Американські радіологи запропонували використовувати для візуалізації активності мозку магнітно-резонансну еластографію, яка показує зміни в щільності м'яких тканин. За допомогою цього методу їм вдалося домогтися візуалізації активності мозку мишей у високій тимчасовій роздільній здатності (до 100 мілісекунд), що на кілька порядків перевищує тимчасову роздільну здатність функціональної МРТ. Стаття опублікована в журналі.
Функціональна магнітно-резонансна томографія (фМРТ) - один з найбільш просунутих методів нейровізуалізації. Він заснований на візуалізації насичених оксигемоглобіном відділів мозку, які стають видимими при обробці за рахунок взаємодії з магнітним полем сканера. Його основна гідність - високий просторовий дозвіл: фМРТ дозволяє візуалізувати активні ділянки розміром до одного кубічного міліметра, точно показуючи, де саме відбувається активність. При цьому тимчасова роздільна здатність такого методу дуже низька, оскільки насичення ділянок мозку оксигенованою кров'ю щодо активації їх нейронів відбувається досить повільно. Таким чином, фМРТ не дає точно візуалізувати активність мозку, що відбувається протягом декількох мілісекунд; також візуалізація за допомогою цього методу потребує повторення завдань по кілька десятків разів.
Способи збільшення тимчасового дозволу фМРТ вчені шукають вже дуже давно. Команда радіологів під керівництвом Семюела Патца (Samuel Patz) з Гарвардської медичної школи вирішила використовувати для нейровізуалізації не томографію, а еластографію - вимірювання механічних властивостей м'яких тканин під впливом магнітного поля. Магнітно-резонансна еластографія в медицині застосовується досить давно: уражені деякими захворюваннями (наприклад, злоякісними пухлинами) тканини набагато щільніше, ніж тканини здорові, і саме це і видає їх при обробці МРЕ-зображень.
Дослідники припустили, що зміна щільності тканин головного мозку також може відображати і активність відповідних ділянок, причому робити це в набагато більшій тимчасовій роздільній здатності щодо магнітного поля сканера, ніж насичення цих тканин оксигенованою кров'ю. Для того, щоб це перевірити, вони провели експеримент на мишах: тварин під анестезією поклали в мініатюрний сканер і стимулювали їх лапки електрикою через голки, викликаючи у відповідь рух. Завдання, таким чином, полягало в тому, щоб візуалізувати активність моторної кори, характерну для м'язової активності.
Використавши стимуляцію частотою 0,1 Герц, вчені помітили, що щільність тканин головного мозку помітно падає порівняно з контрольною умовою, в якій стимуляція не застосовувалася: активність мозку, таким чином, насправді відображається зміною механічних властивостей ділянок. Зміна щільності (вона була невеликою - близько 10 відсотків - але все одно помітною) вчені відзначили в поясній і ретроспленальній корі - ділянках, які примикають до моторної кори і, мабуть, також реагують на зовнішній подразник. Те ж саме спостерігалося і при стимуляції в 1 Герц, а при стимуляції в 10 Герц вчені також помітили зміну щільності в області таламусу, який регулює моторні і сенсорні відповіді на ранніх етапах. Щодо коливань в секунду така стимуляція показує зміни, які відбуваються в головному мозку за сто мілісекунд.
Поки що вчені не дають точної відповіді на питання про те, чому відбувається зміна щільності активних ділянок мозку взагалі: одним з механізмів може бути зміна тиску через приплив калію з навколоклітинних областей - процес, який супроводжує зміну потенціалу електричної активності нейронів. При цьому отримання такого високого дозволу на додаток до високого просторового дозволу, яке забезпечує магнітна нейровізуалізація, дозволить значно поліпшити дослідження з його використанням, а незабаром автори роботи також сподіваються провести експерименти за участю людей.
Інший метод нейровізуалізації з великою просторовою і тимчасовою роздільною здатністю - магнітоенцефалографія, заснована на візуалізації магнітних полів, що виникають внаслідок електричної активності мозку. Рік тому вчені представили прототип магнітоенцефалографа, який дозволяє учаснику експерименту рухатися під час виконання завдання.