Одно Я, один мозг [5 попытка - Инструментальная версия или как наблюдают работу мозга]⁠⁠

Можно много говорить о том как работает мозг, подкрепляя слова ссылками на исследования и т.д. Но всегда возникает вопрос: А каким образом происходит картирование мозга? Каким образом ученые выявляют чувство прекрасного или зависимость от определенных веществ в мозге человека? Все очень просто - путем сканирования мозга на различных "установках", каждая из которых вносит свой вклад, создавая пазл в общей картине. Ученым лишь остается сложить картинку и получить логичный вывод. Позвольте мне рассказать Вам об этих чудесах!

Логика построения постов взята из работы научной журналистки Риты Картер.

Магнитно-резонансная томография

Или  МРТ - основан на принципе ядерно магнитного резонанса. Не физику будет сложно понять данный метод, но все-же Вам придется вникнуть, чтобы упорядочить в голове дальнейшую информацию.

Метод основан на определении (как бы моментальном снимке) момента поглощения или излучения электромагнитной энергии ядрами вещества, как правило водородом, содержащий ненулевой спин (момент импульса частицы, не зависящий от ее пространственного расположения ) во внешнем магнитном поле, создаваемым установкой, заставляя переориентировать магнитный момент ядер. Эти самые ядра в момент, описанный выше, в зависимости от окружающего вещества, создают разные сигналы ЯМР. Отличия этих сигналов от их "нормального состояния" называют химическим сдвигом, который обуславливаются  химическим строением. Детектируя эти "резонансы" сложное программное обеспечение создает трехмерную картину внутренностей человека в режиме "on-line". ммм?

Вторая попытка: Мощный магнит создает магнитное поле. Протоны водорода упорядочивают пространственное расположение  согласно линиям магнитного поля (помните из школы- магнит в стружке металлической? Как стружки начинают двигаться, создавая направленность от юга к северу на магните? Вот! примерно тоже самое). Потом на эти и частицы направляется электромагнитное воздействие, равное частоте радиоизлучения этих протонов. Это дополнительное излучение сообщает протонам импульс вращения или спин. После этого момента направленного "хаоса", все резко обрывается! Т.е. снимается внешнее воздействие. И что происходит дальше? Эти частицы сами начинают испускать высокочастотные излучения и регистрируются высокочувствительными датчиками сканера МРТ. Круто, не правда ли? Это наука. Посмотреть это вживую можно тут:https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/56/Parasagi...

Диффузионная тензорная визуализация - разновидность МРТ, основанная на измерениях интенсивности диффузии воды в волокнистых тканях. Она особенно подходит для выявления связей между различными участками мозга и, скорее всего, принесет много пользы при выявлении взаимодействия модулей мозга.

Функциональная магнитно-резонансная томография (ФМРТ)

позволяет дополнять схему принципиального строения мозга картиной участков наибольшей активности мозга. Для возбуждения нейронов нужны глюкоза и кислород, поступающие с кровью. Активация того или иного участка мозга сопровождается усилением притока этих веществ, и ФМРТ позволяет наблюдать те участки, куда кислорода поступает особенно много. Новейшие аппараты для ФМРТ позволяют сканировать мозг с частотой четыре раза в секунду. Чтобы отреагировать на внешний стимул, мозгу требуется примерно полсекунды, поэтому данный метод позволяет наблюдать вспышки и затухания активности, возникающие в определенных частях мозга в ответ на стимулы или в процессе выполнения заданий. Метод ФМРТ оказался самым информативным из всех современных, но он необычайно дорогой, и исследователям, занимающимся картированием мозга, нередко приходится ждать очереди, деля аппарат с врачами.

Гифка ниже на примере мозга рыбки

Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ)

Позволяет делать примерно то же, что и ФМРТ, то есть отслеживать по потреблению “топлива” особенно интенсивно работающие участки мозга. Картины, получаемые с помощью ПЭТ, весьма отчетливы, но не достигают столь же высокого разрешения, как с помощью ФМРТ. Еще один существенный недостаток метода состоит в том, что он требует введения испытуемому в кровь радиоактивного маркера. Доза радиоактивности, требуемая для одноразового сканирования, ничтожна, но чтобы не подвергать здоровье добровольцев риску, им обычно запрещается проходить больше одного сеанса сканирования в год.

Ближняя инфракрасная спектроскопия (БИКС)

Также дает возможность получать изображения, основанные на измерениях количества топлива, сжигаемого в определенные моменты времени разными частями мозга. Этот метод работает за счет облучения мозга слабыми инфракрасными лучами и отслеживания изменений количества света, отражаемого теми или иными участками. БИКС дешевле ФМРТ и, в отличие от ПЭТ, не предполагает использования радиоактивных веществ. Пока он не позволяет получать отчетливые картины происходящего в самой глубине мозга.

Электроэнцефалография (ЭЭГ)

Основана на отслеживании волн электрической активности мозга, создаваемых ритмичным возбуждением нейронов. Эти волны претерпевают закономерные изменения, отражающие текущий характер активности мозга. Регистрация таких волн осуществляется с помощью электродов, закрепляемых на поверхности головы. Новейшие разновидности ЭЭГ позволяют считывать показания десятков расположенных в разных точках датчиков и сравнивать их, складывая единую картину изменений возникающей в мозге активности. При картировании работы мозга с помощью ЭЭГ часто используются так называемые вызванные потенциалы — регистрируемые пики электрической активности (потенциалы), возникающие в ответ на определенные стимулы, такие как слово или прикосновение.

Магнитоэнцефалография (МЭГ)

Похожа на ЭЭГ тем, что также основана на регистрации сигналов, поступающих от ритмично возбуждающихся нейронов, но отличается тем, что здесь регистрируются не электрические колебания, а связанные с ними слабые магнитные импульсы. Развитие МЭГ по-прежнему затруднено рядом еще не решенных проблем, таких как слабые и легко перекрываемые сигналы, но потенциал этого метода огромен, потому что он работает быстрее других методов сканирования мозга и позволяет картировать изменения активности мозга гораздо точнее, чем ФМРТ или ПЭТ.

По мимо описанных выше методов, являющихся несомненно передовыми в области нейробиологии, остались, проверенные временем, инструменты. Например наблюдение за расстройствами, а потом нахождению поврежденных участков мозга. Классический пример - это бедолага Тан, парень который ничего не говорил кроме слова "ТАН" при этом прекрасно понимал речь других. После смерти ученому удалось "залезть" в его мозг и найти травму. Этого ученого звали Поль Брок, а зону в мозге отвечающего за речь так и назвали в честь исследователя - "центр Брока".

Еще один проверенный временем метод основан на непосредственной стимуляции различных участков мозга и отслеживании эффектов такой стимуляции. Именно этот метод использовали нейрохирурги из Калифорнии, отметившие, что оперируемые ими пациенты-эпилептики начинают веселиться при стимуляции определенных участков мозга, и обнаружившие часть модуля, отвечающего за чувство юмора.

Спасибо за внимание. Пока!