Функциональная нейровизуализация - Functional neuroimaging

Функциональная магнитно-резонансная томография данные

Функциональная нейровизуализация это использование нейровизуализация технология для измерения аспекта функции мозга, часто с целью понимания взаимосвязи между активностью в определенных мозг области и специфические психические функции. Он в основном используется как инструмент исследования в когнитивная нейробиология, когнитивная психология, нейропсихология, и социальная неврология.

Обзор

Разрешение основных методов функциональной визуализации мозга

Общие методы функциональной нейровизуализации включают:

Позитронно-эмиссионная томография (ДОМАШНИЙ ПИТОМЕЦ)
Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ)
Электроэнцефалография (ЭЭГ)
Магнитоэнцефалография (МЭГ)
Функциональная ближняя инфракрасная спектроскопия (fNIRS)
Однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ)
Функциональная ультразвуковая визуализация (fUS)

ПЭТ, фМРТ, fNIRS и fUS могут измерять локальные изменения мозгового кровотока, связанные с нервной активностью. Эти изменения называются активации. Области мозга, которые активируются, когда субъект выполняет конкретную задачу, могут играть роль в нейронные вычисления которые способствуют поведению. Например, повсеместная активация затылочная доля обычно встречается в задачах, которые включают визуальный стимуляция (по сравнению с заданиями, которые этого не делают). Эта часть мозга получает сигналы от сетчатка и считается, что играет роль в визуальное восприятие.

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 уровня миллисекунд), но ограничена в своей способности локализовать эту активность. ФМРТ намного лучше локализует мозговую активность для пространственного разрешения, но с гораздо меньшим временным разрешением.^[1] пока функциональный ультразвук (fUS) может достигать интересного пространственно-временного разрешения (до 100 микрометров, 100 миллисекунд, на частоте 15 МГц в доклинических моделях), но также ограничено нейроваскулярной связью.

Темы функциональной нейровизуализации

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 происходят, 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 активности мозга, связанных с конкретными задачами. Тем не менее, 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 связности 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 шрифта Брайля, извлечение памяти и слуховая локализация, а также другие слуховые функции.^[2]

Прямой метод измерения функциональной связи - это наблюдение за тем, как стимуляция одной части мозга повлияет на другие области. У людей это можно сделать неинвазивно путем сочетания транскраниальная магнитная стимуляция с помощью одного из инструментов нейровизуализации, такого как ПЭТ, фМРТ или ЭЭГ. Massimini et al. (Наука, 30 сентября 2005 г.) использовали ЭЭГ, чтобы записать, как активность распространяется от стимулируемого участка. Они сообщили, что в медленный сон, хотя мозг энергично реагирует на стимуляцию, функциональная связность значительно снижается 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 когнитивная нейробиология и социальная неврология, включая другие биологические науки (такие как нейроанатомия и нейрофизиология ), физика и математика, для дальнейшего развития и совершенствования технологии.

Критика и осторожная интерпретация

Функциональные нейровизуализационные исследования должны быть тщательно спланированы и интерпретированы с осторожностью. Статистический анализ (часто с использованием метода, называемого статистическое параметрическое отображение ) часто требуется для того, чтобы различные источники активации в мозге можно было отличить друг от друга. Это может быть особенно сложно при рассмотрении процессов, которые трудно концептуализировать или с которыми не связана легко определяемая задача (например, вера и сознание ).

Функциональная нейровизуализация интересных явлений часто цитируется в прессе. В одном случае группа видных исследователей функциональной нейровизуализации сочла необходимым написать письмо по адресу: Нью-Йорк Таймс в ответ на комментарий статья об исследовании так называемых нейрополитика.^[3] Они утверждали, что некоторые интерпретации исследования были «научно необоснованными».^[4]

Центр Гастингса выпустил отчет в марте 2014 года под названием «Интерпретация нейроизображений: введение в технологию и ее ограничения»,^[5] со статьями ведущих нейробиологов и биоэтики. В отчете кратко объясняются технологии нейровизуализации и, в основном, критика, но также в некоторой степени защищается их текущее состояние, значение и перспективы.

Смотрите также

дальнейшее чтение

Кабеза, Р., Кингстон, К. (ред.) (2006). Справочник по функциональной нейровизуализации познания. MIT Press.
Cacioppo, J.T., Tassinary, L.G., & Berntson, G.G. (2007). Справочник по психофизиологии. Издательство Кембриджского университета.
Хиллари, Ф.Г., и ДеЛука, Дж. (2007). Функциональная нейровизуализация в клинических группах населения.
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., В. (1994). Функциональная нейровизуализация: технические основы.

внешняя ссылка

..

[1] Poldrack, R.A .; Сандак, Р. (2004). «Введение в этот специальный выпуск: когнитивная неврология чтения». Научные исследования чтения. 8 (3): 199. Дои:10.1207 / s1532799xssr0803_1.

[2] Gougoux, F. D. R .; Zatorre, R.J .; Lassonde, M .; Voss, P .; Лепор, Ф. (2005). «Функциональное нейровизуализационное исследование локализации звука: активность зрительной коры головного мозга предсказывает производительность у людей с ранней слепотой». PLoS Биология. 3 (2): e27. Дои:10.1371 / journal.pbio.0030027. ЧВК 544927. PMID 15678166.

[3] Марко Якобони и др. (2007). "Это ваш мозг о политике". В: Нью-Йорк Таймс 11 ноября 2007 г.

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

[5] Джонстон, Дж., И Паренс, Э. (2014).«Интерпретация нейроизображений: введение в технологию и ее пределы», Отчет Центра Гастингса, том 44, выпуск s2, март-апрель 2014 г..

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]