🧠ЭЭГ, МРТ, фМРТ. В ЧЁМ РАЗНИЦА?🔋

🔠ЭЭГ (электроэнцефалография) измеряет электрическую активность нашего мозга с помощью электродов, которые помещаются на кожу головы. Это может быть полезно для быстрого определения того, как активность мозга может меняться в ответ на раздражители, а также для выявления аномальной активности, например, при эпилепсии.

Как работает ЭЭГ?

Известно, что нейроны генерируют электрические импульсы. Электроды ЭЭГ-гарнитуры не могут обнаруживать изменения в отдельных нейронах, а вместо этого регистрируют электрические изменения тысяч нейронов, передающих сигналы одновременно. Сигнал с электродов отправляется на усилитель, который (как ни странно) усиливает сигнал. Затем компьютер получает этот сигнал и может создавать различные карты активности мозга с высоким временным разрешением. Недостатком ЭЭГ является низкое пространственное разрешение: поскольку электроды измеряют электрическую активность на поверхности мозга, трудно определить, в какой именно области был произведён сигнал. Существуют расчёты, которые пытаются обойти это ограничение, но оно всё же остаётся проблемой для исследований с использованием ЭЭГ.

🕑МРТ (магнитно-резонансная томография) предоставляет нам карту мозга – как он выглядит в определённый момент времени. Эта структурная информация может быть полезна для выявления отличий в размерах определённых областей мозга у разных людей или для поиска патологических изменений (например, опухолей).

Как работает МРТ?

Как следует из названия, магниты играют центральную роль в магнитно-резонансной томографии, но они гораздо сильнее (примерно в 1000–3000 раз) среднего магнита на холодильнике. Магнитное поле МРТ взаимодействует с протонами в наших атомах водорода (конечно, очень удобно, что мы на 70% состоим из воды – там много атомов водорода, на которые может воздействовать магнит). Обычно эти протоны обращены в случайных направлениях, но магнитное поле заставляет значительную их часть ориентироваться в одном направлении. Итак, мы лежим в аппарате МРТ, и протоны в атомах водорода, находящихся в воде нашего тела, благодаря магнитному полю направлены в основном в одну и ту же сторону. На следующем этапе подаётся радиоимпульс (как обычный радиосигнал, только гораздо быстрее). Он также взаимодействует с протонами, разворачивая их. Поскольку он возникает только на мгновение, протоны затем возвращаются в своё исходное состояние в магнитном поле до импульса. В момент возвращения (релаксации) высвобождается энергия, которую можно обнаружить датчиками аппарата МРТ. Проанализировав полученные данные, компьютер может определить, как выглядела ткань, и показать нам её изображение.

А как насчёт фМРТ?

Если человек хочет пошевелить правой рукой, нужно сделать несколько вещей. Определённая часть мозга увеличит свою активность, чтобы отправить сообщение о необходимости совершения действия, и эта область мозга получит немного больше крови, богатой кислородом. При фМРТ происходит то же самое, что и при МРТ – измеряется энергия, выделяемая при релаксации протонов, — но вместо этого расчёты направлены на определение того, как изменяется количество насыщенного кислородом кровотока. Если в одной части мозга больше насыщенной кислородом крови по сравнению с другими, то есть вероятность, что эта область мозга более активна. Это известно как эффект, зависящий от уровня оксигенации крови (BOLD-эффект). Одним из недостатков фМРТ является низкое временное разрешение. Поскольку для изменения кровотока требуется несколько секунд, а фактическая запись ограничена вычислительными факторами, сбор данных замедляется. Поэтому часто участники исследований подвергаются воздействию стимула несколько раз, и каждый раз регистрируются разные моменты реакции их мозга (например, реакция записывается при появлении стимула в первый раз, через 10 миллисекунд после появления стимула во второй раз и так далее). Это, конечно, может подорвать точность записи, но позволяет получить полный спектр реакций мозга.