Одним из путей развития психологии стало использование различных методов нейровизуализации. С точки зрения истории экспериментальной психологии нейровизуализация началась с когнитивной революции. Многие ученые поняли, что понимание мозг играет огромную роль во внешнем поведении. Ученые также используют методы и методики нейровизуализации для профилактики, диагностики и лечения различных неврологических заболеваний.
Сегодня у нас все еще нет четкой картины всего мозга. в себе. Не все сети были нанесены на карту, но мы значительно продвинулись вперед. Развитие неинвазивных и инвазивных методов нейровизуализации и их использование для исследовательских и медицинских целей был определенным прорывом.
Нейровизуализация — что мы можем картировать?
Когда кто-то думает о мозге и нервной системе, можно придумать множество вещей, которые нужно нанести на карту. Конечно, у нас есть сам мозг, его части и функции анатомических функций. У нас есть методы нейровизуализации, которые имеют дело именно с этим. Однако, несмотря на анатомию, существует множество методов нейровизуализации, которые пытаются смотреть на вещи на более микроскопическом уровне.
У нас есть методы, позволяющие просматривать области коры головного мозга. Другие методы рассматривают корковые столбцы и различные слои. У нас есть методы, которые могут записывать одну ячейку саму по себе. Идя еще дальше, мы можем рассмотреть сому нейрона, дендрит и отдельно аксоны. Мы даже можем посмотреть на синаптические связи между двумя нейронами.
Классификация методов нейровизуализации
Методы нейровизуализации также охватывают не только пространственное разрешение. Мы пытаемся заглянуть в белки, органеллы, бактерии, клетки млекопитающих, в мозг различных видов и, наконец, в человеческий мозг. Многие методы нейровизуализации также отличаются временным разрешением. Они отличаются тем, насколько быстро они могут обнаружить событие, которое происходит в мозгу. Эти методы нейровизуализации различаются миллисекундами, секундами, минутами, часами и днями. Они также различаются пространственным разрешением. Некоторые методы могут хорошо отображать анатомические структуры, а другие нет. Кроме того, разнообразие методов нейровизуализации различается по степени их неинвазивности и инвазивности.
Если можно представить, ученые используют гораздо больше неинвазивных методов нейровизуализации в исследованиях. Немногие постоянные участники соглашаются на что-то, что потенциально может изменить работу их мозга. Практикующие врачи гораздо чаще используют инвазивные методы нейровизуализации для лечения определенных заболеваний. Различные пациенты с неврологическими заболеваниями ежедневно получают пользу от инвазивных неврологических методов. В некоторых случаях больные сами способны контролировать стимулирующий метод.
Электрофизиологические методы
Уже много лет мы знаем, что нейроны способны генерировать электрические потенциалы. Мы также знаем, что синаптическая активность нервного вещества подобна батарее. Он действует как электрический генератор.
Если мы вспомним первый урок физиологии, который мы взяли, мы можем примерно вспомнить структуру нейрона. На ум приходят такие слова, как тело клетки или сома, дендриты и аксон. Дендриты, по-видимому, способны принимать электрические сигналы. Аксон посылает электрические сигналы дендриту следующего нейрона. Тело клетки объединяет сигналы от предыдущих нейронов. Затем он посылает другой сигнал по аксону для следующего нейрона.
Внутри самих нейронов мы можем различать два разных типа электрической активности.
1-потенциалы действия
Потенциал действия — очень распространенное понятие, которое многие студенты изучают на первом занятии по нервной системе. Весь процесс длится около 1 мс и завершается высвобождением нейротрансмиттеров на концах аксонов.
- Стимул от предыдущего нейрона активирует потенциальные ворота на натриевых каналах, что вызывает приток положительно заряженного натрия в клетку.
- Это деполяризует мембрану. Иногда деполяризация мембраны способна достигать порога.
- Если это произойдет, произойдет ряд событий, чтобы послать сигнал по аксону к следующему нейрону. Это то, что мы называем потенциалом действия.
- Калиевые каналы все еще закрыты, и, поскольку у нас есть приток натрия, мембрана становится более положительной внутри, чем снаружи.
- После этого каналы для натрия закрываются, а значит, и поступление натрия прекращается.
- Это когда калиевые каналы остаются открытыми, и калий выходит из клетки и снова делает внутреннюю часть клетки отрицательной. Эта реполяризация нейрона может привести к тому, что общее напряжение будет ниже исходного потенциала покоя.
- Это происходит из-за того, что калиевые каналы немного дольше остаются открытыми. Это заканчивается гиперполяризацией. В течение этого периода не может возникнуть новый потенциал действия, и это то, что мы называем рефрактерным периодом нейрона.
- Ученые не могут регистрировать потенциалы действия с помощью поверхностных электродов. На сегодняшний день мы не можем записывать потенциалы от одного нейрона. Что мы можем записать, так это второй тип электрической активности. Мы можем, однако, использовать внутричерепная электроэнцефалография (ЭЭГ) для их измерения, что является инвазивным методом.
2- Постсинаптические потенциалы
Они длятся сотни миллисекунд и представляют собой одновременное сложение потенциалов различных нейронов. Мы можем записывать потенциалы вместе. Исследователи могут легко регистрировать эти потенциалы с поверхностных электродов. Электроэнцефалография (ЭЭГ) могут измерять эти типы потенциалов.
Итак, в итоге мы можем выделить два основных типа методов нейровизуализации, измеряющих электрическую активность нейрона.
Два основных типа электрофизиологических методов
- Одноклеточные записи
- Эти записи позволяют измерять несколько различных потенциалов действия каждую секунду. Электроды будут размещены внутри одной клетки или рядом с нейроном, что делает технику инвазивной.
- Этот метод может быть полезен исследователям, которые хотят понять, как работают отдельные клетки.
- Благодаря тому, что этот метод позволяет измерять отдельные нейроны, мы можем видеть, насколько специфичны эти клетки.
- В опубликованной статье говорится, что одиночные нейроны стреляли в лицо Дженнифер Энистон и никому другому. Этот уровень распознавания объектов относится к категории очень высокого уровня. зрительные нейроны и бумага привлекли большое внимание из-за такой странной работы одного нейрона. (1)
- Событийные потенциалы (ERP)
- Эти записи получают суммирование различных электрических потенциалов для множества нейронов (их миллионы). Этот метод размещает электроды на черепе, поэтому они являются поверхностными электродами.
Электроэнцефалография и связанные с событиями потенциалы (ERP)
Поскольку теперь мы знаем, что мозг производит электрические потенциалы, мы можем их измерить. Электроэнцефалография помогает нам в этом. Ученые могут размещать различные электроды на поверхности кожи головы, а затем измерять биоэлектрическую активность, которую производит мозг. Событийные потенциалы (ERP) — это потенциалы различных нейронов, возникающие в результате различных стимулов, которые ученый дает участнику. Стимулы и задачи, которые ставят исследователи, могут варьироваться от двигательных до сенсорных и когнитивных.
Таким образом, ученые могут измерить, где и когда нейроны будут всплескиваться в результате определенных назначенных стимулов. Исследователи смогли найти различные компоненты ERP или аналогично распределенные нейроны, которые срабатывают одновременно. Они обнаружили различные компоненты ERP, связанные с языком, визуальным вниманием, слуховыми компонентами (известные понятия, такие как негативность несоответствия) и многими другими.
Другие методы нейровизуализации
Магнитоэнцефалография (МЭГ)
Методы нейровизуализации не ограничиваются измерением электрической активности нейронов. Другой известный метод визуализации мозга — МЭГ — регистрирует магнитные поля. Электрические токи, которые уже возникают в мозг генерирует магнитные поля. МЭГ может напрямую измерять функцию мозга, что является огромным преимуществом по сравнению с другими методами. Кроме того, он имеет очень высокое временное разрешение и высокое пространственное разрешение, что является одним из самых редких вещи, когда дело доходит до мозга исследовательская работа. Обычно методы нейровизуализации имеют более высокое пространственное или временное разрешение, но не оба.
МЭГ неинвазивен. Ученые могут использовать его одновременно с другими методами нейровизуализации, такими как ЭЭГ. Один большой недостаток МЭГ заключается в том, что для получения магнитных полей необходимо построить специальное помещение, избавляющее от других типов магнитных помех. Из-за этого машина достаточно затратная, но на сегодняшний день является одним из лучших методов измерения мозговой активности.
Другие известные виды томографии головного мозга не измеряют непосредственную мозговую активность, однако имеют достаточно хорошее пространственное разрешение и часто используются в клинических и диагностических целях.
Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ)
Этот метод дает изображение активности мозга, однако для получения этого изображения радиоактивный материал должен быть либо вдохнут, либо введен участником. Затем изображение будет получено из-за того, что этот радиоактивный материал попадет в активные области мозга.
Компьютерная томография (КТ)
Этот метод также может создавать изображения мозга. Однако он способен показать анатомию мозга, а не сами функции, что является серьезным недостатком, особенно если учесть тот факт, что рентгеновские лучи должны пройти через голову для создания изображения.
Магнитно-резонансная томография (МРТ)
Одна из самых распространенных техник на сегодняшний день. Он дает изображение анатомических структур головного мозга. Это неинвазивно, но пациент должен оставаться в камере МРТ, что может оказаться довольно болезненным для тех, кто страдает клаустрофобией. Кроме того, в камеру нельзя помещать любые металлические устройства, поэтому многие пациенты и испытуемые не могут пройти сканирование.
Функциональная магнитно-резонансная томография (fMRI)
Модернизация МРТ - этот метод определяет уровни контрастной визуализации, зависящей от уровня кислорода в крови (ЖИРНЫЙ) в мозга, которые являются изменениями в кровотоке, и это не только дает анатомические структуры, но и функции также. Различный цвета будут меняться в зависимости от того, какая часть мозга активен. Большим недостатком этого метода является тот факт, что он не измеряет активность мозга напрямую, а дает ЖИРНЫЙ сигнал, поэтому мы не можем с уверенностью сказать, что активность, которую мы обнаруживаем с помощью исследований фМРТ, полностью точна и производится нейронами.
Диффузионная тензорная визуализация (DTI)
Техника, основанная на МРТ, измеряет как вода может проходить через белое вещество головного мозга. Он может отображать активность как цветной область на изображении. Он очень хорош для обнаружения сотрясений мозга, поэтому его можно использовать в клинических целях, что является огромным преимуществом. Опять же, он не измеряет непосредственную активность мозга, что является огромным недостатком, а иногда также искажает изображения. DTI имеет довольно низкое пространственное разрешение.
Транскраниальная магнитная стимуляция (ТМС)
Электрическое поле, которое способна генерировать ТМС, способно вмешиваться в потенциалы действия, происходящие в мозгу. Это высокоинвазивный метод, который можно использовать в исследовательских целях для лечения многих заболеваний и патологий. Что мы знаем, так это то, что повторяющаяся ТМС способна производить припадки так что, очевидно, у него есть какие-то побочные эффекты и его нужно использовать с осторожностью.
Нейровизуализация - новые разработки в области неврологии
В настоящее время разрабатываются новые методы нейровизуализации и визуализации мозга, и, возможно, достаточно скоро мы сможем картировать не только все анатомические структуры мозга, но и его функции. На данный момент это большинство методов нейровизуализации, используемых в когнитивной нейробиологии. Возможно, через несколько лет мы сможем разработать недорогой метод нейровизуализации, который будет иметь как высокое пространственное, так и временное разрешение и будет неинвазивным для участников!
Рекомендации
Кирога Р.К., Редди Л., Крейман Г., Кох С., Фрид И. Инвариантное визуальное представление отдельными нейронами в человеческом мозгу. Природа [Интернет]. 2005; 435 (7045): 1102–7. Доступно по адресу: http://www.nature.com.zorac.aub.aau.dk/nature/journal/v435/n7045/abs/nature03687.html%5Cnhttp://www.nature.com.zorac.aub.aau .dk/nature/journal/v435/n7045/pdf/nature03687.pdf
