Комп’ютерна томографія (КТ)

Комп'ютерна томографія (КТ) -новий метод, що дає точні та детальні зображення найменших змін щільності мозкової речовини. КТ поєднала в собі останні досягнення рентгенівської та обчислювальної техніки, відрізняючись принциповою новизною технічних рішень та математичного забезпечення.Головна відмінність КТ від рентгенографії полягає в тому, що рентген дає лише один вид частини тіла. За допомогою комп'ютерної томографії можна отримати безліч зображень того самого органу і таким чином побудувати внутрішній поперечний зріз, або "скибочка" цієї частини тіла. Томографічне зображення - це результат точних вимірів та обчислень показників ослаблення рентгенівського випромінювання, які стосуються лише конкретного органу. Таким чином, метод дозволяє розрізняти тканини, що незначно відрізняються між собою по поглинаючій здатності. Виміряні випромінювання та ступінь його ослаблення набувають цифрового виразу. За сукупністю вимірів кожного шару проводиться комп'ютерний синтез томограми. Завершальний етап — побудова зображення досліджуваного шару екрані дисплея. Для проведення томографічних досліджень мозку використовується прилад нейротомограф. Крім рішення клінічних завдань (наприклад, визначення розташування пухлини) за допомогою КТ можна отримати уявлення про розподіл регіонального мозкового кровотоку. Завдяки цьому КТ може бути використана для вивчення обміну речовин та кровопостачання мозку. Під час життєдіяльності нейрони споживають різні хімічні речовини, які можна помітити радіоактивними ізотопами (наприклад, глюкозу). При активізації нервових клітин кровопостачання відповідної ділянки мозку зростає, в результаті в ньому накопичуються мічені речовини та зростає радіоактивність. Вимірюючирівень радіоактивності різних ділянок мозку, можна зробити висновки про зміни активності мозку за різних видів психічної діяльності. Останні дослідження показали, що визначення максимально активізованих ділянок мозку може здійснюватись з точністю до 1 мм.

Ядерно-магнітно-резонансна томографія мозку. ФМР). Ці методи відносяться до найбільш перспективних способів неінвазивного поєднаного вивчення структури, метаболізму та кровотоку мозку.

ПриЯМР-томографіїотримання зображення ґрунтується на визначенні в мозковій речовині розподілу щільності ядер водню (протонів) та на реєстрації деяких їх характеристик за допомогою потужних електромагнітів, розташованих навколо тіла людини. Отримані за допомогою ЯМР-томографії зображення дають інформацію про структури головного мозку, що вивчаються, не тільки анатомічного, але і фізикохімічного характеру. Крім цього перевага ядерно-магнітного резонансу полягає у відсутності іонізуючого випромінювання; у можливості багатоплощинного дослідження, яке здійснюється виключно електронними засобами; у більшій роздільній здатності. Інакше кажучи, з допомогою цього можна отримати чіткі зображення " зрізів " мозку у різних площинах. Позитронно-Емісійна трансаксіальна Томографія (ПЕТ-сканери) поєднує можливості КТ та радіоізотопної діагностики. У ній використовуються ультракороткоживучі позитронізлучаючі ізотопи ("барвники"), що входять до складу природних метаболітів мозку, яківводяться в організм людини через дихальні шляхи або внутрішньовенно. Активним ділянкам мозку потрібен більший приплив крові, тому в робочих зонах мозку накопичується більше радіоактивного барвника. Випромінювання цього "барвника" перетворять на зображення на дисплеї. За допомогою ПЕТ вимірюють регіональний мозковий кровотік та метаболізм глюкози або кисню в окремих ділянках головного мозку. ПЕТ дозволяє здійснювати прижиттєве картування на "зрізах" мозку регіонального обміну речовин та кровотоку. В даний час розробляються нові технології для вивчення та вимірювання процесів, що відбуваються в мозку, засновані, зокрема, на поєднанні методу ЯМР з вимірюванням мозкового метаболізму за допомогою позитронної емісії. Ці технології отримали назвуметоду функціонального магнітного резонансу (ФМР)(див. Відео).

Нейрональна активність

Нейрон - нервова клітина, через яку передається інформація в організмі, являє собою морфофункціональну одиницю ЦНС людини та тварин. При досягненні порогового рівня збудження, що надходить у нейрон із різних джерел, він генерує розряд, що називається потенціалом дії. Як правило, нейрон повинен отримати багато імпульсів, що приходять, перш ніж у ньому виникне розряд у відповідь. Всі контакти нейрона (синапси ) діляться на два класи: збудливі та гальмівні. Активність перших збільшує можливість розряду нейрона, активність других знижує. За образним порівнянням, відповідь нейрона на активність всіх його синапсів є результатом своєрідного "хімічного голосування". Частота відповідей нейрона залежить від того, наскільки часто і з якою інтенсивністю збуджуються його синаптичні контакти, але тут є свої обмеження. Генерація імпульсів (спайків) робить нейроннедієздатною приблизно на 0,001 с. Цей період називається рефрактерним, він необхідний відновлення ресурсів клітини. Період рефрактерності обмежує частоту розрядів нейронів. Частота розрядів нейронів коливається в широких межах, за деякими даними від 300 до 800 імпульсів за секунду (див. Відео).

Варіанти осцилограм імпульсної активності нейронних популяцій, що реєструються в різних кіркових та підкіркових структурах (за Н.П. Бехтерєвою з співавт., 1985). Вгорі – позначки часу (100 мс). Латинські букви праворуч - умовні позначення структур мозку людини

Реєстрація відповідей нейронів. Активність одиночного нейрона реєструється за допомогою так званих мікроелектродів, кінчик яких має від 0,1 до 1 мікрона в діаметрі. Спеціальні пристрої дозволяють вводити такі електроди в різні відділи головного мозку, в такому положенні можна зафіксувати електроди і, будучи з'єднані з комплексом підсилювач — осцилограф, вони дозволяють спостерігати електричні розряди нейрона. За допомогою мікроелектродів реєструють активність окремих нейронів, невеликих ансамблів (груп) нейронів та множинних популяцій (тобто порівняно великих груп нейронів). Кількісна обробка записів імпульсної активності нейронів є досить складне завдання особливо у тих випадках, коли нейрон генерує безліч розрядів і потрібно виявити зміни цієї динаміки залежно від будь-яких факторів. За допомогою ЕОМ та спеціального програмного забезпечення оцінюються такі параметри, як частота імпульсації, частота ритмічних пачок або групування імпульсів, тривалість міжстимульних інтервалів та ін. Аналіз функціональних характеристик активності нейронів у порівнянні з поведінковими реакціямипроводиться на досить тривалих відрізках часу від 25-30 с та вище. Активність нейронів реєструють у тварин в експерименті, у людини у клінічних умовах. Цінними об'єктами дослідження функціональних властивостей нейронів є великі і відносно доступні нейрони деяких безхребетних. Численні факти, що стосуються нейрональної організації поведінки, були отримані щодо імпульсної активності нейронів в експериментах на кроликах, кішках і мавпах. Дослідження активності нейронів головного мозку людини здійснюються в клінічних умовах, коли пацієнтам з лікувальними цілями вводять у мозок спеціальні мікроелектроди. У ході лікування для повноти клінічної картини хворі проходять психологічне тестування, під час якого реєструється активність нейронів. Дослідження біоелектричних процесів у клітинах, що зберігають всі свої зв'язки в мозку, дозволяє зіставляти особливості їх активності, з результатами психологічних проб, з одного боку, а також з інтегративними фізіологічними показниками (ЕЕГ, ВП, ЕМГ та ін.). , Тому що одним із завдань вивчення роботи мозку є знаходження такого методу, який дозволив би гармонійно поєднувати найтонший аналіз у вивченні деталей його роботи з дослідженням інтегральних функцій. Знання законів функціонування окремих нейронів, звичайно, абсолютно необхідне, але це лише одна сторона у вивченні функціонування мозку, яка не розкриває, однак, законів роботи мозку як цілісної функціональної системи.

Методи впливу на мозок

Вище були представлені методи, загальна мета яких – реєстрація фізіологічних проявів та показників функціонування головного мозку людини та тварин. Поряд з цим дослідники завжди прагнулипроникнути в механізми мозку, надаючи на нього прямий чи опосередкований вплив та оцінюючи наслідки цих впливів. Для психофізіолога використання різних прийомів стимуляції - пряма можливість моделювання поведінки та психічної діяльності у лабораторних умовах.

Сенсорна стимуляція. Найпростіший спосіб впливу на мозок - це використання природних або близьких до них стимулів (зорових, слухових, нюхових, тактильних тощо). Маніпулюючи фізичними параметрами стимулу та його змістовними характеристиками, дослідник може моделювати різні сторони психічної діяльності та поведінки людини. Діапазон застосовуваних стимулів досить широкий:у сфері зорового сприйняття— від елементарних зорових стимулів (спалахи, шахові поля, грати) до слів і пропозицій, що візуально пред'являються, з тонко диференційованою семантикою;у сфері слухового сприйняття— від немовних стимулів (тонів, клацань) до фонем, слів та речень. При вивченні тактильної чутливості застосовується стимуляція: механічна та електричними стимулами, що не досягають порога больової чутливості, при цьому подразнення може наноситися на різні ділянки тіла. Реакції ЦНС на такий вплив добре вивчені і шляхом реєстрації активності нейронів, і методом викликаних потенціалів. Крім сказаного, у психофізіології широко використовуються прийоми ритмічної стимуляції світлом або звуком, що викликають ефекти нав'язування - відтворення в спектрі ЕЕГ частот, що відповідають частоті діючого стимулу (або кратних цій частоті).

Електрична стимуляція мозку є плідним методом вивчення функцій його окремих структур. Вона здійснюється через введені в мозок електроди в "гострих" дослідах натварин або під час хірургічних операцій на мозку людини. Крім того, можлива стимуляція і в умовах тривалого спостереження за допомогою попередньо вживлених оперативним шляхом електродів. При хронічно вживлених електродах можна вивчати особливий феномен електричної самостимуляції, коли тварина за допомогою будь-якої дії (натискання на важіль) замикає електричний ланцюг і таким чином регулює силу подразнення власного мозку. У людини електрична стимуляція мозку застосовується вивчення зв'язку між психічними процесами і функціями і відділами мозку. Приміром, можна вивчати фізіологічні основи промови, пам'яті, емоцій. У лабораторних умовах використовується метод мікрополяризації, суть якого полягає у пропусканні слабкого постійного струму через окремі ділянки кори головного мозку. При цьому електроди прикладаються до поверхні черепа у сфері стимуляції. Локальна мікрополяризація не руйнує тканину мозку, а лише впливає на зрушення потенціалу кори в ділянці, що стимулюється, тому вона може бути використана в психофізіологічних дослідженнях. Поряд з електричною допустима стимуляція кори мозку людини слабким електромагнітним полем. Основу цього методу становить важлива можливість зміни показників діяльності ЦНС під впливом контрольованих магнітних полів. У цьому випадку також не виявляється руйнівної дії на клітини мозку. У той самий час, за деякими даними, вплив електромагнітним полем відчутно впливає перебіг психічних процесів, отже, цей метод цікавий психофізіології.

Руйнування ділянок мозку. Пошкодження або видалення частини головного мозку для встановлення її функцій у забезпеченні поведінки - один з найбільш старих інайпоширеніших методів вивчення фізіологічних основ поведінки. У чистому вигляді метод застосовується в експериментах із тваринами. Поруч із поширене психофізіологічне обстеження людей, яким за медичними показаннями було проведено видалення частини мозку.

Руйнівне втручання може здійснюватися шляхом:

oперерізання окремих шляхів або повного відділення структур(наприклад, поділ півкуль шляхом розтину міжпівкульної зв'язки — мозолистого тіла);

oруйнування структур при пропусканні постійного струму(електролітичне руйнування) або струму високої частоти (термокоагуляція) через введені у відповідні ділянки мозку електроди;

oхірургічного видаленнятканини скальпелем або відсмоктуванням за допомогою спеціального вакуумного насоса, що виконує роль пастки для тканини, що відсмоктується;

oхімічних руйнуваньза допомогою спеціальних препаратів, що виснажують запаси медіаторів або руйнують нейрони;

oоборотного функціонального руйнування, яке досягається за рахунок охолодження, місцевої анестезії та інших прийомів.

Отже, загалом метод руйнування мозку включає руйнування, видалення і розтин тканини, виснаження нейрохімічних речовин, в першу чергу медіаторів, а також тимчасове функціональне виключення окремих областей головного мозку і оцінку впливу вищеперелічених ефектів на поведінку тварин.