Функциональная нейровизуализация

Данные функциональной магнитно-резонансной томографии

Функциональная нейровизуализация - это использование технологии нейровизуализации для измерения одного из аспектов функции мозга, часто с целью понимания взаимосвязи между активностью в определенных областях мозга и конкретными психическими функциями. Он в основном используется в качестве инструмента исследования в когнитивной нейробиологии , когнитивной психологии , нейропсихологии и социальной нейробиологии .

Обзор [ править ]

Разрешение основных методов функциональной визуализации головного мозга

Общие методы функциональной нейровизуализации включают:

ПЭТ, фМРТ, fNIRS и fUS могут измерять локализованные изменения мозгового кровотока, связанные с нервной активностью. Эти изменения называются активациями . Области мозга, которые активируются, когда субъект выполняет конкретную задачу, могут играть роль в нейронных вычислениях, которые влияют на поведение. Например, широко распространенная активация затылочной доли обычно наблюдается в задачах, связанных со зрительной стимуляцией (по сравнению с задачами, которые этого не делают). Эта часть мозга получает сигналы от сетчатки и, как полагают, играет роль в визуальном восприятии .

Другие методы нейровизуализации включают запись электрических токов или магнитных полей, например ЭЭГ и МЭГ. Различные методы имеют разные преимущества для исследования; например, МЭГ измеряет активность мозга с высоким временным разрешением (вплоть до миллисекундного уровня), но его способность локализовать эту активность ограничена. ФМРТ гораздо лучше локализует активность мозга для обеспечения пространственного разрешения, но с гораздо более низким временным разрешением ^{[1], в} то время как функциональный ультразвук (ФУЗ) может достичь интересного пространственно-временного разрешения (до 100 микрометров, 100 миллисекунд, на частоте 15 МГц в доклинические модели), но также ограничивается нервно-сосудистой связью.

Недавно была предложена визуализация с помощью магнитных частиц в качестве нового метода чувствительной визуализации, который имеет достаточное временное разрешение для функциональной нейровизуализации, основанной на увеличении объема церебральной крови. Первые доклинические испытания успешно продемонстрировали функциональную визуализацию на грызунах. ^[2]

Темы функциональной нейровизуализации [ править ]

Мера, используемая в конкретном исследовании, обычно связана с конкретным рассматриваемым вопросом. Ограничения измерения различаются в зависимости от метода. Например, МЭГ и ЭЭГ регистрируют магнитные или электрические колебания, которые возникают, когда популяция нейронов активна. Эти методы отлично подходят для измерения хода нейронных событий (порядка миллисекунд), но в целом плохо подходят для измерения того, где эти события происходят. ПЭТ и фМРТ измеряют изменения в составе крови рядом с нервным событием. Поскольку измеримые изменения крови происходят медленно (порядка секунд), эти методы гораздо хуже при измерении хода нейронных событий, но, как правило, лучше при измерении местоположения.

Традиционные «исследования активации» сосредоточены на определении распределенных паттернов мозговой активности, связанных с конкретными задачами. Однако ученые могут более тщательно понять функцию мозга, изучая взаимодействие отдельных областей мозга, поскольку большая часть нейронной обработки выполняется интегрированной сетью из нескольких областей мозга. Активная область исследований нейровизуализации включает изучение функциональной связности пространственно удаленных областей мозга. Функциональный анализ связности позволяет охарактеризовать межрегиональные нейронные взаимодействия во время определенных когнитивных или моторных задач или просто на основе спонтанной активности во время отдыха. FMRI и ПЭТ позволяют создавать карты функциональной связи различных пространственных распределений коррелированных во времени областей мозга, называемых функциональными сетями.Несколько исследований с использованием методов нейровизуализации также установили, что задние зрительные области у слепых людей могут быть активными во время выполнения невизуальных задач, таких как чтение Брайля, извлечение памяти и слуховая локализация, а также другие слуховые функции.^[3]

Прямой метод измерения функциональной связности - это наблюдение за тем, как стимуляция одной части мозга повлияет на другие области. У людей это можно сделать неинвазивно, комбинируя транскраниальную магнитную стимуляцию с одним из инструментов нейровизуализации, таким как ПЭТ, фМРТ или ЭЭГ. Massimini et al. ( Science , 30 сентября 2005 г.) использовали ЭЭГ, чтобы записать, как активность распространяется от стимулируемого участка. Они сообщили, что в не-REM-сне , хотя мозг активно реагирует на стимуляцию, функциональная связность значительно ослабляется по сравнению с ее уровнем во время бодрствования. Таким образом, во время глубокого сна «участки мозга не разговаривают друг с другом».

Функциональная нейровизуализация опирается на данные из многих областей, помимо когнитивной нейробиологии и социальной нейробиологии , включая другие биологические науки (например, нейроанатомию и нейрофизиологию ), физику и математику , для дальнейшего развития и совершенствования технологии.

Критика и осторожная интерпретация [ править ]

Функциональные нейровизуализационные исследования должны быть тщательно разработаны и интерпретированы с осторожностью. Статистический анализ (часто с использованием метода, называемого статистическим параметрическим картированием ) часто необходим, чтобы можно было отличить различные источники активации в мозгу друг от друга. Это может быть особенно сложно при рассмотрении процессов, которые сложно концептуализировать или с которыми не связана легко определяемая задача (например, убеждение и сознание ).

Функциональная нейровизуализация интересных явлений часто цитируется в прессе. В одном случае группа видных исследователей функциональной нейровизуализации был вынужден написать письмо в Нью - Йорк Таймс в ответ на обзорных статьи о изучении так называемых neuropolitics . ^[4] Они утверждали, что некоторые интерпретации исследования были «научно необоснованными». ^[5]

В марте 2014 года Центр Гастингса опубликовал отчет под названием «Интерпретация нейроизображений: введение в технологию и ее пределы» ^[6] со статьями ведущих нейробиологов и специалистов по биоэтике . В отчете кратко объясняются технологии нейровизуализации и в основном критические замечания, но также в некоторой степени защищается их текущее состояние, значение и перспективы.

См. Также [ править ]

Анализ функциональных нейроизображений
Автоматическая анатомическая маркировка
Динамическое причинно-следственное моделирование
Электроэнцефалография
Событийный потенциал
Библиотека программного обеспечения FMRIB
FreeSurfer
Функциональная интеграция (нейробиология)
Магнитоэнцефалография
Психическое событие
Спектроскопия в ближнем инфракрасном диапазоне
Перфузионное сканирование
Однофотонная эмиссионная компьютерная томография
Статистическое параметрическое отображение

Ссылки [ править ]

^ Полдрак, РА; Сандак, Р. (2004). «Введение в этот специальный выпуск: когнитивная неврология чтения». Научные исследования чтения . 8 (3): 199. DOI : 10,1207 / s1532799xssr0803_1 .
^ Херб, Константин; Мейсон, Эрика; Маттингли, Эли; Мандевиль, Джозеф; Мандевиль, Эмири; Кули, Кларисса; Уолд, Лоуренс (2020). «Функциональный MPI (fMPI) гиперкапнии в головном мозге грызунов с визуализацией временного ряда MPI». Международный журнал по визуализации магнитных частиц . 6 (2/1). DOI : 10.18416 / IJMPI.2020.2009009 .
^ Gougoux, FDR; Zatorre, RJ; Lassonde, M .; Voss, P .; Лепор, Ф. (2005). «Функциональное нейровизуализационное исследование локализации звука: активность зрительной коры головного мозга предсказывает производительность у рано слепых» . PLoS Биология . 3 (2): e27. DOI : 10.1371 / journal.pbio.0030027 . PMC 544927 . PMID 15678166 .
^ Марко Якобони и др. (2007). «Это ваш мозг о политике» . В: The New York Times, 11 ноября 2007 г.
^ Крис Фрит и др. (2007). «Политика и мозг» . В: The New York Times, 14 ноября 2007 г.
^ Джонстон, Дж, & Паренс, Е. (2014). «Устный Neuroimages: Введение в технологию и ее границы», Центр отчеты Гастингса, том 44, выпуск s2, март-апрель 2014 .

Дальнейшее чтение [ править ]

Кабеза, Р., Кингстон, К. (ред.) (2006). Справочник по функциональной нейровизуализации познания . MIT Press.
Cacioppo, JT, Tassinary, LG, и Berntson, GG (2007). Справочник по психофизиологии. Издательство Кембриджского университета.
Хиллари, Ф.Г., и ДеЛука, Дж. (2007). Функциональная нейровизуализация в клинических группах .
Канвишер, Н., и Дункан, Дж. (2004). Функциональная нейровизуализация визуального познания .
Зильберсвейг, Д., и Стерн, Э. (2001). Основы и практика функциональной нейровизуализации и нейропсихологии .
Тэтчер, Р., У. (1994). Функциональная нейровизуализация: технические основы.

Внешние ссылки [ править ]

Атлас всего мозга @ Harvard
Американское общество нейровизуализации (ASN) .
Программа обучения нейровизуализации UCLA .
BrainMapping.org, бесплатный информационный портал сообщества BrainMapping

..

[1] Полдрак, РА; Сандак, Р. (2004). «Введение в этот специальный выпуск: когнитивная неврология чтения». Научные исследования чтения . 8 (3): 199. DOI : 10,1207 / s1532799xssr0803_1 .

[2] Херб, Константин; Мейсон, Эрика; Маттингли, Эли; Мандевиль, Джозеф; Мандевиль, Эмири; Кули, Кларисса; Уолд, Лоуренс (2020). «Функциональный MPI (fMPI) гиперкапнии в головном мозге грызунов с визуализацией временного ряда MPI». Международный журнал по визуализации магнитных частиц . 6 (2/1). DOI : 10.18416 / IJMPI.2020.2009009 .

[3] Gougoux, FDR; Zatorre, RJ; Lassonde, M .; Voss, P .; Лепор, Ф. (2005). «Функциональное нейровизуализационное исследование локализации звука: активность зрительной коры головного мозга предсказывает производительность у рано слепых» . PLoS Биология . 3 (2): e27. DOI : 10.1371 / journal.pbio.0030027 . PMC 544927 . PMID 15678166 .

[4] Марко Якобони и др. (2007). «Это ваш мозг о политике» . В: The New York Times, 11 ноября 2007 г.

[5] Крис Фрит и др. (2007). «Политика и мозг» . В: The New York Times, 14 ноября 2007 г.

[6] Джонстон, Дж, & Паренс, Е. (2014). «Устный Neuroimages: Введение в технологию и ее границы», Центр отчеты Гастингса, том 44, выпуск s2, март-апрель 2014 .

[1], в