Различные типы информации можно узнать по тому, как кровь течет через мозг. Когда активирована область мозга, увеличивается кровоток и повышается оксигенация. Наблюдая за изменениями кровотока с помощью неинвазивной визуализации, можно определить, какие области работают в данный момент времени и как они работают вместе.
На основе этого принципа исследователи Исик Караханоглу и Димитри Ван Де Виль сумели визуализировать различные области активации мозга. Они объединили новую технику моделирования и технику медицинской визуализации в проекте, объединяющем EPFL и Женевский университет (UNIGE). Исследование, опубликованное в Nature Communications, дает новое понимание того, как мозг организует себя, и закладывает основу для ранней диагностики неврологических расстройств, таких как болезнь Альцгеймера, при которой эти сети разрушаются.
При большинстве заболеваний головного мозга выходят из строя несколько нейронных сетей, а не изолированная область. Понимание того, как взаимодействуют регионы, дает представление о том, как работают эти расстройства.
Видя, находится ли регион в "на" или "выключенный" Режим
Уже существует метод визуализации под названием "функциональная магнитно-резонансная томография" (фМРТ), который регистрирует изменения кровотока. Но у этого процесса есть свои недостатки. Благодаря сложному вычислительному методу исследователи смогли очистить несовершенные сигналы, полученные от фМРТ, и получить точную и динамическую картину кровотока в головном мозге. Они могут видеть, какие области мозга активированы, в явном виде "на" или "выключенный" Режим.
"Представьте, что вы фотографируете ветряную мельницу цвета радуги, которая очень быстро вращается. При использовании старой техники цвета получаются нечеткими и сливаются вместе," сказал Ван де Виль. "С помощью нашего метода мы можем четко видеть границу между каждым цветом на каждой фотографии." Точно так же динамическая карта показывает, какие области мозга активируются одновременно и где они расположены.
Нестимулированный мозг для лучшего сбора данных
Чтобы определить области, которые работают вместе, тесты проводились на здоровых, нестимулированных субъектах. Даже когда пациент находится в состоянии покоя и не используется, в мозгу пациента есть участки, которые постоянно активируются и деактивируются. "Пациент не должен ничего делать один раз в аппарате МРТ. Таким образом, данные не искажаются из-за стресса или усталости, которые может вызвать стимуляция или задание," сказал Караханоглу.
Удивительные результаты
Всего исследователи выделили 13 основных сетей, i.е. те, которые посылают самые сильные сигналы. В среднем четыре из этих сетей были активны одновременно. "До сих пор мы думали, что регионы активируются по очереди, и что они делали это без особой координации," добавил Ван Де Виль.
Диагностический инструмент для врачей
Следующий шаг заключается в использовании этой методики для диагностики неврологических расстройств. Болезнь Альцгеймера, например, демонстрирует ухудшение работы мозговых сетей, даже когда клинические симптомы не обнаруживаются или незначительны. Использование фМРТ для как можно более раннего выявления случаев, которые с наибольшей вероятностью разовьются до болезни Альцгеймера, улучшило бы прием лекарств. Лекарства, находящиеся в настоящее время в разработке, можно было бы применять на той стадии, на которой они были бы наиболее эффективными. Исследования в этом направлении ведутся в сотрудничестве с другими неврологическими и клиническими группами. Исик Караханоглу, который в настоящее время является докторантом Гарвардской медицинской школы, также применяет эту технику, чтобы лучше понять изменения в расстройстве аутистического спектра.