головном мозге
очаги возбуждения, например, при продумывании отдельных слов, при проговаривании
вслух, что свидетельствует о высоких разрешающих возможностях ПЭТ, но многие
физиологические процессы в головном мозге человека протекают значительно быстрее
тех возможностей, которыми обладает этот томографический метод. Метод основан на
регистрации пары гаммы-квантов (гамма-лучи — вид электромагнитного излучения с
чрезвычайно маленькой длиной волны), возникающих при аннигиляции (реакция
превращения частицы и античастицы при их столкновении в какие-либо иные частицы,
отличные от исходных) позитронов. Позитроны возникают при соответствующем бетараспаде радионуклида, входящего в состав радиофармпрепарата, который вводится в
организм перед исследованием. Позитронно-эмиссионная томография — это
развивающийся диагностический и исследовательский метод ядерной медицины. В основе
этого метода лежит возможность при помощи специального детектирующего
оборудования (ПЭТ-сканера) отслеживать распределение в организме биологически
активных соединений, помеченных позитрон-излучающими радиоизотопами. Потенциал
ПЭТ в значительной степени определяется арсеналом доступных соединений —
радиофармпрепаратов (РФП). Именно выбор подходящего РФП позволяет изучать с
помощью ПЭТ такие разные процессы, как метаболизм, транспорт веществ, лигандрецепторные взаимодействия, экспрессию генов и т. д. Использование РФП, относящихся
к различным классам биологически активных соединений, делает ПЭТ достаточно
универсальным инструментом современной медицины. Поэтому разработка новых РФП и
7
эффективных методов синтеза уже зарекомендовавших себя препаратов в настоящее
время становится ключевым этапом в развитии метода ПЭТ.
На сегодняшний день в ПЭТ, в основном, применяются позитрон-излучающие изотопы
элементов второго периода периодической системы:
•
•
•
•
углерод-11 (T½= 20,4 мин.);
азот-13 (T½=9,96 мин.);
кислород-15 (T½=2,03 мин.);
фтор-18 (T½=109,8 мин.).
Фтор-18 обладает оптимальными характеристиками для использования в ПЭТ:
наибольшим периодом полураспада и наименьшей энергией излучения. С одной стороны,
относительно небольшой период полураспада фтора-18 позволяет получать ПЭТизображения высокой контрастности при низкой дозовой нагрузке на пациентов. Низкая
энергия позитронного излучения обеспечивает высокое пространственное разрешение
ПЭТ-изображений. С другой стороны, период полураспада фтора-18 достаточно велик,
чтобы обеспечить возможность транспортировки РФП на основе фтора-18 из
централизованного места производства в клиники и институты, имеющие ПЭТ-сканеры, а
также расширить временны́е границы ПЭТ-исследований и синтеза РФП.
(Рис. 2. ПЭТ сканирование мозга человека)
Однофотонная эмиссионная томография (ОФЭКТ) (Single Photon Emission Computed
Tomography, SPECT) похожа на ПЭТ, но использует гамма-лучи радиоизотопов и гамма
камеры, чтобы записать данные, которые использует компьютер для построения двух- и
трехмерных изображений активных зон головного мозга.
Магнитно-резонансная томография или ядерная магнитно-резонансная томография
(Magnetic Resonance Imaging, или Nuclear Magnetic Resonance Imaging) —
томографический метод исследования внутренних органов, тканей и мозга с
использованием физического явления ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Головной
мозг облучают электромагнитным полем, под действием которого диполи жидкостей
мозга (например, молекулы воды) принимают направление этого магнитного поля. После
снятия внешнего магнитного поля диполи возвращаются в исходное состояние, при этом
возникает магнитный сигнал, который улавливается специальным датчиком. Затем эхо
обрабатывается с помощью компьютера. Так как внешнее магнитное поле, создаваемое
внешним магнитом, можно сделать плоским, таким полем можно «разрезать» мозг на
отдельные слои, не нанося ему никакого вреда. Данный метод основан на измерении
электромагнитного отклика ядер атомов водорода на возбуждение их определённой
комбинацией электромагнитных волн в постоянном магнитном поле высокой
напряжённости. Метод магнитно-ядерного резонанса позволяет изучать организм
человека на основе насыщенности тканей организма водородом и особенностей их
магнитных свойств, связанных с нахождением в окружении разных атомов и молекул.
Ядро водорода состоит из одного протона, который имеет магнитный момент (спин) и
8
меняет свою пространственную ориентацию в мощном магнитном поле, а также при
воздействии дополнительных полей, называемых градиентными, и внешних
радиочастотных импульсов, подаваемых на специфической для протона при данном
магнитном поле резонансной частоте. На основе параметров протона (спинов) и их
векторном направлении, которые могут находиться только в двух противоположных
фазах, а также их привязанности к магнитному моменту протона можно установить, в
каких именно тканях находится тот или иной атом водорода.
(Рис.3. Боковой срез мозга по внутренней центральной линии при магнитно-резонансной
томографии)
При воздействии на исследуемую область электромагнитным излучением определённой
частоты, часть протонов поменяет свой магнитный момент на противоположный, а потом
вернется в исходное положение. При этом регистрируется выделение энергии во время
«расслабления» предварительно возбужденных протонов.
Современные томографы имеют мощные источники сильного магнитного поля. В
качестве таких источников применяются как электромагниты (до 9,4 T), так и постоянные
магниты (до 0,5 T). Магнитно-резонансный «отклик» тканей в МР-томографах на
постоянных магнитах слабее, чем у электромагнитных, поэтому область применения
постоянных магнитов ограничена. Однако, постоянные магниты могут быть так
называемой «открытой» конфигурации, что позволяет проводить исследования в
движении, в положении стоя, а также осуществлять доступ врачей к пациенту во время
исследования и проведение манипуляций (диагностических, лечебных) под контролем
МРТ — так называемая интервенционная МРТ. Для определения расположения сигнала в
пространстве, помимо постоянного магнита в МР-томографе, которым может быть
электромагнит, либо постоянный магнит, используются градиентные катушки,
добавляющие к общему однородному магнитному полю градиентное магнитное
возмущение. Это обеспечивает локализацию сигнала ядерного магнитного резонанса и
точное соотношение исследуемой области и полученных данных. Действие градиента,
обеспечивающего выбор среза, обеспечивает селективное возбуждение протонов именно в
нужной области. Мощность и скорость действия градиентных усилителей относится к
одним из наиболее важных показателей магнитно-резонансного томографа. От них во
многом зависит быстродействие, разрешающая способность и соотношение сигнал/шум.
Функциональная магнитно-резонансная томография (functional Magnetic Resonance
Imaging). Современные методики МРТ делают возможным неинвазивно (без
вмешательства) исследовать функцию органов — измерять скорость кровотока, тока
спинномозговой жидкости, определять уровень диффузии в тканях, видеть активацию
коры головного мозга при функционировании органов, за которые отвечает данный
участок коры (функциональная МРТ).
9
(Рис.4. Осевой срез мозга на уровне базальных ганглий (базальных ядер) при
функциональной магнитно-резонансной томографии, показывающей сигнальные
изменения (красный цвет – усиление, голубой – уменьшение))
(Базальные ганглии — комплекс подкорковых нейронных узлов, расположенных в
центральном белом веществе полушарий большого мозга. Базальные ганглии входят в
состав переднего мозга, расположенного на границе между лобными долями и над
стволом мозга).
Электроэнцефалография (ЭЭГ)— метод записи суммарной электрической активности
мозга, отводимой с поверхности кожи головы. Электроэнцефалография дает возможность
качественного и количественного анализа функционального состояния головного мозга и
его реакций при действии раздражителей. Запись ЭЭГ широко применяется в
диагностической и лечебной работе (особенно часто при эпилепсии), в анестезиологии, а
также при изучении деятельности мозга, связанной с реализацией таких функций, как
восприятие, память, адаптация и т. д. Регистрация ЭЭГ производится специальными
электродами. Каждый электрод подключен к усилителю. Запись потенциалов с каждого
электрода осуществляется относительно нулевого потенциала референта, за который
обычно принимается мочка уха, или кончик носа. ЭЭГ отражает различные
характеристики деятельности мозга, например ритмы ЭЭГ (альфа, бета, тета и др.),
характеризующие уровень активности мозга.
(Рис.5. Записывающая шапка ЭЭГ при изучении мозговых волн)
(См. еще другие методы в английском варианте страницы)
10