Шляпа-томограф позволит изучить мозг во время движения

Кадр из фильма «Человек дождя». Слева Дастин Хоффман (Рэймонд Бэббит), справа Том Круз (Чарлз Бэббит)

Rain Man / United Artists, 1988

Американские ученые создали носимое устройство для проведения позитронно-эмиссионной томографии головного мозга у человека, находящегося в движении. Систему описывает статья, опубликованная журналом Brain and Behaviour.

Все современные технологии мониторинга активности глубинных областей головного мозга требуют максимально полной неподвижности подопытного. Это накладывает серьезные ограничения на виды деятельности, которые можно отслеживать таким образом. «В результате нейровизуализация естественной моторной активности по большей части ограничивается небольшими движениями, такими как нажатие пальцем, во время которых голова может оставаться неподвижной», — пишут профессор Университета Западной Виргинии Джулия Брефзински-Льюис (Julie Brefczynski-Lewis) и ее соавторы.

До сих пор единственным исключением оставалась небольшая конструкция на основе бегового колеса, которая была предложена в 2011 году и позволила проводить некоторые исследования на мышах. Однако Брефзински-Льюис с коллегами представили концепт носимого устройства для проведения позитронно-эмиссионной компьютерной томографии (ПЭТ-КТ) у людей, пребывающих в движении.

Для применения ПЭТ-КТ короткоживущие изотопы фтора, углерода, кислорода и некоторых других элементов вводятся в организм в составе обычных биомолекул, например глюкозы. Их радиоактивный бета-распад создает гамма-излучение, интенсивность которого коррелирует с интенсивностью утилизации этих биомолекул в той или иной части тела. Компьютерный анализ этих данных позволяет визуализировать активность метаболизма соответствующих участков, будь то раковая опухоль или группы нейронов головного мозга.

Стандартный сканер для ПЭТ-КТ представляет собой сложное и громоздкое стационарное устройство. Но Брефзински-Льюис и ее соавторам удалось сконструировать томограф с разнесенными частями: 12 датчиков гамма-излучения собраны в носимое устройство, кольцом окружающее голову, и связаны с основным аппаратом проводами. По словам разработчиков, масса такой «ПЭТ-шляпы» почти не ограничивает подвижность подопытных, что позволяет проводить эксперименты, которые до сих пор были недоступны для томографии.

Кроме того, такое расположение чувствительных датчиков, непосредственно прилегающих к черепу, позволяет использовать в несколько раз меньшие количества радионуклидных меток. Сегодня, несмотря на относительную безопасность процедуры ПЭТ, ее не рекомендуется проводить чаще раза в год. С новой технологией это ограничение может быть снято.

Испытывая новую установку, ученые провели сканирование головного мозга в спокойном состоянии у четырех добровольцев. Наблюдения проводились с помощью 18-фтордезоксиглюкозы (18F-ФДГ) в количестве всего 25 процентов от обычного и, по словам авторов, дали результаты, «количественно аналогичные стандартной ПЭТ».


Ученые отмечают, что их «шляпа-томограф» позволит проводить изучение активности мозга в движении, в том числе при различных нейродегенеративных заболеваниях, эпилепсии и синдроме дефицита внимания, связанных с моторными нарушениями. Однако сами авторы обращают особое внимание на те новые возможности, которые технология открывает в исследовании савантов — людей, которые, имея серьезные отклонения в развитии, могут демонстрировать совершенно выдающиеся способности в какой-то узкой области, подобно главному герою американского фильма «Человек дождя», аутисту с феноменальной памятью и способностью к счету (роль исполнил Дастин Хоффман). По понятным причинам всестороннее обследование таких людей в стационарных сканерах часто невозможно — но «шляпа», вполне возможно, позволит изучить нейрофизиологические основы их дарований.

Роман Фишман

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.