Для того, чтобы увидеть активность мозга живого человека, нейробиологи пользуются тремя основными методами: электроэнцефалографией, фМРТ и ПЭТ. Все активнее к ним присоединяется магнитоэнцефалография. Каждый их этих методов имеет достоинства и недостатки, но исследователям удалось усовершенствовать один из них. Об этом они рассказали на страницах журнала Science Advances.
Исследования активности на трех частотах стимуляции в фМРЭ-эксперименте с фМРТ-контролем. Слева — данные одного животного, справа — усредненные данные. Credit: Patz, S et al
Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) хороша, но дает радиационную нагрузку, требует короткоживущих радиофармпрепаратов и очень дорога. Элетроэнцефалография (ЭЭГ) дешева, но дает очень приблизительную картину. Поэтому для исследований чаще всего используют функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ), которая дает прекрасное разрешение активности мозга в пространстве (до 1 кубического миллиметра), используя тот факт, что активные участки мозга более активно снабжаются кислородом, и меняется соотношение между гемоглобином, насыщенным кислородом, и уже «использованным». Главный же недостаток фМРТ – плохое временное разрешение (не говоря уже о нескольких секундах задержки). Поэтому короткие вспышки активности мозга в магнито-резонансном томографе зарегистрировать невозможно.
Исследователи из США, Германии, Франции, Швейцарии и Норвегии предложили использовать иной подход в магнитно-резонансной томографии для того, чтобы узнать, какие области мозга активны в данный момент. Этот метод основан на открытом в 1980 году явлении «разбухания» нейрона во время прохождения потенциала действия (статья была опубликована в журнале Science). Таким образом, во время прохождения нервного имульса меняется сама плотность нервной ткани. Авторы статьи в своем эксперименте использовали метод магнитно-резонансной эластографии (МРЭ), которая давно используется для диагностики опухолей, отличающихся плотностью. Новый метод получил название фМРЭ – функциональная МРЭ.
Для того, чтобы исследовать возможности метода, ученые под руководством Сэмюэла Патца (Samuel Patz) из Гарвардской медицинской школы использовали мышей и специальный томограф для животных. Дальше анестезированных мышек кололи в лапки с частотой в 0,1 герца (один укол в 10 секунд, SLOW). МРЭ фиксировал небольшое изменение плотности в участках коры мозга, прилегающих к моторной коре (около 10%). Затем нейробиологи перешли к одному уколу в секунду (FAST) – результат был тот же. А на частоте в 10 Герц (ultra-FAST, что соответствует 10 уколам в секунду) «заговорил» и таламус. Параллельно проводились измерения и фМРТ, чтобы установить разницу в чувствительности. Как и ожидалось, фМРТ многого «не заметила».
Авторы не дают объяснения эффекту, но собираются в ближайшее время перейти к экспериментам с людьми. Если все будет хорошо, чувствительность сравнительно простых исследований активности мозга человека возрастет сразу на порядки.
Текст: Алексей Паевский
Patz, S., Fovargue, D., Schregel, K., Nazari, N., Palotai, M., Barbone, P. E., … Sinkus, R. (2019). Imaging localized neuronal activity at fast time scales through biomechanics. Science Advances, 5(4), eaav3816.
https://doi.org/10.1126/sciadv.aav3816
Читайте материалы нашего сайта в Facebook, ВКонтакте, Яндекс-Дзен, Одноклассниках и канале в Telegram, а также следите за новыми картинками дня в Instagram.
Нейробиологи, кажется, сумели найти способ диагностировать расстройства аутистического спектра (РАС) при помощи функциональной магнитнорезонансной томографии (подробнее об этом методе можно прочитать в нашей отдельной статье)….
На днях FDA одобрило первый 7-тесловый магнитно-резонансный томограф, в котором более чем удваивается статическая напряженность магнитного поля, доступная для клинического использования на сегодняшний день. Magnetom…
Перед вами — фото уникального прибора, фактически — первой экспериментальной установки по нейровизуализации. Совсем недавно этот эксперимент был совсем забыт, однако в 2014 году его извлек на…
Перед вами — иллюстрация из популярной в 1870-е годы книги Chambers’s encyclopedia; a dictionary of universal knowledge for the people. Такой себе науч-поп второй половины…
Магниторезонансная томография дает исследователю очень много информации об анатомическом строении органа, ткани или другого объекта, который попадает в поле видимости. Однако, чтобы сложилась целостная картина…
Сцена опустела, потухло общее освещение, и в луч бокового света вошла хрупкая женщина с аккуратно собранными в хвост волосами, в свободной серой рубашке, совершенно обычных…
Нервные клетки активно генерируют и проводят слабые электрические импульсы, и это напрямую связано с процессом обработки мозгом полученной информации. Из-за этой работы образуется электромагнитное поле,…
Исследователям из медицинской школы Уэйк-Форест удалось продвинуться в разработке быстрого и объективного теста для диагностики расстройств аутистического спектра (РАС). С помощью фМРТ ученые измерили активность…
Сегодня мы продолжаем нашу традицию рассказывать о самых важных публикациях в истории нейронаук, работах, ставшими классическими. В 2006 году в журнале Science в разделе Brevia…
Медицина знает немало случаев, когда у внешне здоровых людей обнаруживались запущенные злокачественные новообразования либо с затрагиванием множества регионарных лимфоузлов, либо и вовсе с метастазами в…
