МРТ зображення голови людини Магнітно-резонансна томографія (МРТ, MRT, MRI) томографічний метод дослідження внутрішніх органів і тканин з використанням фізичного явища ядерного магнітного резонансу … Вікіпедія

- (ін. грец. τομή перетин) метод неруйнівного пошарового дослідження внутрішньої структури об'єкта за допомогою його багаторазового просвічування в різних напрямках, що перетинаються. Зміст 1 Термінологічні питання … Вікіпедія

- … Вікіпедія

Наука, що вивчає зв'язок активності головного мозку та інших сторін нервової системи з пізнавальними процесами та поведінкою. Особливу увагу приділяє когнітивна нейробіологія вивченню нейронної основи розумових процесів. Когнітивна… … Вікіпедія

фМРТ- функціональна магнітно-резонансна томографія фМРТ ФМРТ функціональна магнітно-резонансна томографія … Словник скорочень та абревіатур

1. Півкуля великого мозку (Кінцевий мозок) 2. Таламус (… Вікіпедія

Електроенцефалограф медичний електровимірювальний прилад, за допомогою якого вимірюють і реєструють різницю потенціалів між точками головного мозку, що знаходяться в глибині або на поверхні. Освіта та коливання ... Вікіпедія

Ця стаття має бути повністю переписана. На сторінці обговорення можуть бути … Вікіпедія

ФМРТ функціональна магнітно-резонансна томографія. Метод ФМРТ базується на можливості використання магнітного резонансу не лише для вивчення анатомічної структури головного мозку, але й для оцінки кровообігу, зміна якого… Вікіпедія

З червня 2009 року у Центрі променевої діагностики ЛРЦ працює група функціональної МРТ (ФМРТ) головного мозку. Фахівці групи проводять як наукові дослідження, так і прийом пацієнтів. Групою розроблено цілу низку проб для пацієнтів, які мають пройти нейрохірургічну операцію або програму реабілітації. Проби дозволяють картувати моторні, мовні, перцептивні та керуючі функції.

Результати, отримані в рамках фундаментальних та прикладних досліджень, які проводяться групою функціональної МРТ головного мозку, доповідалися на:

• Московському семінарі з когнітивної науки (Москва, 2011, 2014);
• щорічному з'їзді Радіологічної спільноти Північної Америки (RSNA, Чикаго, 2011, 2014);
• Європейської радіологічної конференції (ECR, Відень, 2012, 2013, 2014, 2015);
• конференції "Когнітивна наука в Москві: нові дослідження" (Москва, 2011, 2013);
• II конференції з функціонального нейроіміджингу (Москва, 2012);
• Конгресі Російської Асоціації Радіологів (Москва, 2014);
• ESLP Conference in Rotterdam (Netherlands, 2014);
• 2nd International Workshop "Neuro-cognitive mechanisms of conscious and unconscious visual perception" (Delmenhorst, 2014);
• Конференції користувачів магнітно-резонансних томографів компанії SIEMENS «MAGNETOM Club» (2012);
• V та VI Міжнародній конференції з когнітивної науки (Калінінград, 2012, 2014);
• V, VI та VIII Всеросійському національному конгресі променевих діагностів та терапевтів «Радіологія-2011, 2012, 2014» (Москва, 2011, 2012, 2014);
• «Національний з'їзд радіологів» (Москва, 2012);
• 6th Annual Fulbright Conference (Moscow, 2013);
• Московському міжнародному конгресі, присвяченому 110-річчю від дня народження Олександра Романовича Лурія» (2012 рік);
• Європейської конференції з зорового сприйняття (Alghero, Sardinia, Italy, 2012);
• Щорічну зустріч Товариства наук про зір (VSS-2012);
• XIV Міжнародних читання пам'яті Л.С. Виготського;
• Науковій конференції з афазіології (SoA – 2014);
• Конференції «Сучасні проблеми нейропсихології та психофізіології», присвячена 85-річчю від дня народження Євгенії Давидівни Хомської;
• «Велика ілюзія свідомості – 4: феномени, експерименти, моделі» (Санкт-Петербург, 2014);
• серії тематичних семінарів «ФМРТ-дослідження мови: від дизайну експерименту до аналізу даних» (Москва, 2013);
• «Вступ до BOLD-фМРТ та DTI» (Москва, 2013);
• «Функціональна МРТ головного мозку: наука та практика» (Москва, 2014).

22 квітня 2014 року у ФДБУ «ЛРЦ» МОЗ було проведено одноденний семінар «Функціональна МРТ головного мозку: наука та практика». курси лекцій та практичних занять, присвячених фМРТ головного мозку:

• Печенкова О.В. Спецпрактикум у рамках курсу «Теоретичні та методологічні проблеми когнітивної науки» у програмі магістратури РДГУ «Психологія пізнання та когнітивні науки» (2009-2012)
• Печенкова О.В, Румшиська О.Д. Сучасні можливості методів променевої діагностики Елективний курс для студентів ФФМ МДУ на базі Центру променевої діагностики (ЦЛД) ФДБУ "Лікувально-реабілітаційний центр" МОЗ РФ http://www.fbm.msu.ru/stud/lechdelo/el/2013_autumn/xray. php
• Власова Р.М. Курс «Нейропсихологічні аспекти методів нейровізуалізації» на кафедрі нейро- та патопсихології МДУ імені М.В. Ломоносова (2014)
• Печенкова Є.В., Власова Р.М. «Функціональна МРТ у дослідній та клінічній роботі психолога» - курси, організовані «Всеросійською спільнотою молодих психологів» (2012, 2013)
• Печенкова О.В. Науково-популярна лекція у «Гіперіоні»: «Функціональна магнітно-резонансна томографія, або робота мозку в картинках» (Москва, 2013)

Окремі лекції у рамках навчальних семінарів та наукових шкіл:

• на семінарі «ФМРТ-дослідження мови: від дизайну експерименту до аналізу даних», організованому Центром патології мови та нейрореабілітації та Вищою школою економіки (26-29 березня 2013 року);
• на семінарі «Вступ до BOLD-фМРТ та DTI», організованому НДІ невідкладної дитячої хірургії та травматології за підтримки компанії Neurobotics (29 жовтня 2013 року);
• на Літній нейролінгвістичній школі (1-5 вересня 2014 року);
• на Літній школа з когнітивної психології пам'яті Карла Дункера (1 вересня 2014 року);
• на школі “Active and passive methods of the brain mapping”, організованій Національною Мережею Аспірантур з Біотехнологій у Нейронауках (BioN), 1-4 листопада 2014 року;
• на літній школі «Російського Репортера» 2014 року, майстерня «Мова-Мозок»;
• на Всеросійській Зимовій Психологічній Школі РДГУ (Москва, 2011).

Зміна активності кровотоку реєструється функціональною магнітно-резонансною томографією (ФМРТ). Спосіб застосовується з метою визначення локалізації артерій для оцінки мікроциркуляції центрів зору, мови, руху, кори деяких інших функціональних центрів. Особливість картування – пацієнта просять виконувати певні завдання, що підвищують активність необхідного мозкового центру (читати, писати, розмовляти, рухати ногами).

На заключній стадії програмне забезпечення формує зображення шляхом підсумовування звичайних пошарових томограм та картинок мозку з функціональним навантаженням. Комплекс інформації відображає тривимірну модель. Просторове моделювання дозволяє фахівцям детально вивчити об'єкт.

Разом із МРТ спектроскопією дослідження виявляє всі особливості метаболізму патологічних утворень.

Принципи функціональної МРТ головного мозку

Магнітно-резонансна томографія ґрунтується на реєстрації зміненої радіочастоти атомів водню рідких середовищ після дії сильним магнітним полем. Класичне сканування показує м'якоткані компоненти. Для покращення видимості судин проводиться внутрішньовенне контрастування парамагнетиком гадолінієм.

Функціональна МРТ реєструє активність окремих зон кори мозку з допомогою обліку магнітного ефекту гемоглобіну. Речовина після віддачі молекули кисню тканинам стає парамагнетиком, радіочастоту якого вловлюють датчики апарату. Чим інтенсивніше кровопостачання мозкової паренхіми, тим якісніший сигнал.

Магнетизація тканини додатково підвищується за рахунок окиснення глюкози. Речовина потрібна для забезпечення процесів тканинного дихання нейронів. Зміна магнітної індукції реєструється датчиками пристрою, що обробляється програмним додатком. Високопальні апарати створюють дозвіл високого ступеня якості. На томограмі простежується детальне зображення деталей діаметром 0,5 мм діаметром.

Функціональне дослідження МРТ реєструє сигнал від базальних гангліїв, поясної кори, таламуса, а й від злоякісних пухлин. Новоутворення мають власну судинну мережу, якою всередину освіти надходить глюкоза, гемоглобін. Відстеження сигналу дозволяє вивчити контури, діаметр, глибину проникнення пухлини всередину білої чи сірої речовини.

Функціональна діагностика МРТ мозку потребує кваліфікації лікаря променевої діагностики. Різні зони кори характеризуються різною мікроциркуляцією. Насичення гемоглобіном, глюкозою впливає якість сигналу. Враховувати слід структуру молекули кисню, наявність альтернативних замінників атомів.

Сильне магнітне поле збільшує період напіврозпаду кисню. Ефект працює при потужності апарата понад 1,5 ТЕСЛА. Більше слабкі установки не зможуть досліджувати функціональну активність мозку.

Метаболічну інтенсивність кровопостачання пухлини краще визначати високопідлоговим обладнанням потужністю 3 Тесла. Висока роздільна здатність дозволить зареєструвати невелике вогнище.

Ефективність сигналу науковою мовою називається «гемодинамічною відповіддю». Термін використовується для опису швидкості нейронних процесів з інтервалом 1-2 секунди. Кровопостачання тканин не завжди достатньо для функціональних досліджень. Підвищується якість результату додатковим запровадженням глюкози. Після стимуляції пік насичення настає через 5 секунд, коли проводиться сканування.

Технічні особливості функціонального дослідження МРТ мозку

Функціональна діагностика МРТ ґрунтується на підвищенні активності нейронів після стимуляції мозкової активності шляхом виконання людиною певного завдання. Зовнішній подразник викликає стимуляцію сенсорної чи моторної активності певного центру.

Для відстеження ділянки включається режим градієнтної луни на основі ехопланарної імпульсної послідовності.

Аналіз сигналу активної зони МРТ робиться швидко. Реєстрація однієї томограми виконується на інтервалі 100 мс. Діагностика виконується після стимуляції та в періоді спокою. Програмне забезпечення використовує томограми для обчислення осередків нейрональної активності, накладання ділянок посиленого сигналу на тривимірну модель мозку у спокої.

Лікарям цей тип МРТ надає інформацію про патофізіологічні процеси, які не можна відстежити іншими діагностичними методами. Вивчення когнітивних функцій необхідне нейропсихологам для диференціювання психічних та психологічних захворювань. Дослідження допомагає верифікувати епілептичні вогнища.

Фінальна карта картування показує як ділянки підвищеної функціональної стимуляції. Знімки візуалізують зони сенсомоторної, слухової активності мовлення навколо патологічного вогнища.

Побудова карт розташування мозкових каналів називається трактографією. Функціональна значущість розташування зорового, пірамідного тракту перед плануванням оперативного втручання дозволяє нейрохірургам правильно спланувати розташування надрізів.

Що показує ФМРТ

Високопальна МРТ з функціональними пробами призначається за показаннями, коли потрібно вивчити патофізіологічні основи функціонування моторних, сенсорних, зорових, слухових зон мозкової кори головного мозку. Нейропсихіологи застосовують дослідження у пацієнтів із порушенням мови, уваги, пам'яті, когнітивних функцій.

За допомогою ФМРТ виявляється ряд захворювань на початковій стадії – Альцгеймера, Паркінсона, демієлінізацію при розсіяному склерозі.

Функціональна діагностика у різних медичних центрах виконується різних установках. Знає, що показує МРТ головного мозку, лікар-діагност. Консультація спеціаліста обов'язково проводиться перед обстеженням.

Висока якість результатів досягається скануванням потужним магнітним полем. Перед вибором медичного центру рекомендуємо дізнатися про тип встановленого апарату. Важлива кваліфікація фахівця, який має володіти знаннями про функціональну, структурну складову головного мозку.

Майбутнє функціональної діагностики МРТ у медицині

Функціональні дослідження нещодавно впроваджено у практичну медицину. Можливості методу використано недостатньо.

Вчені розробляють методики візуалізації снів, читання думок за допомогою функціональної МРТ. Передбачається використання томографії розробки методу спілкування з паралізованими людьми.

• Нейронну збудливість;
• Психічної активності;
• ступеня насичення мозкової кори киснем, глюкозою;
• Кількості дезоксильованого гемоглобіну в капілярах;
• ділянок розширення кровотоку;
• Рівень оксигемоглобіну в судинах.

Переваги дослідження:

1. Якісна тимчасова картинка;
2. Просторова роздільна здатність вище 3 мм;
3. Можливість вивчення мозку до та після стимуляції;
4. Нешкідливість (у порівнянні з ПЕТ);
5. Відсутність інвазивності.

Обмежує масове використання функціонального МРТ мозку висока вартість устаткування, кожного одиничного обстеження, неможливість прямого виміру нейрональної активності, не можна робити пацієнтам із металевими включеннями у тілі (судинні кліпси, вушні імпланти).

Реєстрація функціонального метаболізму мозкової кори має велике діагностичне значення, але не є точним показником динамічної оцінки змін головного мозку на фоні лікування, після оперативного втручання.

Як побачити думки. Неортодоксальні додатки магнітно-резонансної томографії

Магнітно-резонансна томографія (МРТ) сьогодні використовується як для діагностики, а й картування функціонального стану нейронних мереж, дозволяючи у сенсі побачити роботу мозку масштабі реального часу. З нею з'явилася можливість створення технології ігрового біоуправління, що базується на природних механізмах саморегуляції функцій людського організму.

В унікальних комп'ютерних іграх, розроблених новосибірськими фахівцями, користувач навчається «керувати» віртуальним ігровим сюжетом через вольові зміни своїх фізіологічних характеристик (пульсу, температури, електричної активності мозку тощо). Ігри можна використовувати для вирішення широкого класу лікувальних та реабілітаційних завдань, у тому числі для оцінки актуального психофізіологічного стану людини. Подібна ігрова діяльність сама по собі має виражений антистресовий ефект, але, головне, за допомогою цієї технології можна розкрити потенційні ресурси організму, якими ми в нашому звичайному житті не вміємо користуватися

Донедавна фундаментальні відомості про роботу мозку вдавалося отримувати лише з непрямих джерел. Йдеться про прямі експерименти на тваринах; спостереження за хворими людьми, у яких поразка тієї чи іншої ділянки мозку проявляється у вигляді паралічів, порушень мови або пам'яті; нейропсихологічне тестування; операціях на відкритому мозку, що дозволяють нейрохірургу бачити реакцію на конкретні подразники; нарешті, реєстрації електричної активності мозку. Однак на основі результатів, отриманих за допомогою цих підходів, не можна описати, як працює мозок при вирішенні того чи іншого конкретного завдання. Можливість безпосередньо спостерігати динаміку пізнавальної (когнітивної) діяльності мозку, іншими словами, "бачити думки" з'явилася лише з впровадженням у дослідницьку практику технології функціональної магнітно-резонансної томографії.

Гіпотеза про зв'язок інтенсивності кровопостачання мозку з його активністю набула поширення ще наприкінці XIX ст. з легкої руки видатного британського фізіолога Ч. Шеррінгтона. Через багато років наявність цього зв'язку було доведено радіографічними методами, що підтвердили пряму залежність між обмінними процесами у певних діючих ділянках мозку та швидкістю доставки до них кисню.

А трохи більше двох десятиліть тому співробітники американської дослідницької організації AT&T Bell laboratories описали принцип візуалізації активності зон головного мозку в режимі реального часу з використанням магнітно-резонансної томографії (МРТ), при якій контрастність зображення визначається ступенем насичення крові киснем (Ogawa та ін., 1990). Саме цей принцип ліг в основу технології функціональної магнітно-резонансної томографії(ФМРТ) - динамічного дослідження активних зон мозкових структур у момент їх діяльності, вперше випробуваного на людині через два роки після першої публікації.

Маркер – кисень

Активація ділянки мозку завжди пов'язана зі споживанням енергії, тому вона тягне за собою прискорення обміну глюкози та трансформацію молекул гемоглобіну – постачальника кисню в нашому організмі, – за якої оксигемоглобін, оборотно з'єднаний з киснем, перетворюється на дезоксигемоглобін («відновлений» гемоглобін).

Ключовим чинником для магнітно-резонансної томографії є ​​відмінності магнітних властивостей різних форм гемоглобіну. Так, оксигемоглобін є діамагнетикомт. е. речовиною, що намагнічується проти напряму зовнішнього магнітного поля. Дезоксигемоглобін («відновлений» гемоглобін), навпаки, має властивості парамагнетика, намагнічуючись у напрямку зовнішнього магнітного поля. Величина сигналу МРТ залежить від кількості дезоксигемоглобіну в тканині: чим вище концентрація, тим нижче сигнал. Показник, який визначається співвідношенням двох форм гемоглобіну та залежить від рівня кисню в крові, називають BOLD (від анг. blood oxygenation level dependent).

Чим активніше працює ділянка мозку, тим більше кисню він споживає. При формуванні нейронного ансамблю, що діє, збільшення локального споживання енергії вже в перші секунди призводить до зростання концентрації парамагнітного дезоксигемоглобіну; потім слідує реакція судинної системи, що полягає у збільшенні місцевого кровопостачання та кровонаповнення тканин мозку через зростання об'єму та швидкості кровотоку.

Звідси випливає, що відносна величина сигналу МРТ може бути мірою активності зон мозку. Більш того, результати, отримані під контролем електроенцефалографії на зоровій корі відкритого мозку приматів, дають підстави стверджувати, що сигнал МРТ є лінійним відгуком на електричну активність, яку генерує нейронний ансамбль (Logothetis). та ін., 2002).

Таким чином, функціональна МРТ, орієнтована на детектування BOLD ефекту, є сьогодні оптимальним інструментом картування нейрональної активності, точніше, функціонального стану нейронних мереж – основи візуалізації наших думок та ідей. Іншими словами, саме за допомогою фМРТ можна в прямому значенні побачити, як наш мозок вирішує завдання у масштабі реального часу.

Сила думки

З технологією фМРТ тісно пов'язана нейробіологічна технологія "інтерфейсу мозок-комп'ютер", свого роду "комп'ютерний симбіоз" (Каплан, 2005, 2012; Чернікова та ін, 2010). Йдеться про можливість за допомогою електроенцефалограми отримати відображення стійкого «малюнку» біоелектричної активності мозку, прив'язавши цей малюнок до функції мозкових структур та утворення нових стійких нейронних ансамблів. При цьому електроенцефалограма є не тільки джерелом інформації про внутрішньомозкові події: ці дані можна використовувати як сигнал зворотного зв'язку для контуру довільної саморегуляції функцій організму.

Хоча нейробіологія є самостійною науковою областю, виникла вона як «соціальний продукт» для глибоких інвалідів, завдяки якому у людей, прикутих до коляски та позбавлених самостійних рухових навичок, з'являється можливість керування штучними кінцівками, такими як механічна рука (Hochberg та ін., 2012).

Одним із практичних додатків нейробіології є нейробіоуправління, нелікарська технологія, заснована на принципах вищезгаданого адаптивного зворотного зв'язку – феномен, що забезпечує механізм саморегуляції. В основі цієї технології лежить ідея про те, що людину можна навчити вольовому управлінню неусвідомлюваними фізіологічними характеристиками, такими як частота пульсу та параметри ритмів електричної активності мозку.

Здатність людини цілеспрямовано змінювати параметри електроенцефалограми була вперше описана американським ученим Дж. Камія ще 1958 р. (цю здатність вивчали з метою управління функціональним станом мозку пацієнта та зміни тенденції розвитку психіки). Подальші дослідження довели дивовижні здібності нашого мозку до внутрішніх перебудов, не передбачених природою. Виявилося, що за допомогою нейробіоуправління можна сформувати в людини навички саморегуляції, які раніше були відсутні, утворити нові і «пробудити» дрімлі мозкові утворення. При цьому фМРТ дає можливість візуалізувати реальну часову та просторову динаміку роботи мозку.

З практичної точки зору особливий інтерес представляє технологія так званого ігрового біоуправління, коли людина навчається «керувати» віртуальним ігровим сюжетом через вольові зміни своїх фізіологічних характеристик, таких як кардіограма, пульс, температура шкіри та електрична активність мозку.

Обіграти себе

У контексті нейробіології гра– це психологічна реальність із великою кількістю нестандартних ситуацій, у яких неможлива стереотипна поведінка. Комп'ютерний гравець звикає переміщатися з одного віртуального світу до іншого, швидко адаптуючись до нових віртуальних реалій на основі особистісних уподобань.

Під час гри мозок веде активну діяльність, визначаючи варіант дій, який зараз є найбільш виграшним. У разі використання біоуправління гравець, опанувавши навички саморегуляції, може керувати цим процесом, оскільки адаптивний зворотний зв'язок дозволяє не тільки побачити і «програти» різні стратегії поведінки, але й оцінити рівень їх ефективності. У цьому сенсі ця технологія є потужним механізмом навчання людини новим поведінковим стереотипам.

На базі Міжнародного томографічного центру СО РАН спільно з НДІ молекулярної біології та біофізики СО РАМН (Новосибірськ) проведено експеримент з нейровізуалізації "вольового" управління віртуальним ігровим сюжетом на групі молодих чоловіків.

Досліджуваним пропонувався ігровий сюжет «Віра!», присвячений пошуку підводних скарбів. Кожен випробуваний, перебуваючи в кільцевому магніті томографа, керував одним із аквалангістів, що опускалися на дно. Швидкість гравця безпосередньо визначалася частотою серцевих скорочень: що повільніше пульс, то вища швидкість. Протягом гри інформація про частоту пульсу передавалася як візуального ряду на екран монітора, доступний випробуваному. Щоб перемогти у грі, потрібно навчитися подумки керувати частотою пульсу, тобто розвинути навички уповільнення серцевого ритму.

За результатами ігор у випробовуваних було виявлено шість різних варіантів поведінки, і для кожного з них було визначено провідну стратегію саморегуляції.

Наприклад, при стратегії «проби та помилки з виходом на результат» випробуваний спочатку робив кілька неуспішних спроб, але зрештою досягав поставленої мети. Піддослідні з такою тактикою основну увагу приділяли не регуляції власних фізіологічних показників (тобто пульсу), а контролю за безпосереднім ігровим процесом. Стратегія «маятникова динаміка» характеризувалася чергуванням успішних та неуспішних спроб, а «послідовне навчання» – покращенням результату від спроби до спроби.

Аналіз результатів експерименту свідчить про певну послідовність виникнення та розвитку зон активності в головному мозку випробуваних. «Пік» змагального сюжету припадав на четверту – шосту спроби, коли послідовно в боротьбу за виграш залучалося дедалі більше нових нейронних ансамблів.

Цікаво, що нові зони цієї активності локалізувалися, у тому числі й у мозочку. Аналіз динаміки їх утворення дає підставу припустити, що мозок виконує в нашому головному мозку роль не тільки регулятора рухових функцій, а й модифікатора когнітивних (пізнавальних) функцій, регулюючи швидкість, силу, ритм та точність мислення. При цьому відбувається послідовне розгортання програми когнітивних операцій у режимі, організованому адаптивним зворотним зв'язком.

Саме так у грі «Віра!» формувалася «дорожня карта» когнітивного управління ігровим сюжетом, згідно з стратегією «проб і помилок», найпоширенішим варіантом саморегуляції.

Брехня відрізняється від правди

Віртуальна реальність, представлена ​​як ігрового змагального сюжету, керованого через вольову регуляцію фізіологічної характеристики, дає людині унікальну можливість проявити зазвичай блоковані особливості поведінки. І в цьому сенсі не лише віртуальна гра, а й взагалі будь-який ігровий тренінг дозволяють нам виявити приховані здібності, які ми зможемо успішно використати у реальному житті.

У цьому контексті цікавий аналіз даних ігрового експерименту, проведеного в МТЦ СО РАН, в якому крім «реального» біоуправління використовувалося так зване «імітаційне» (хибне) біоуправління. Інакше кажучи, коли розвиток ігрового сюжету було випадковим і залежало від дій випробуваного. При цьому самі випробувані не знали, що в одній із серій віртуальних тренінгів реальний зворотний зв'язок відсутній.

За оцінкою ефективності результату, досягнутого у цій грі, піддослідних можна поділити на дві групи. Перша з них демонструвала ефективніші стратегії саморегуляції за наявності реального зворотного зв'язку, ніж у разі «хибного» біоуправління. При цьому навіть у останньому випадку випробуваним вдавалося після кількох невдалих спроб домогтися уповільнення ритму серцевих скорочень.

Друга група продемонструвала менш ефективну стратегію саморегуляції: навіть на «реальному» етапі цим випробуваним вдалося лише частково досягти поставленої мети. За відсутності зворотного зв'язку спостерігався інтенсивний і «хаотичний» пошук рішення, що виражалося у збільшенні розкиду значень пульсового інтервалу.

Проте обидві ці групи піддослідних показали більш високу ефективність саморегуляції при реальному біоуправлінні, ніж при імітаційному: мозок досить успішно відрізняв «правду» від «брехні».

Потрібно сказати, що і реальне біоуправління, і його імітація супроводжувалися виразною динамічною картиною роботи певних мозкових утворень, що виражається у зміні об'єму активації та перерозподілі зон активності. У процес фактично залучалася вся поверхня кори головного мозку, причому переважна більшість кіркових зон, задіяних при імітаційному та реальному тренінгу, перетиналися та в обох випадках характеризувались максимальними значеннями активації. І все ж треба зазначити, що в режимі імітаційного біоуправління ряд мозкових структур активізувався значно сильніше, ніж при реальному біоуправлінні: нові нейронні ансамблі з'являлися в мозочку, веретеноподібної звивині та інших відділах мозку.

Фахівці Інституту молекулярної біології та біофізики СО РАМН (Новосибірськ) та новосибірської Науково-виробничої компанії «Комп'ютерні системи біоуправління» створюють унікальний продукт – комп'ютерні ігри, змагальний сюжет яких керується фізіологічними характеристиками людського організму (температурою, пульсом, м'язом) .


Технологія «комп'ютерного ігрового біоуправління» виходить з природних механізмах саморегуляції функцій людського організму. При цьому завдяки характеру змагання усувається монотонність процедури навчання: захоплюючий сюжет мотивує випробуваного, викликаючи у нього емоційний інтерес до результату і таким чином сприяючи більш ефективному навчанню навичок саморегуляції.
Оскільки досягнення виграшу вимагає від випробуваного прийняття нетривіальних рішень, подібну гру можна кваліфікувати як творчу навчальну діяльність, привабливість якої полягає у непередбачуваності кінцевого результату. Оскільки кожна наступна ігрова спроба виходить з попередньої, ігрове біоуправління стає запорукою самовдосконалення випробуваного, імпульсом до пошуку нових ефективних стратегій саморегуляції. А оскільки гравець мотивований бажанням виграти, він змушений триматися в межах, що передбачаються грою, і зберігати спокій.
Ігри, створені на основі технології біоуправління, можна використовувати для вирішення широкого класу лікувальних та реабілітаційних завдань. З їхньою допомогою можна оцінити актуальний психофізіологічний стан людини, до того ж подібна ігрова діяльність сама по собі має виражений антистресовий ефект. Але головне, за допомогою цієї технології можна розкрити потенційні ресурси організму, якими ми в нашому звичайному житті не вміємо користуватися

Якщо ж спробувати описати найбільш загальний «маршрут» активації мозкових структур під час гри, то можна сказати, що після старту в роботу спочатку залучаються широкі кіркові поля мозку, а закінчується такий «когнітивний маршрут» у мозочку. Послідовне залучення мозкових структур в організацію нових нейронних мереж під час віртуального тренінгу забезпечує виникнення нової навички та її подальше закріплення у мозку. І в цьому сенсі подібні роботи лежать у руслі нового тренду у розвитку сучасного соціуму, який отримав назву «ігрофікація».

Ефективно чи справедливо?

Психологія – одна з найперспективніших сфер використання технології нейровізуалізації засобами фМРТ, тому що ця наукова галузь практично позбавлена ​​уявлень про локалізацію (в анатомічному сенсі) когнітивних функцій. Адже основні відомості про їхню «територіальну прив'язку» психологи зазвичай черпають із спілкування з пацієнтами, у яких інструментально виявляється локальне ураження мозку, або яким на тривалий час вживлені внутрішньомозкові електроди.

В одній із робіт американських дослідників була зроблена спроба відповісти на питання про локалізацію мозкових структур, покликаних класифікувати такі когнітивні категорії, як рівність та ефективність (Hsu Ming) та ін., 2008). Інакше кажучи, структур, покликаних вирішити споконвічну дилему: як слід діяти – ефективно чи справедливо?

В ігровому експерименті піддослідних «сідали» за кермо вантажівки, яка везла продукти харчування в «голодний» район Південної Африки. Умови були такі: якщо піддослідний неухильно дотримуватиметься інструкцій і роздаватиме продукти порівну кожному голодуючому, частина вантажу обов'язково зіпсується в дорозі. Якщо ж знехтувати половиною нужденних, то втрата продуктів зменшиться в рази, але, природно, дістанеться меншій кількості людей. Як же вчинити? Пожертвувати втратою продуктів чи, керуючись «розумним» вибором, залишити половину нужденних без надії на допомогу?

Виявилося, що емоційна оцінка «ефективності», «справедливості» та «загальної користі» прийнятого рішення здійснюється трьома різними мозковими структурами. Відділ мозку, званий "шкаралупа" (лат. putamen), відповідає за ефективність, кора "острівка" (лат. insula) захищає інтереси справедливості, сукупну міру ефективності і нерівності, т. е. корисність, оцінює септальний орган (лат. septum).

Ці результати узгоджуються з вже наявними даними, що саме перераховані вище мозкові структури є інтеграторами різних психічних «змінних» у винесенні остаточних «соціально-орієнтованих» вироків та оцінок. Можна припустити, що остаточне рішення поставленої етичної проблеми приймається шляхом порівняння сигналів з різних джерел і звірення їх з ретроспективним досвідом, при цьому когнітивний процес залучаються й інші області мозку.

Число публікацій, присвячених різним фундаментальним та прикладним аспектам функціональної магнітно-резонансної томографії та проблемам «інтерфейсу мозок–комп'ютер», за останні роки неухильно зростає (головним чином за кордоном, вітчизняних робіт у цьому списку практично немає). Розвиток відповідних технологій відкриває відразу кілька перспективних прикладних напрямів. Наприклад, з'явилася можливість спостерігати за особливостями циркуляції крові в мозковому сегменті, що знаходиться в активованому стані, – це можна використовувати для моніторингу певних структур мозку у разі порушення мозкового кровообігу (інсульту) або при доборі судинних препаратів.

Великі перспективи відкриває та розвиток когнітології – напрямки нейронаук, що займається дослідженням базових механізмів роботи мозку: «ментальними стратегіями», їхньою локалізацією, динамікою, способами використання та вдосконалення у повсякденному житті. Так звана «інтерактивна стимуляція» дає змогу організувати навчальний (лікувальний) зворотний зв'язок безпосередньо через «зацікавлену» мозкову структуру. Візуалізуючи, наприклад, поясну звивину чи гіпокамп, ви отримуєте шанс «прямої розмови» з мозком.

Функціональна магнітно-резонансна томографія – потужний інструмент, що дозволяє досягти якісно нового розуміння організації головного мозку та особливостей вищої нервової діяльності людини та тварин. Впровадження технологій фМРТ у різні сфери людської діяльності – нейромаркетинг, професійний кастинг, оцінку ефективності освітніх програм, «детекцію» брехні і т. п., вплине на подальший розвиток не тільки самих нейронаук, але і всього суспільства в цілому.

Література

Каплан А. Я. Нейрокомп'ютерний симбіоз: рух силою думки // НАУКА із перших рук. 2012. №6 (48).

Штарк М. Б., Коростишевська А. М., Резакова М. В., Савелов А. А. Функціональна магнітно-резонансна томографія та нейронауки // Успіхи фізіологічних наук, 2012. Т. 43 №1. З. 3-29.

У публікації використані фото М. А.Покровського

Функціональна магнітно-резонансна томографія, або Ф-я МРТ, є методом вивчення мозкової діяльності. Він працює шляхом виявлення змін у оксигенації крові та її потоці, Що виникають у відповідь на нервову діяльність – це коли області мозку більш активно споживають більше кисню і чим активніша та чи інша область мозку, тим більше вона вимагає припливу крові. Функціональна МРТможе бути використана для отримання активної карти мозку, що показує, яка частина мозку бере участь у тих чи інших психічних процесах.

Розвиток функціональної МРТу 1990-х, зазвичай приписують Сейджі та Кен Огава Квонгу, вони є останнім у довгій черзі нововведень, у тому числі в області позитронно-емісійної томографії (ПЕТ)і інфрачервоної спектроскопії (НДРС), які використовують кровотоку та кисневого обміну, щоб захопити мозкову діяльність. Як методика візуалізації головного мозку, функціональна МРТ має кілька значних переваг:

1. Це неінвазивний метод і не спричиняє випромінювання, що робить його безпечним для суб'єкта.
2. Він має відмінний просторовий та тимчасовий дозвіл.
3. Його легко використовувати для досліджень.

Винятковість функціональної МРТзробила його популярним інструментом до роботи із зображеннями нормальної функції мозку — особливо психологів. За останнє десятиліття метод функціональної МРТ надав новий погляд на дослідження того, як формуються спогади, мова, біль, навчання та емоції, цей список можна продовжити. Функціональна МРТ також застосовується у клінічній практиціта у комерційних умовах.

Як функціональна МРТ працює?

У трубці циліндричної томографа знаходиться дуже потужний електромагніт. Типове сканування має напруженість поля 3 тесла (Т), це близько 50 000 разів більше, ніж магнітне поле Землі. Магнітне поле сканера впливає ядра атомів. Зазвичай атомні ядра орієнтовані випадковим чином, але під впливом магнітного поля ядра стають поєднаними із напрямком поля. Чим сильніше поле, тим більший рівень узгодженості. При наведенні в тому ж напрямку, крихітні магнітні сигнали від окремих ядер складаються когерентно, в результаті чого сигнал стає досить великим, щоб його виміряти . У МРТ саме магнітний сигнал від ядер воднюу водному середовищі (H2O) може його виявити.

Механізмом дії МРТ є те, Що сигнал від ядер водню змінюється в силу в залежності від його оточення. Це забезпечує можливість розглянути сіру речовину, білу речовину та спинномозкову рідину у вигляді структурних зображень мозку.

Кисень надходить у нейрони за допомогою гемоглобіну з капілярної мережі. Коли активність нейронів збільшується, виникає підвищений попит на кисень і це проявляється у вигляді місцевої реакції як збільшення припливу крові до області, де відбувається підвищена нервова діяльність.

Гемоглобін змінює магнітне поле коли він насичений киснем, і коли ні. Ця різниця в магнітних властивостях призводить до невеликих змін сигналу МРТ залежно від ступеня оксигенації. Оскільки оксигенація крові змінюється в залежності від рівня нейронної активності, ці відмінності можуть бути використані для фіксації діяльності мозку. Ця форма МРТ відома як оксигенація крові залежно від рівня насичення киснем.

МРТ BOLD (виразний) Ефект

Ще один момент: це напрямок зміни оксигенації з підвищеною активністю. Можна було б очікувати, що оксигенація крові зменшується з її активацією магнітним полем, але реальність набагато складніша. Існує миттєве зниження рівня оксигенації крові відразу після того, як нейронна активність зростає, вона відома як «початковий провал» у гемодинамічній відповіді. За цією фазою слідує період, коли збільшує приплив крові, не тільки до місця, де потреба в кисні задовольняється, але і до навколишніх тканин. Це означає, що оксигенація крові насправді збільшує подальшу нейронну активацію.

Як виглядає МРТ сканування?

МРТ сканування

Зображення, показане тут, є результатом простий функціональної МРТ. У той час, як людина лежить у томографі, за ним спостерігає екран, який чергується візуальними показами і стає темним кожні 30 секунд. Тим часом томограф відстежує сигнал по всьому мозку. Візуалізуються області мозку, які реагують на стимули, коли сигнал йде вгору і вниз, і вони ніби включається і вимикається, хоча стають трохи розмитими через затримки у відповіді кровотоку.

Дослідники дивляться на активність при скануванні у вигляді вокселів - або об'ємних пікселів, найменш помітної коробчастої частини тривимірного зображення. Активність у вокселях визначається, як близький хід сигнал від цього вокселя відповідає очікуваному часу.