Нейротон. Занимательные истории о нервном импульсе

Модель современного помещения с магнитным экраном состоит из трёх вложенных основных слоёв: из чистого алюминия с высокой проницаемостью, ферромагнитного слоя, близкого по составу к молибдену и пермаллоя.

МЭГ регистрирует магнитные поля, создаваемые электрическими токами в головном мозге. Электрический ток всегда связан с магнитным полем, перпендикулярен его направлению согласно правилу правой руки (о том какие токи протекают в нервных клетках мы поговорим позже).

Магнитная проницаемость биологических тканей почти такая же, как у пустого пространства, поэтому магнитное поле не искажается скальпом или черепом. Однако магнитные поля быстро уменьшаются – обратно пропорционально кубу расстояния (как 1 / r ³).

Когда нейроны активируются синхронно, они генерируют электрические токи и, следовательно, магнитные поля, которые затем регистрируются МЭГ вне головы.

Считается что, источником магнитных полей является дендритный ток пирамидных нейронов, которые срабатывают синхронно и параллельно. Аксональные и синаптические токи и их магнитные поля взаимно компенсируются.

Для генерации измеримого сигнала необходимо около 50 000 активных нейронов. Поскольку токовые диполи должны иметь одинаковую ориентацию для создания магнитных полей, усиливающих друг друга, часто это слой пирамидных клеток, которые расположены перпендикулярно поверхности коры головного мозга, что создаёт детектируемые магнитные поля. Связки этих нейронов, ориентированных тангенциально к поверхности кожи головы, проецируют достаточно сильные магнитные поля способные выходить за пределы головы.

Объяснение возникновения магнитных полей, как и электрических в случае ЭЭГ, не слишком вразумительны, но приходится радоваться тому факту, что они реально существуют.

Рисунок 25 Первое измерение МЭГ с помощью SQUID в комнате доктора Коэн

Но современное представление результатов МЭГ это визуализация зон активности групп нейронов на 3D-модели мозга.

Рисунок 26. 3D-модели мозга

При анализе данных МЭГ возникает проблема решения так называемой обратной задачи, которая состоит в восстановлении распределения активности нейронных источников на поверхности коры головного мозга на основе сигналов, принятых большим количеством датчиков. Решение этой задачи по определению некорректно, поскольку любая поверхностная запись может объясняться бесконечным числом различных конфигураций внутренних источников.

Но активно развиваются методы на основе различных вариантов, сканирующих адаптивных фокусирующих лучей, позволяющие достичь пространственного разрешения до 0,5 см. (Напомню, что Уильям Пенфилд, проверяя реакцию нервной системы на открытом мозге, выделял участки с точностью до 1 мм², т.е. в 5 раз точнее. Но в отличие от экспериментов Пенфилда учёные впервые получили возможность наблюдать реакцию участков мозга на внешние раздражения и мысленные образы.)

Сейчас исследователи работают над совершенствованием методов обработки сигнала в поисках возможности обнаружения глубокой мозговой (то есть некортикальный) активности, однако пока нет клинически полезного результата.

Дальнейшее развитие метода, вероятно, будет направлено и на разработку новых математических алгоритмов обработки сигнала.

Последние разработки в области аппаратного совершенствования нацелены на повышение портативности сканеров MEG за счёт использования SERF-магнитометров. Магнитометры SERF достаточно малы, при этом им не нужны громоздкие системы охлаждения. В то же время их чувствительность, эквивалентна СКВИДам.

ПЭТ

Позитро́нно-эмиссио́нная томогра́фия (позитронная эмиссионная томография, она же двухфотонная эмиссионная томография) – радионуклидный томографический метод исследования внутренних органов человека или животного. ПЭТ также называют функциональной томографией.

Метод основан на регистрации пары γ-квантов, возникающих при аннигиляции позитронов с электронами.

По сути, ПЭТ-сканер представляет собой трёхмерный детектор γ-частиц, вылетающих из тела пациента. Ключевой компонент метода – радиофармпрепарат – вещество содержащее изотоп, способный к позитронному β-распаду. Кроме того, это вещество-метаболит, должно быть способно к накоплению в исследуемой ткани. Так, для исследования тканей мозга, активно поглощающих глюкозу, а также для поиска некоторых типов опухолей часто используют 18F флудеоксиглюкозу (фтор-18).

В момент β-плюс (позитронного) распада протон ядра превращается в нейтрон, одновременно испуская нейтрино и позитрон. Нейтрино свободно улетает, никак не взаимодействуя с тканями, а вот позитрон далеко улететь не может. Он очень скоро встречается с электроном, происходит их взаимная аннигиляция, с испусканием пары γ-частиц. Эти частицы и фиксируются сцинтилляционными детекторами, установленными в кольце ПЭТ-сканера.