Мозг против мозга. Mind vs brain полностью

В 1940-х годах американцы Феликс Блох и Эдвард Перселл обнаружили явление ядерного магнитного резонанса (ЯМР), за что в 1952 году были удостоены Нобелевской премии. ЯМР – это физическое явление, основанное на свойствах некоторых атомных ядер при помещении их в магнитное поле поглощать энергию в радиочастотном диапазоне и излучать ее после прекращения воздействия РЧ-импульса. Поместив объект в условия резонанса, мы как бы закачиваем в него энергию. Если поле снять, то энергия высвободится, и это можно зафиксировать. Напряженность постоянного магнитного поля и частота радиочастотного магнитного поля должны строго соответствовать друг другу. Это и называется ядерным магнитным резонансом: ядерным – поскольку взаимодействие происходит с магнитными моментами атомных ядер, магнитным – так как эти моменты ориентированы постоянным магнитным полем, резонансом – поскольку параметры этих полей строго взаимосвязаны.

Явление ЯМР послужило основой для создания магнитно-резонансного томографа (МРТ), который сегодня также стал незаменимым и в медицинской диагностике, и в фундаментальных исследованиях. История его создания довольно драматична. Впервые концепцию МРТ предложил советский ученый В.И. Иванов в 1960 году, но его публикации не были приняты во внимание. Во-первых, потому, что ему не дали публиковать статьи в зарубежных журналах; во-вторых, просто не хотели замечать. Непосредственно первый МРТ был создан в 1977 году в США Реймондом Дамадьяном, который попал во все энциклопедии как его изобретатель. Однако Нобелевскую премию за изобретение МРТ получили в 2003 году совсем другие исследователи – П. Лотербур и П. Мэнсфилд за работы, приведшие к его созданию.

Суть МРТ заключается в том, что магнитные свойства ядра атома водорода (протона) зависят от его окружения, поэтому ЯМР (резонанс) наступает при различных соотношениях параметров постоянного и переменного полей. При поточечном сканировании сигнал, зарегистрированный томографом, зависит от типа ткани, которая окружает или в которую встроен данный атом водорода. Вместо параметра, описывающего поглощение рентгеновских лучей, как в КТ, регистрируется сигнал, зависящий не только от плотности ткани, но и от ее структуры. Оказалось, что полученное таким способом изображение высокоинформативно. Оно позволяет разграничить серое и белое вещества мозга, дифференцировать подкорковые структуры, тонко визуализировать неоднородное строение опухолей, абсцессов, динамику травматических изменений и инсультов и многое другое. Появилась возможность увидеть мозговые сосуды, измерить их диаметр и скорость кровотока. Многочисленные дополнительные программы объективизируют структуру опухоли.

И на МРТ-, и на ПЭТ-томограммах видна обширная опухоль. На ПЭТ показан объем щадящей криодеструкции. Внизу – томограммы этой больной сразу после операции, через год и через пять лет. Видно, что опухоль исчезла

Конечно, всегда есть ограничения. Опухоль при росте сдавливает окружающие ткани, и получается околоопухолевый отек. Так вот его на МРТ практически не отличить от вещества опухоли, а это необходимо для последующего лечения.

С чего же начинались исследования функционирования мозга и что долгое время было в загоне? Правильно, исследования мозгового кровотока! Так, может быть, мы можем с помощью МРТ посмотреть величину или скорость локального кровотока и тем самым определить, где нейроны работают интенсивнее? Оказалось, да!

Зачем увеличивается кровоток? Чтобы доставить работающим нейронам больше кислорода. Как? Кислород доставляется в составе гемоглобина – особого элемента крови, о котором каждый слышал. Кислород «садится» на гемоглобин и превращает его в оксигемоглобин; когда гемоглобин отдает кислород, он превращается в так называемый неоксигенированный гемоглобин. Величайшим фактом для функциональных исследований мозга явилось то, что магнитные ответы от этих двух веществ различаются. Таким образом, исследователи получили возможность изучить изменение в соотношении оксигенированного и неоксигенированного гемоглобинов, что очень близко к величине локального мозгового кровотока при выполнении различных видов деятельности (рис. 35).

Рис. 35. Компенсаторное увеличение кровотока после активации нейронов

Даже в очень сильных магнитных полях разница в сигнале мала, и это понятно: нейроны мозга вовлечены во множество операций и вынуждены «говорить приглушенно». Как сказал мне однажды один из ярчайших исследователей мозга, великий испанец Хосе Дельгадо, на ухо, но достаточно громко: «Нейроны шепчут друг другу». Шепот трудно расслышать, поэтому его повторяют много раз. В реальности, когда идет запись сигнала на МРТ, человек попеременно то выполняет заданную деятельность, то не выполняет ее. А дальше мы ищем не сигнал, а колебания сигнала с той же частотой, что и частота повторения деятельности. Там, где это обнаружено, и происходит искомая работа нейронов (рис. 36).