Магнитно-резонансная томография (МРТ) дала врачам возможность получать очень хорошие изображения структур мозга. Новый метод, известный как функциональная МРТ, может пойти еще дальше, косвенно измеряя активность мозга. Хотя большую часть времени этот метод используется только в научных исследованиях, он становится все более распространенным в клинических условиях.
Вы, наверное, когда-нибудь встречали изображения, созданные с помощью функциональной МРТ. Они показывают мозг с цветными областями, изображающими области мозга, связанные с некоторыми функциями, такими как язык или движение. Эти исследования очень популярны: каждый месяц публикуются сотни научных статей с использованием этой технологии, многие из которых также упоминаются в непрофессиональной прессе. Но как создаются эти изображения и что они на самом деле представляют?
Мэттью Симмонс / Стрингер / Getty Images
Как работает функциональная МРТ
Функциональная МРТ использует специальный сигнал, который называется контрастом, зависящим от уровня кислорода в крови (ЖИРНЫЙ). Кровь, текущая через мозг, переносит кислород на молекулах, называемых гемоглобином. Молекулы гемоглобина также несут железо и, следовательно, имеют магнитный сигнал. Оказывается, молекулы гемоглобина обладают разными магнитными свойствами, когда они прикреплены к кислороду, чем когда они не переносят кислород, и эту небольшую разницу можно обнаружить с помощью аппарата МРТ.
Когда область мозга более активна, она изначально потребляет много кислорода в крови. Вскоре после этого мозг расширяет местные кровеносные сосуды, чтобы восстановить снабжение кислородом. Мозг может даже выполнять эту работу слишком хорошо, так что в эту область попадает больше насыщенной кислородом крови, чем первоначально использовалось. Аппарат МРТ может обнаружить разницу в сигнале, возникающую в результате увеличения содержания кислорода в крови.
Таким образом, функциональные МРТ-исследования на самом деле не рассматривают активность нейронов напрямую, а изучают, как изменяется уровень кислорода в крови и соотносят эту активность с возбуждением нервов. Исследования показали, что это предположение обычно верно, хотя такие заболевания, как сосудистые мальформации, опухоли и даже нормальное старение, могут изменить взаимосвязь между нервной активностью и локальным кровотоком, что приводит к появлению ЖИВОГО сигнала.
Как врачи используют функциональную МРТ
Поскольку это относительно новая технология и другие методы могут отвечать на те же вопросы, что и фМРТ, фМРТ обычно не используется в клинических или больничных условиях. Однако его можно использовать для планирования важных операций на головном мозге. Например, если нейрохирург хочет удалить опухоль головного мозга, которая находится недалеко от языковых центров мозга, он может заказать фМРТ-исследование, чтобы точно определить, какие области мозга связаны с речью. Это помогает нейрохирургу избежать повреждения этих участков во время операции. Однако чаще всего фМРТ используется в медицинских исследованиях.
Типы исследований, выполненных с использованием фМРТ
Есть два основных способа использования фМРТ для визуализации функций мозга. Один из методов направлен на поиск определенных областей мозга, которые реагируют на какую-либо задачу или стимул. Например, человеку в сканере МРТ в некоторых местах может быть показана мигающая шахматная доска, а в других случаях - пустой экран. Их могут попросить нажать кнопку всякий раз, когда они видят мигающую шахматную доску. Затем сигнал во время выполнения задачи будет сравниваться с сигналом, когда задача не выполняется, и результатом будет своего рода картина того, какие области мозга были задействованы при просмотре мигающей шахматной доски и последующем нажатии кнопки.
Другой способ использования фМРТ - оценка нейронных сетей. Это включает в себя выяснение того, какие области мозга взаимодействуют друг с другом. Если одна область мозга обычно загорается одновременно с другой, эти две области могут быть связаны. Для проведения такого рода исследования может даже не потребоваться задача. По этой причине эти исследования иногда называют функциональной магнитно-резонансной томографией в состоянии покоя.
Информация, которая поступает из функциональных МРТ-исследований, очень сложна и требует большого статистического анализа, чтобы быть значимой. Первоначально это привело к тому, что многие люди не доверяли результатам функциональных МРТ-исследований, поскольку казалось, что существует много возможных возможностей для ошибки в анализе. Однако по мере того, как исследователи и обозреватели все больше знакомятся с новой технологией, результаты становятся все более надежными и заслуживающими доверия.
Что ждет в будущем
Функциональные МРТ-исследования уже показали много разных вещей о мозге, в дополнение к подтверждению того, что мы уже знали о нервных путях и локализации. Хотя трудно сказать, будет ли фМРТ когда-либо широко использоваться в клинических условиях, ее популярность и эффективность в качестве одного лишь исследовательского инструмента делают важным как для врачей, так и для неспециалистов иметь общее представление о том, как работает этот инструмент.
