Функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям (Роспечать)

Магнитоэнцефалографию приспособили для регистрации движений мышц

Трехмерная функциональная томограмма головы в покое

Rodolfo R. Llinás et al. / Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020

Нью-йоркские ученые предложили способ визуализации движений целых групп мышц, при котором не требуется устанавливать на них электроды или производить какие-либо другие инвазивные манипуляции. Вместо этого они нашли способ использовать магнитоэнцефалографию, сообщается в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Обычно активность группы мышц оценивают косвенно, по силе и амплитуде движений, которые она позволяет совершить. Напрямую определяют активность отдельных мышц. Для этого на кожу над ними или даже в саму мышечную ткань устанавливают электроды. Однако такие методы приносят дискомфорт испытуемому и плохо подходят для глубокой мускулатуры.

Нейробиолог Рудольфо Льинас (Rodolfo Llinás) из Нью-Йоркского университета совместно с коллегами предложил использовать для визуализации активности мышечных групп модифицированную методику магнитонцефалографии (МЭГ). В обычном варианте МЭГ строится карта распределения энергии от всех нейронов-источников магнитного поля в выбранном пространстве.

Исследователи изменили принцип обработки показаний магнитоэнцефалографии. Льинас и коллеги учли магнитные поля, которые генерировали не только ткани мозга, но и мышцы шеи. Хотя они были слабее, их все равно удалось зарегистрировать, так как принципы передачи сигналов в нейронах и мышечных волокнах очень близки.

Аппарат для МЭГ включает в себя шлем, в который помещают голову испытуемого, но теоретически к нему можно приблизить и другие части тела. Авторы статьи исследовали сокращения мышц кисти, помещая ее внутрь шлема, и активность глубоких мышц спины, подвинув поясницу испытуемого как можно ближе к шлему. В последнем случае магнитография помогла выявить источник болезненных ощущений: даже в расслабленном состоянии активность подвздошной и большой поясничной мышц с одной стороны была очень высока, и когда испытуемому сказали об этом, он признался, что у него болит спина.

Карты активности тканей, которые получаются в результате применения магнитоэнцефалографа, похожи на те, что регистрируются в ходе функциональной магнитно-резонансной томографии, но имеют гораздо более высокое временно́е разрешение. Это и позволяет регистрировать сокращения мышц, в том числе сердца. Для этого органа уже существует свой метод — магнитокардиография (МКГ).

Тем не менее, Льинас и коллеги попробовали записать и мышечную активность сердца, используя МЭГ. Для этого они приближали левую половину грудной клетки испытуемых к магнитоэнцефалографу так, как ранее это делали для спины и руки. Полученные данные оказались похожи на те, что регистрируют при магнитокардиографии.

Новый метод позволяет следить за активностью нескольких мышц одновременно, притом без какого-либо контакта проборов с телом пациента и тем более хирургических вмешательств (например, установки электродов в мышечную ткань). Его авторы предполагают, что таким же способом удастся регистрировать сокращения мышц матки при схватках, что может быть полезно для ведения родов, или оценить реакцию организма на конкретные лекарства.

Льинас и коллеги отмечают, что изначально магнитоэнцефалограф не оптимизирован для регистрации сигналов от большинства частей тела и от мышц в частности, так как создавался в расчете на головной мозг. Но форму аппарата можно поменять, а главное в новой работе — это алгоритмы обработки данных, которые, впрочем, тоже есть возможность улучшить.

Свойства магнитных полей давно помогают в изучении анатомии и физиологии. Особенно часто используют магнитно-резонансную томографию (МРТ). Принцип, который лежит в ее основе, позволяет применять МРТ не только для человека, но и для других объектов — в том числе мумий (так можно узнать, что у них внутри, не повреждая их) и растений (а это скорее для красоты).

Светлана Ястребова

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.