Википедия

Функциональная нейровизуализация

Функциональная нейровизуализация — это использование технологии нейровизуализации для измерения какого-либо аспекта функции мозга, часто с целью понимания взаимосвязи между активностью в определённых областях мозга и конкретными психическими функциями. В основном, используется в качестве исследовательского инструмента в когнитивной нейробиологии, когнитивной психологии, нейропсихологии и социальной нейронауки.

Данные функциональной магнитно-резонансной томографии

Обзор править

 
Разрешение основных методов функциональной визуализации головного мозга

Распространенные методы функциональной нейровизуализации включают:

ПЭТ, фМРТ, fNIRS и fUS могут измерять локализованные изменения мозгового кровотока, связанные с нервной активностью. Эти изменения называются активациями. Области мозга, которые активируются, когда субъект выполняет определённую задачу, могут играть определённую роль в вычислительной нейробиологии, которая влияет на поведение. Например, широко распространенная активация затылочной доли обычно наблюдается в задачах, которые включают в себя зрительную систему (по сравнению с задачами, которые этого не делают). Эта часть мозга получает сигналы от сетчатки и играет определённую роль в зрении человека.

Другие методы нейровизуализации включают запись электрических токов или магнитных полей, например, ЭЭГ и МЭГ. Разные методы имеют различные преимущества для исследований; например, МЭГ измеряет активность мозга с высоким временным разрешением (вплоть до миллисекундного уровня), но является ограниченной в своей способности локализовать эту активность. фМРТ намного лучше локализует активность мозга для пространственного разрешения, но с гораздо меньшим временным разрешением[1], в то время как функциональный ультразвук (FUS) может достигать удивительного пространственно-временного разрешения (до 100 микрометров, 100 миллисекунд, на частоте 15 МГц в доклинических моделях), но также ограничен нейроваскулярной связью.

Недавно магнитно-частичная визуализация была предложена в качестве нового чувствительного метода визуализации, обладающего достаточным временным разрешением для функциональной нейровизуализации, основанной на увеличении объёма мозговой крови. Первые доклинические испытания успешно продемонстрировали функциональную визуализацию у грызунов[2].

Также функциональная нейровизуалиция может выступать успешным способом изучения интроверсии и экстраверсии у людей[3]. Более того, методы нейровизуализации применяются при изучения постравматических расстройств, тревожных расстройств и других ментальных заболеваний[4].

Темы функциональной нейровизуализации править

Мера, используемая в конкретном исследовании, как правило, связана с конкретным рассматриваемым вопросом. Ограничения на измерения варьируются в зависимости от методов. Например, МЭГ и ЭЭГ регистрируют магнитные или электрические колебания, которые возникают, когда популяция нейронов активна. Эти методы отлично подходят для измерения временного хода нейронных событий (которые длятся порядка миллисекунд), но, как правило, плохо подходят для измерения того, где именно происходят эти события. ПЭТ и ФМРТ измеряют изменения в составе крови вблизи нервного события. Поскольку измеряемые изменения в крови происходят медленно (продолжительность равна нескольким секундам), эти методы намного хуже измеряют временной ход нейронных событий, но, как правило, лучше измеряют местоположение.

Традиционные «исследования активации» сосредоточены на определении распределенных паттернов мозговой активности, связанных с конкретными задачами. Однако ученые могут более глубоко понять функции мозга, изучая взаимодействие различных областей мозга, поскольку большая часть нейронной обработки выполняется интегрированной сетью из нескольких областей мозга. Активная область исследований в области нейровизуализации включает изучение функциональной связи пространственно удаленных областей мозга. Анализ функциональных связей позволяет охарактеризовать межрегиональные нейронные взаимодействия во время выполнения конкретных когнитивных или двигательных задач или просто в результате спонтанной активности во время отдыха. ФМРТ и ПЭТ позволяют создавать карты функциональной связанности различных пространственных распределений временно коррелированных областей мозга, называемых функциональными сетями. Несколько исследований с использованием методов нейровизуализации также установили, что задние зрительные области у слепых людей могут быть активны во время выполнения невизуальных задач, таких как чтение по Брайлю, восстановление памяти и слуховая локализация, а также другие слуховые функции[5].

Прямой метод измерения функциональной связности заключается в наблюдении за тем, как стимуляция одной части мозга влияет на другие области. Это можно сделать неинвазивно, комбинируя транскраниальную магнитную стимуляцию с одним из инструментов нейровизуализации, таких как ПЭТ, ФМРТ или ЭЭГ. Массимини и коллеги (Наука, 30 сентября 2005 г.) использовали ЭЭГ для записи того, чтобы понаблюдать, как активность распространяется от стимулируемого участка. Они сообщили, что во время быстрого сна, хотя мозг энергично реагирует на стимуляцию, функциональная связь значительно ослаблена по сравнению с её уровнем во время бодрствования. Таким образом, во время глубокого сна «области мозга не разговаривают друг с другом».

Помимо когнитивной нейронауки и социальной нейронауки, функциональная нейровизуализация использует данные из многих областей, включая другие биологические науки (такие как нейроанатомия и нейрофизиология), физику и математику, для дальнейшего развития и совершенствования технологии.

Критика и подробная интерпретация править

Исследования функциональной нейровизуализации должны быть тщательно разработаны и тщательно интерпретированы. Статистический анализ (часто с использованием метода, называемого статистическим параметрическим отображением) нередко необходим для того, чтобы различные источники активации в мозге можно было отличить друг от друга. Это может быть особенно сложно при рассмотрении процессов, которые трудно концептуализировать или с которыми не связана легко определяемая задача (например, вера и сознание).

Функциональная нейровизуализация интересных явлений часто цитируется в прессе. В одном случае группа исследователей функциональной нейровизуализации почувствовала нужду написать письмо в The New York Times в ответ на обзорную статью об исследовании так называемой нейрополитики[6]. Они утверждали, что некоторые интерпретации исследования были «научно необоснованными»[7].

В марте 2014 года Центр Гастингса опубликовал доклад под названием «Интерпретация нейровизуалов: введение в технологию и её пределы»[8] со статьями ведущих нейробиологов и биоэтиков. Этот доклад описывает и в основном критикует технологии нейровизуализации, а также упоминает возможные перспективы развития.

См. также править


Примечания править

  1. ↑ Poldrack, R. A.; Sandak, R. (2004). «Introduction to This Special Issue: The Cognitive Neuroscience of Reading». Scientific Studies of Reading. 8 (3): 199. doi: 10.1207/s1532799xssr0803_1 Архивная копия от 18 декабря 2021 на Wayback Machine. S2CID 143368316 Архивная копия от 18 декабря 2021 на Wayback Machine.
  2. ↑ Herb, Konstantin; Mason, Erica; Mattingly, Eli; Mandeville, Joseph; Mandeville, Emiri; Cooley, Clarissa; Wald, Lawrence (2020). «Functional MPI (fMPI) of hypercapnia in rodent brain with MPI time-series imaging». International Journal on Magnetic Particle Imaging. 6 (2/1). doi: 10.18416/IJMPI.2020.2009009 Архивная копия от 18 декабря 2021 на Wayback Machine
  3. ↑ Lei, X., Yang, T., & Wu, T. (2015). Functional neuroimaging of extraversion-introversion. Neuroscience Bulletin, 31(6), 663—675. doi: 10.1007/s12264-015-1565-1 Архивная копия от 18 декабря 2021 на Wayback Machine.
  4. ↑ Etkin, A., & Wager, T. D. (2007). Functional Neuroimaging of Anxiety: A Meta-Analysis of Emotional Processing in PTSD, Social Anxiety Disorder, and Specific Phobia. American Journal of Psychiatry, 164(10), 1476—1488. doi: 10.1176/appi.ajp.2007.07030504 Архивная копия от 21 января 2022 на Wayback Machine
  5. ↑ Gougoux, F. D. R.; Zatorre, R. J.; Lassonde, M.; Voss, P.; Lepore, F. (2005). «A Functional Neuroimaging Study of Sound Localization: Visual Cortex Activity Predicts Performance in Early-Blind Individuals» Архивная копия от 27 марта 2020 на Wayback Machine. PLOS Biology. 3 (2): e27. doi: 10.1371/journal.pbio.0030027 Архивная копия от 7 августа 2022 на Wayback Machine PMC 544927 Архивная копия от 27 марта 2020 на Wayback Machine. PMID 15678166 Архивная копия от 18 декабря 2021 на Wayback Machine.
  6. ↑ Marco Iacoboni et al. (2007). «This Is Your Brain on Politics» Архивная копия от 23 октября 2020 на Wayback Machine. In: The New York Times 11 November 2007.
  7. ↑ Chris Frith et al. (2007). «Politics and the Brain» Архивная копия от 23 октября 2020 на Wayback Machine. In: The New York Times, 14 November 2007.
  8. ↑ Johnston, J., & Parens, E. (2014).«Interpreting Neuroimages: An Introduction to the Technology and Its Limits», The Hastings Center Report, Volume 44, Issue s2, March-April 2014 Архивная копия от 18 декабря 2021 на Wayback Machine.

Литература править

  • Cabeza, R., & Kingstone, K. (eds.) (2006). Handbook of Functional Neuroimaging of Cognition. MIT Press.
  • Cacioppo, J.T., Tassinary, L.G., & Berntson, G. G. (2007). Handbook of Psychophysiology. Cambridge University Press.
  • Hillary, F.G., & DeLuca, J. (2007). Functional Neuroimaging in Clinical Populations.
  • Kanwisher, N., & Duncan, J. (2004). Functional Neuroimaging of Visual Cognition.
  • Silbersweig, D., & Stern, E. (2001). Functional Neuroimaging and Neuropsychology Fundamentals and Practice.
  • Thatcher, R, W. (1994). Functional Neuroimaging: Technical Foundations.

Ссылки править

Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Функциональная_нейровизуализация&oldid=125036661