Функциональная нейровизуализация — это использование технологии нейровизуализации для измерения аспекта функции мозга, часто с целью понимания взаимосвязи между активностью в определенных областях мозга и конкретными психическими функциями. Она в основном используется как исследовательский инструмент в когнитивной нейронауке , когнитивной психологии , нейропсихологии и социальной нейронауке .
Распространенные методы функциональной нейровизуализации включают:
ПЭТ, фМРТ, фНИРС и фУЗИ могут измерять локализованные изменения мозгового кровотока, связанные с нейронной активностью. Эти изменения называются активациями . Области мозга, которые активируются, когда субъект выполняет определенную задачу, могут играть роль в нейронных вычислениях , которые способствуют поведению. Например, широко распространенная активация затылочной доли обычно наблюдается в задачах, которые включают зрительную стимуляцию (по сравнению с задачами, которые ее не включают). Эта часть мозга получает сигналы от сетчатки и, как полагают, играет роль в зрительном восприятии .
Другие методы нейровизуализации включают регистрацию электрических токов или магнитных полей, например, ЭЭГ и МЭГ. Различные методы имеют разные преимущества для исследований; например, МЭГ измеряет активность мозга с высоким временным разрешением (вплоть до уровня миллисекунд), но ограничена в своей способности локализовать эту активность. фМРТ гораздо лучше локализует активность мозга для пространственного разрешения, но с гораздо более низким временным разрешением [1], в то время как функциональное ультразвуковое исследование (фУЗИ) может достигать интересного пространственно-временного разрешения (вплоть до 100 микрометров, 100 миллисекунд, при 15 МГц в доклинических моделях), но также ограничено нейроваскулярным сопряжением.
Недавно была предложена магнитно-частичная визуализация как новый чувствительный метод визуализации, который имеет достаточное временное разрешение для функциональной нейровизуализации на основе увеличения объема церебральной крови. Первые доклинические испытания успешно продемонстрировали функциональную визуализацию на грызунах. [2]
Мера, используемая в конкретном исследовании, как правило, связана с конкретным рассматриваемым вопросом. Ограничения измерений различаются в зависимости от методов. Например, МЭГ и ЭЭГ регистрируют магнитные или электрические колебания, которые происходят, когда популяция нейронов активна. Эти методы отлично подходят для измерения временного хода нейронных событий (порядка миллисекунд), но, как правило, плохо подходят для измерения того, где эти события происходят. ПЭТ и фМРТ измеряют изменения в составе крови вблизи нейронного события. Поскольку измеримые изменения крови происходят медленно (порядка секунд), эти методы намного хуже подходят для измерения временного хода нейронных событий, но, как правило, лучше подходят для измерения местоположения.
Традиционные «исследования активации» фокусируются на определении распределенных моделей мозговой активности, связанных с определенными задачами. Однако ученые способны более полно понять функцию мозга, изучая взаимодействие отдельных областей мозга, поскольку большая часть нейронной обработки выполняется интегрированной сетью нескольких областей мозга. Активная область исследований нейровизуализации включает изучение функциональной связности пространственно удаленных областей мозга. Анализ функциональной связности позволяет характеризовать межрегиональные нейронные взаимодействия во время определенных когнитивных или двигательных задач или просто из спонтанной активности во время отдыха. ФМРТ и ПЭТ позволяют создавать карты функциональной связности отдельных пространственных распределений временно коррелированных областей мозга, называемых функциональными сетями. Несколько исследований с использованием методов нейровизуализации также установили, что задние зрительные области у слепых людей могут быть активны во время выполнения невизуальных задач, таких как чтение шрифтом 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. Это можно сделать неинвазивно у людей, комбинируя транскраниальную магнитную стимуляцию с одним из инструментов нейровизуализации, таким как ПЭТ, фМРТ или ЭЭГ. Массимини и др. ( Science , 30 сентября 2005 г.) использовали ЭЭГ для записи того, как активность распространяется от стимулируемого участка. Они сообщили, что в состоянии сна без быстрого сна , хотя мозг энергично реагирует на стимуляцию, функциональная связность значительно ослаблена по сравнению с уровнем бодрствования. Таким образом, во время глубокого сна «области мозга не общаются друг с другом».
Функциональная нейровизуализация использует данные из многих областей, помимо когнитивной нейронауки и социальной нейронауки , включая другие биологические науки (такие как нейроанатомия и нейрофизиология ), физику и математику , для дальнейшего развития и совершенствования технологии.
Функциональные нейровизуализационные исследования должны быть тщательно разработаны и интерпретированы с осторожностью. Статистический анализ (часто с использованием техники, называемой статистическим параметрическим картированием ) часто необходим для того, чтобы можно было отличить друг от друга различные источники активации в мозге. Это может быть особенно сложным при рассмотрении процессов, которые трудно концептуализировать или не имеют легко определяемой задачи, связанной с ними (например, убеждение и сознание ).
Функциональная нейровизуализация интересных явлений часто цитируется в прессе. В одном случае группа видных исследователей функциональной нейровизуализации сочла необходимым написать письмо в New York Times в ответ на статью -опцию об исследовании так называемой нейрополитики . [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 ограничения» [6] со статьями ведущих нейробиологов и биоэтиков . В отчете кратко описываются технологии нейровизуализации и в основном критикуются, но также и защищаются их текущее состояние, важность и перспективы.
