Метод, известный под названием функциональная МРТ, был разработан совсем недавно и до настоящего времени не получил широкого применения в исследовании психопатологии. Изначально метод МРТ создавали и применяли с целью изучения структуры головного мозга, а не его деятельности. При исследованиях последней специалистам приходилось полагаться на ПЭТ-сканирование, принципиальным недостатком которого была дорогостоящая потребность в находящемся рядом циклотроне, продуцирующем ионизирующие радиоактивные изотопы. Необходимость введения ионизирующих частиц, пусть и короткоживущих, в организм пациента также настораживала многих клиницистов. В середине 1980-х годов стало ясно, что модификация метода МРТ, означала бы огромный шаг вперед в изучении как анатомии, так и функционирования головного мозга. Прорыв, которые многие ученые оценивают как самый революционный за всю историю методов получения изображений, был совершен в начале 1990-х годов; его описание представлено в Harvard heath letter.

Специфические механизмы, лежащие в основе оценки, производимой ФМРТ, помимо тех, которые содержатся в МРТ, представляют собой слишком узкие технические понятия, и мы не будем останавливаться на них подробнее. Короче говоря, наиболее часто ФМРТ измеряет изменения локального содержания кислорода в отдельных участках ткани головного мозга. Они, в свою очередь, зависят от активности нейронов в этих областях. Таким образом можно «нанести на карту» текущую психологическую деятельность - ощущения, образы и мышление, выявляя специфические участки головного мозга, в которых происходят нейрофизиологические процессы, ответственные за эту деятельность. Временной фактор является решающим при измерении изменения содержания кислорода, поэтому появление ФМРТ потребовало разработки высокоскоростных устройств для записи процесса и компьютерного анализа входящих данных. В настоящее время они стали доступными, что, без всяких сомнений, приведет к серьезному прогрессу в исследованиях с помощью функциональных изображений индивидов, страдающих расстройствами.

Однако до сих пор опубликовано незначительное число работ, посвященных психическим заболеваниям, а основная часть исследований проводится в области картирования зрительной зоны коры головного мозга. Полагают, что эта область участвует в обработке быстро движущихся визуальных стимулов, и поэтому эти исследования могут дать важный ключ к пониманию происхождения расстройств чтения.

В одной недавно опубликованной работе, выполненной на маленьких выборках, сообщалось об аномально высокой активности в нескольких участках головного мозга у субъектов, страдающих обсессивно-компульсив — ным расстройством, в условиях воздействия «провокационных» раздражителей, например необходимости взять в руки «грязное» полотенце. К сожалению, даже малейшие движения головы во время критических стадий исследования могут помешать получению адекватной записи с помощью ФМРТ. У многих пациентов с психическими нарушениями отмечаются большое напряжение и ажитация, особенно при контакте со стрессорами. Кроме того, задания в процессе исследования психического здоровья часто включают в себя физически невыполнимые реакции, если пациент не в состоянии двигать головой.

Недавно несколько ученых использовали ФМРТ для выявления в головном мозгу области аберрантного функционирования при шизофрении. Например, была отмечена связь между наличием у пациентов с диагнозом шизофрения звуковых галлюцинаций и активацией центров мозга, которые предположительно отвечают за восприятие речи.

Показывает, какое количество крови попадает в разные участки мозга.

Пациенты в коме реагируют на окружающий мир.

В медицинском иерусалимском центре Хадаса д-ром Нетой Левин, являющейся главврачом неврологического отделения, было сделано важное наблюдение. Как удалось выяснить д-ру Левин, некоторые люди, находящиеся в состоянии комы, реагируют на голоса людей и могут узнавать свое имя. Данное открытие было сделано при помощи устройства

ФМРТ

, (

FMRI

).

ФМРТ

(

функциональная магнитно-резонансная томография

), в отличие от обычного

МРТ

(магнитно-резонансной томографии), позволяет получить динамическую картину мозговой активности. Это некое видео, которое отображает активность мозга во время выполнения какой-либо задачи. Данный метод позволяет составить своеобразную карту областей мозга, отвечающих за специфические действия, такие как движение, зрение, слух, речь и так далее. В Хадасе

ФМРТ

используют, как правило, ради проведения предоперационного анализа. Нейрохирурги используют результаты

ФМРТ

, чтобы определить функционирование различных областей мозга. Информация, полученная посредством

ФМРТ

, передается непосредственно в операционную палату и помогает хирургам избежать повреждения тех или иных областей мозга. Д-р Левин использовала

ФМРТ

для оценки состояния мозговой активности пациентов, находящихся в коме. Таким образом, стало возможным произвести неинвазивное изучение мозга, отследить нервную активность, даже когда казалось, что у пациентов наблюдается полное отсутствие реакций. Д-р Левин провела сравнение мозговой активности здоровых людей и группы пациентов, находящихся в коме. Она изучила их мозговую реакцию на различные раздражители - на звуки и на тишину, на звучание различных слов, на звучание их собственного имени, а также возможность различать знакомые и незнакомые голоса. Как пояснила д-р Левин,

ФМРТ

показывает, какое количество крови попадает в различные области мозга. Она считает, что большое количество реакций на раздражители свидетельствует о более высоких шансах пациента выйти из комы. Однако также предупреждает, что отсутствие активности во время диагностики не свидетельствует об отсутствии активности в целом, поскольку мозговая активность людей в коме может меняться, так же, как и у здоровых людей. В ходе исследования, д-р Левин обнаружила мозговую активность у ряда людей, находящихся в коме. Так, один из пациентов, молодой человек, на третьем десятке лет, мог различать голоса, реагировал на свое имя и на другие имена по-разному. Также, когда его попросили представлять различные действия, каждое из которых влияет на определенный участок мозга, пациент справился с этим заданием, не смотря на то, что находился в коме. Так, пациента просили представить игру в теннис, что влияет на активность «моторной» области мозга, пение, что влияет на активность слуховой области мозга, ходьбу по маршруту до дома, и т.п. Ожидаемая активность мозга наблюдалась, что свидетельствовало о понимании находящемся в коме пациентом языка и возможности выполнять распоряжения.

По материалам от медцентра Хадаса

Теги:
Начало активности (дата):
Кем создан (ID): 1
Ключевые слова: мрт, магнитно-резонансная томография, фмрт, fmri

Дает исследователю очень много информации об анатомическом строении органа, ткани или другого объекта, который попадает в поле видимости. Однако, чтобы сложилась целостная картина происходящих процессов, не хватает данных о функциональной активности. И для этого как раз существует BOLD-функциональная магнитно-резонансная томография (BOLD - blood oxygenation level dependent contrast, или контрастность, зависящая от степени насыщения крови кислородом).

BOLD фМРТ - это один из наиболее применимых и широко известных способов определять мозговую активность. Активация приводит к усилению местного кровотока с изменением относительной концентрации оксигенированного (обогащенного кислородом) и дезоксигенированного (бедного кислородом) гемоглобина в местном кровотоке.

Рис.1. Схема реакции мозгового кровотока в ответ на возбуждение нейронов.

Дезоксигенированная кровь является парамагнетиком (веществом, способным намагничиваться) и ведет к падению уровня сигнала МРТ. Если же в области мозга больше оксигенированной крови – уровень МРТ-сигнала увеличивается. Таким образом, кислород в крови выполняет роль эндогенного контрастного вещества.

Рис.2. Объём мозгового кровоснабжения (а ) и BOLD- ответ фМРТ (b ) при активации первичной моторной коры человека . Сигнал проходит в 4 стадии . 1 стадия – вследствие активации нейронов повышается потребление кислорода , увеличивается количество дезоксигенированной крови , BOLD — сигнал немного уменьшается (на графике не показано , уменьшение незначительное ). Сосуды расширяются , вследствие чего несколько уменьшается кровоснабжение мозговой ткани . Стадия 2 – длительное увеличение сигнала . Потенциал действия нейронов заканчивается , но поток оксигенированной крови увеличивается инерционно , возможно вследствие воздействия биохимических маркеров гипоксии . Стадия 3 – длительное снижение сигнала вследствие нормализации кровоснабжения . 4 стадия – постстимульный спад – вызван медленным восстановлением первоначального кровоснабжения.

Для активации работы нейронов в определённых областях коры существуют специальные активирующие задания. Дизайн заданий, как правило, бывает двух видов: «block» и «event-related». Каждый вид предполагает наличие двух чередующихся фаз - активного состояния и покоя. В клинической фМРТ чаще используются задания вида «block». Выполняя такие упражнения, испытуемый чередует так называемые ON- (активное состояние) и OFF- (состояние покоя) периоды одинаковой или неравной продолжительности. Например, при определении области коры, отвечающей за движения рук, задания состоят из чередующихся движений пальцами и периодов бездействия, продолжительностью в среднем около 20 секунд. Действия повторяют несколько раз для увеличения точности результата фМРТ. В случае задания «event-related» испытуемый выполняет одно короткое действие (например, глотание или сжатие кулака), за которым следует период покоя, при этом действия, в отличие от блокового дизайна, чередуются неравномерно и непоследовательно.

На практике BOLD фМРТ используется при предоперационном планировании резекции (удаления) опухолей, диагностике сосудистых мальформаций, при операциях при тяжелых формах эпилепсии и других поражений головного мозга. В ходе операции на головном мозге важно максимально точно удалить участок поражения, в то же время избегая излишнего повреждения соседних фунционально важных участков головного мозга.

Рис.3.

а – трёхмерное МРТ — изображение головного мозга . Стрелкой указано расположение моторной коры в прецентральной извилине .

b – карта фМРТ —активности мозга в прецентральной извилине при движении рукой.

Метод очень эффективен при изучении дегенеративных заболеваний, например, болезней Альцгеймера и Паркинсона, особенно на ранних стадиях. Он не предполагает использования ионизирующего излучения и рентгеноконтрастных веществ, к тому же, он неинвазивен. Поэтому его можно считать довольно безопасным для пациентов, которые нуждаются в длительных и регулярных фМРТ-обследованиях. ФМРТ можно применять для исследования механизмов формирования эпилептических приступов и позволяет избежать удаления функциональной коры у больных с трудноизлечимой эпилепсией лобной доли. Наблюдение за восстановлением мозга после инсультов, изучение влияния лекарственных средств или другой терапии, наблюдение и контроль лечения психиатрических заболеваний – это далеко не полный перечень возможного применения фМРТ. Кроме этого, существует еще фМРТ покоя, в которой сложная обработка данных позволяет увидеть сети мозга, функционирующие в состоянии покоя.

Источники:

1. How well do we understand the neural origins of the fMRI BOLD signal? Owen J.Arthur, Simon Boniface. TRENDS in Neurosciences Vol.25 No.1 January 2002
2. The physics of functional magnetic resonance imaging (fMRI) R. B. Buxton. Rep. Prog. Phys. 76 (2013)
3. Применение функциональной магнитно-резонансной томографии в клинике. Научный обзор. Беляев А., Пек Кюнг К., Бреннан Н., Холодный А. Russian electronic journal of radiology. Том 4 №1 2014г.
4. Мозг, познание, разум: введение в когнитивные нейронауки. Часть2 . Б. Баарс, Н. Гейдж. М.: Бином. 2014г. С. 353-360.

Текст: Дарья Прокудина

Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) - методика МРТ, которая измеряет гемодинамический ответ (изменение кровотока), связанный с активностью нейронов. фМРТ не позволяет увидеть электрическую активность нейронов напрямую, а делает это опосредованно, благодаря феномену нейроваскулярного взаимодействия. Данный феномен представляет собой региональное изменение кровотока в ответ на активацию близлежащих нейронов, поскольку при усилении их активности они нуждаются в большем количестве кислорода и питательных веществ, приносимых с током крови.

Основные принципы фМРТ. фМРТ является методикой нейровизуализации, использующей окси-гемоглобин и дезокси-гемоглобин в кровеносных сосудах как эндогенный контрастный агент. При этом используется принцип BOLD-контрастности (blood oxygenation leveldependent contrast - контрастность, зависящая от степени насыщения крови кислородом), открытый Seiji Ogawa в 1990 году. BOLD-контраст - это различие МР-сигнала на изображениях c использованием градиентных последовательностей в зависимости от процентного содержания дезоксигемоглобина. Методика BOLD- фМРТ заключается в следующем: повышение нейрональной активности вызывает местное увеличение потребления кислорода. Это ведет к увеличению уровня парамагнетика дезоксигемоголобина, который снижает уровень сигнала фМРТ. Но через несколько секунд нейрональная активность вызывает также увеличение церебрального кровотока и объема крови, что ведет к увеличению притока артериальной крови и, следовательно, к увеличению оксигемоглобина, который повышает уровень сигнала фМРТ. По неизвестным пока причинам количество оксигенированной крови, которая поступает в ответ на активность нейронов, сильно превышает метаболитическое потребление кислорода. Эта, своего рода, сверхкомпенсация оксигемоглобина ведет к изменению в соотношении оксигемоглобина и дезоксигемоглобина, что измеряется и является основой для BOLD- фМРТ сигнала.

Существуют два основных метода проведения фМРТ: [1 ] с измерением функциональной активности коры головного мозга при выполнении определенного задания по сравнению с его активностью в покое/с контрольным заданием (так называемая task-fMRI); [2 ] с измерением функциональной активности коры головного мозга в покое (так называемая resting state fMRI - RS-fMRI).

При проведении фМРТ-исследования с выполнением определенной парадигмы, задания, которые выполняет испытуемый, могут быть различными: двигательными, зрительными, когнитивными, речевыми и т.д. После проведения фМРТ полученные функциональные данные подвергаются статистическому анализу. Результатом является информация о зонах активации в виде цветных карт, наложенных на анатомические данные, и те же самые данные могут быть представлены в цифровом формате с указанием статистической значимости зоны активации, ее объема и координат ее центра в стереотаксическом пространстве. Однако в последние 10 лет всё больший интерес исследователей привлекает методика фМРТ покоя (фМРТп). Принцип ее действия остается таким же, как и при классической фМРТ (task-fMRI). Единственным отличием является отсутствие при фМРТп каких-либо парадигм (т.е. активных заданий или воздействий, предъявляемых пациенту). Во время проведения фМРТп обследуемый субъект находится в МР-томографе в состоянии покоя, ему даются инструкции максимально расслабиться и не думать о чем-либо конкретном. В различных работах встречаются разные взгляды относительно того, нужно ли обследуемому субъекту закрывать глаза или нет. Сторонники оставления глаз открытыми аргументируют свою позицию тем, что это предотвращает засыпание субъекта.

В каких же случаях проводят фМРТ ?

Во-первых, в чисто научных целях: это исследование работы нормального мозга и его функциональной асимметрии. Данная методика возродила интерес исследователей к картированию функций головного мозга: не прибегая к инвазивным вмешательствам можно увидеть, какие зоны головного мозга отвечают за тот или иной процесс. Пожалуй, наибольший прорыв был сделан в понимании высших когнитивных процессов, включая внимание, память и исполнительные функции. Подобные исследования позволили применять фМРТ в практических целях, далеких от медицины и нейронаук (в качестве детектора лжи, при маркетинговых исследованиях и др.).

Во-вторых, фМРТ начинает активно применяться в практической медицине, в частности, для предоперационного картирования основных функций (двигательных, речевых) перед нейро-хирургическими вмешательствами по поводу объемных образований головного мозга или некурабельной эпилепсии. Как правило, оценивают моторные зоны для рук и ног, языка, а также речевые зоны - Брока и Вернике: их наличие, расположение относительно очага поражения, наличие гомологов в здоровом полушарии, компенсаторное усиление активации в противоположном полушарии большого мозга или вторичных зонах. Эта информация помогает нейрохирургам оценить риск послеоперационного неврологического дефицита, выбрать наиболее удобный и наименее травматичный доступ, предположить объем резекции.

В-третьих, исследователи также пытаются внедрить фМРТ в рутинную клиническую практику при различных неврологических и психических заболеваниях. Основной целью многочисленных работ в данной области является оценка изменения функционирования мозга в ответ на повреждение того или иного его участка - выпадение и (или) переключение зон, их смещение и т.п., а также динамическое наблюдение перестройки зон активации в ответ на проводимую медикаментозную терапию и (или) реабилитационные мероприятия. В конечном счете, фМРТ-исследования, проводимые на больных различных категорий, могут помочь определить прогностическое значение различных вариантов функциональной перестройки коры для восстановления нарушенных функций и выработать оптимальные алгоритмы лечения.

Дополнительная информация по теме фМРТ :

статья «Передовые технологии нейровизуализации» М.А. Пирадов, М.М. Танашян, М.В. Кротенкова, В.В. Брюхов, Е.И. Кремнева, Р.Н. Коновалов; ФГБНУ «Научный центр неврологии» (журнал «Анналы клиничес-кой и экспериментальной неврологии» №4, 2015) [читать ];

статья «Функциональная магнитно-резонансная томография» Е.И. Кремнева, Р.Н. Коновалов, М.В. Кротенкова; Научный центр неврологии РАМН, Москва (журнал «Анналы клинической и эксперименталь-ной неврологии» №1, 2011) [читать ];

статья «Применение функциональной магнитно-резонансной томографии в клинике» Беляев А., Пек Кюнг К., Бреннан Н., Холодный А.; Онкологический центр «Мемориал Слоан-Кеттеринг», лаборатория функциональной МРТ, отделение радио-логии, г. Нью-Йорк, США (Russian electronic journal of radiology, №1, 2014) [читать ];

статья «Функциональная магнитно-резонансная томография покоя: новые возможности изучения физиологии и патологии мозга» Е.В. Селиверстова, Ю.А. Селиверстов, Р.Н. Коновалов, С.Н. Иллариошкин ФГБУ «Научный центр неврологии» РАМН, Москва (журнал «Анналы клинической и экспериментальной неврологии» №4, 2013) [читать ];

статья «Функциональная магнитно-резонансная томография покоя: возможности и будущее метода» Ю.А. Селивёрстов, Е.В. Селивёрстова, Р.Н. Коновалов, М.В. Кротенкова, С.Н. Иллариошкин, Научный центр неврологии РАМН, Москва (Бюллетень Национального общества по изучению болезни Паркинсона и расстройств движений, №1, 2014) [читать ];

статья «Функциональная магнитно-резонансная томография и нейронауки» М.Б. Штарк, А.М. Коростышевская, М.В. Резакова, А.А. Савелов; Институт молекулярной биологии и биофизики СО РАМН, г. Новосибирск; Институт «Международный томографический центр» СО РАН, г. Новосибирск; НПФ «Компьютерные системы биоуправления», г. Новосибирск (журнал «Успехи физиологических наук», №1, 2012) [читать ]

© Laesus De Liro

Уважаемые авторы научных материалов, которые я использую в своих сообщениях! Если Вы усматривайте в этом нарушение «Закона РФ об авторском праве» или желаете видеть изложение Вашего материала в ином виде (или в ином контексте), то в этом случае напишите мне (на почтовый адрес: [email protected] ) и я немедленно устраню все нарушения и неточности. Но поскольку мой блог не имеет никакой коммерческой цели (и основы) [лично для меня], а несет сугубо образовательную цель (и, как правило, всегда имеет активную ссылку на автора и его научный труд), поэтому я был бы благодарен Вам за шанс сделать некоторые исключения для моих сообщений (вопреки имеющимся правовым нормам). С уважением, Laesus De Liro.

Posts from This Journal by “МРТ” Tag

• 
  Цитотоксические поражения мозолистого тела (CLOCCs)

  Цитотоксические поражения мозолистого тела (сytotoxic lesions of the corpus callosum, CLOCCs) - понятие, объединяющее в себе разнородную…

• Церебральные нарушения обмена железа

  Железо участвует во многих жизненно важных процессах, таких как транспорт кислорода, митохондриальное дыхание, синтез ДНК, миелина,…

• Феномен фокальной констрикции периферического нерва

  Дефиниция. Феномен «фокальной констрикции периферического нерва» (ФКПН) - это синдром [этиология которого часто остается невыясненной] острой…

• Синдром умеренной энцефалопатии с обратимым поражением валика мозолистого тела

  Синдром умеренной энцефалопатии с обратимым поражением валика мозолистого тела (Mild Encephalopathy with Reversible Splenial lesion - MERS) - это…