Повышение скорости сканирования мозга открывает новые возможности понимания того, как области мозга взаимодействуют друг с другом в кооперативных группах, называемых сетями.
Ученые из Медицинской школы Вашингтонского университета в Санкт-Петербурге. Луи и Институт технологий и передовой биомедицинской визуализации при Университете Кьети, Италия, использовали более быстрые сканирования для отслеживания активности мозга добровольцев в состоянии покоя и во время просмотра фильма.
"Активность мозга происходит волнами, которые повторяются так медленно, как каждые 10 секунд, или так же быстро, как каждые 50 миллисекунд," сказал старший научный сотрудник Маурицио Корбетта, доктор медицины, Norman J. Штупп профессор неврологии. "Это наш первый взгляд на эти сети, где мы можем измерять активность каждые 50 миллисекунд, а также отслеживать более медленные колебания активности, которые больше похожи на те, которые наблюдаются при функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). Этот анализ, выполняемый в состоянии покоя и во время просмотра фильма, дает некоторые интересные и новые идеи о том, как эти сети настроены в состоянии покоя и в активном мозге."
По словам Корбетты, понимание того, как функционируют мозговые сети, важно для лучшей диагностики и лечения травм головного мозга.
Исследование появилось в сети в Neuron.
Исследователям известно несколько мозговых сетей в состоянии покоя, которые представляют собой группы различных областей мозга, уровни активности которых повышаются и понижаются синхронно, когда мозг находится в состоянии покоя. Ученые использовали фМРТ для определения местоположения и характеристики этих сетей, но относительная медленность этого подхода ограничила их наблюдения активностью, которая меняется каждые 10 секунд или около того. Неожиданным результатом фМРТ стало то, что пространственный паттерн активности (или топография) этих мозговых сетей схож в покое и во время выполнения заданий.
Напротив, более быстрая технология, называемая магнитоэнцефалография (МЭГ), может обнаруживать активность на уровне миллисекунд, позволяя ученым исследовать волны активности на частотах от медленных (0.1-4 цикла в секунду) до быстрого (более 50 циклов в секунду).
"Интересно, что даже когда мы смотрели на гораздо более высокое временное разрешение, мозговые сети, кажется, колеблются в относительно медленном временном масштабе," сказал первый автор Вивиана Бетти, доктор философии, исследователь в Кьети. "Однако, когда испытуемые переходили от отдыха к просмотру фильма, сети, казалось, меняли частотные каналы, в которых они работают, предполагая, что мозг использует разные частоты для отдыха и выполнения задач, во многом как радио."
В ходе исследования ученые попросили одну группу добровольцев отдохнуть или посмотреть фильм во время сканирования мозга. Вторую группу попросили посмотреть фильм и найти границы событий, моменты, когда сюжет или персонажи или другие элементы истории изменились. Они нажали кнопку, когда заметили эти изменения.
Как и в предыдущих исследованиях, большинство испытуемых распознавали сходные границы событий в фильме. МЭГ-сканирование показало, что связь между областями зрительной коры была изменена вблизи границ фильма, особенно в сетях зрительной коры.
"Это дает нам представление о том, как когнитивная деятельность динамически изменяет сети состояния покоя," Корбетта сказала. "Активность блокируется и разблокируется в этих сетях в зависимости от того, как разворачивается задача. В будущих исследованиях потребуется отслеживать сети состояния покоя в различных задачах, чтобы увидеть, как коррелированная активность динамически координируется в мозгу."