Функционалды нейробейнелеу: Мидың қызметін зерттеу әдістері
Functional neuroimaging
Функционалдық нейровизуализация – ми қаызметін зерттеу технологиясы. Когнитивтік ғылымда, психологияда ми аймақтары мен ой функцияларының байланысын анықтауға көмектеседі.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Функционалдық нейросуретке түсіру – мидың қызметінің бір қырын өлшеу үшін нейросуретке түсіру технологиясын пайдалану, көбінесе мидың белгілі бір аймақтарындағы белсенділік пен нақты ақыл-ой функциялары арасындағы байланысты түсіну мақсатында. Ол негізінен когнитивтік нейроғылым, когнитивтік психология, нейропсихология және әлеуметтік нейроғылым салаларындағы зерттеу құралы ретінде қолданылады.
Functional neuroimaging is the use of neuroimaging technology to measure an aspect of brain function, often with a view to understanding the relationship between activity in certain brain areas and specific mental functions. It is primarily used as a research tool in cognitive neuroscience, cognitive psychology, neuropsychology, and social neuroscience.
Функционалдық нейросуретке түсіру тақырыптары
Кез келген зерттеуде қолданылатын өлшем әдетте қарастырылып отырған нақты сұраққа қатысты болады. Өлшемдердің шектеулері әр түрлі техникаларда әртүрлі болады. Мысалы, МЭГ және ЭЭГ нейрондар белсенділік көрсеткенде туындайтын магниттік немесе электрлік құбылыстарды тіркейді. Бұл әдістер нейрондық оқиғалардың уақыт бойынша өтуін өлшеуде өте тиімді (миллисекундтармен өлшенетін), бірақ олардың қай жерде орын алатынын анықтауда көбінесе нашар. ПЭТ және ФМРИ нейрондық оқиғаға жақын қанның құрамындағы өзгерістерді өлшейді. Қандағы өлшенетін өзгерістер баяу болғандықтан (секундтармен өлшенетін), бұл әдістер нейрондық оқиғалардың уақыт бойынша өтуін өлшеуде нашар, бірақ жалпы алғанда, оқиғаның орналасуын анықтауда жақсы. Традициялық "активация зерттеулері" нақты тапсырмалармен байланысты ми қызметінің кеңістіктегі үлгілерін анықтауға бағытталған. Дегенмен, ғалымдар мидың әртүрлі аймақтарының өзара әрекеттесуін зерттеу арқылы мидың жұмысын толыққанды түсінуге қабілетті, себебі нейрондық процессингтің көп бөлігі мидың бірнеше аймақтарының біріктірілген желісі жүзеге асырады. Нейросуреттеу зерттеулерінің маңызды саласы – кеңістікте алыс жатқан ми аймақтарының функционалдық байланысын зерттеу. Функционалдық байланыс талдауы белгілі бір когнитивтік немесе моторлық тапсырмалар орындалғанда немесе демалыс кезінде спонтанды белсенділікте байқалатын аймақаралық нейрондық өзара әрекеттесуді сипаттауға мүмкіндік береді. ФМРИ және ПЭТ уақыт бойынша байланысты ми аймақтарының кеңістіктік бөлінісін көрсететін функционалдық желілердің карталарын жасауға мүмкіндік береді. Нейросуреттеу техникаларын қолданған бірнеше зерттеулер соқыр адамдардың артқы көру аймақтарының Брайль жазуын оқу, есте сақтауды қалпына келтіру, дыбыстық локализация және басқа да дыбыстық функцияларды орындау кезінде белсенді болуы мүмкін екенін көрсетті. Функционалдық байланысты өлшеудің тікелей әдісі – мидың бір бөлігін стимуляциялаудың басқа аймақтарға қалай әсер ететінін бақылау. Бұл адамдарда транскраниалды магниттік стимуляцияны ПЭТ, ФМРИ немесе ЭЭГ сияқты нейросуреттеу құралдарымен біріктіру арқылы инвазивті емес жолмен жүзеге асырылуы мүмкін. Massimini және авторлар (Science, 30 қыркүйек, 2005) стимуляцияланған жерден белсенділіктің қалай таралатынын жазған EEG қолданды. Олар REM емес ұйқы кезінде ми стимуляцияға күшті жауап беретінін, бірақ функционалдық байланыстың ояу күйдегі деңгейден айтарлықтай төмендегенін хабарлады. Осылайша, терең ұйқыда "ми аймақтары бірін-бірімен байланыс жасай алмайды". Функционалдық нейросуреттеу технологияны одан әрі дамыту және жетілдіру үшін когнитивтік нейроғылым және әлеуметтік нейроғылымнан басқа көптеген салалардан алынған деректерді пайдаланады, соның ішінде басқа биологиялық ғылымдар (мысалы, нейроанатомия және нейрофизиология), физика және математика.
The measure used in a particular study is generally related to the particular question being addressed. Measurement limitations vary amongst the techniques. For instance, MEG and EEG record the magnetic or electrical fluctuations that occur when a population of neurons is active. These methods are excellent for measuring the time course of neural events (on the order of milliseconds,) but generally bad at measuring where those events happen. PET and fMRI measure changes in the composition of blood near a neural event. Because measurable blood changes are slow (on the order of seconds), these methods are much worse at measuring the time course of neural events, but are generally better at measuring the location. Traditional "activation studies" focus on determining distributed patterns of brain activity associated with specific tasks. However, scientists are able to more thoroughly understand brain function by studying the interaction of distinct brain regions, as a great deal of neural processing is performed by an integrated network of several regions of the brain. An active area of neuroimaging research involves examining the functional connectivity of spatially remote brain regions. Functional connectivity analyses allow the characterization of interregional neural interactions during particular cognitive or motor tasks or merely from spontaneous activity during rest. FMRI and PET enable creation of functional connectivity maps of distinct spatial distributions of temporally correlated brain regions called functional networks. Several studies using neuroimaging techniques have also established that posterior visual areas in blind individuals may be active during the performance of nonvisual tasks such as Braille reading, memory retrieval, and auditory localization as well as other auditory functions. A direct method to measure functional connectivity is to observe how stimulation of one part of the brain will affect other areas. This can be done noninvasively in humans by combining transcranial magnetic stimulation with one of the neuroimaging tools such as PET, fMRI, or EEG. Massimini et al. (Science, September 30, 2005) used EEG to record how activity spreads from the stimulated site. They reported that in non REM sleep, although the brain responds vigorously to stimulation, functional connectivity is much attenuated from its level during wakefulness. Thus, during deep sleep, "brain areas do not talk to each other". Functional neuroimaging draws on data from many areas other than cognitive neuroscience and social neuroscience, including other biological sciences (such as neuroanatomy and neurophysiology), physics and maths, to further develop and refine the technology.
Сын-пикир және мұқият түсіндіру
Функционалдық нейросуреттеме зерттеулері сақтықпен жоспарлануы және нәтижелерін мұқият түсіндіруі керек. Статистикалық талдау (көбінесе статистикалық параметрлік карталау деп аталатын техниканы қолдану) ми ішіндегі әртүрлі белсенділік көздерін бір-бірінен ажырату үшін көбінесе қажет болады. Бұл, әсіресе, ұғымға келтіруі қиын немесе олармен байланысты нақты міндеттер жоқ процестерді (мысалы, сенім мен сана) қарастырғанда қиындық тудыруы мүмкін. Қызықты құбылыстардың функционалдық нейросуреттемесі туралы ақпарат баспасөзде жиі пайда болады. Бір жағдайда, белгілі функционалдық нейросуреттеме зерттеушілерінің тобы "Нью-Йорк Таймс" газетіне "нейрополитика" деп аталатын зерттеу туралы пікір мақалаға жауап ретінде хат жазуға мәжбүр болды. Олар зерттеудің кейбір түсіндірмелері "ғылыми негізсіз" екенін айтты. 2014 жылдың наурыз айында "Хэстингс орталығы" "Нейросуреттерді түсіндіру: технология және оның шектеріне кіріспе" атты есеп жариялады. Есепте нейросуреттеме технологиялары туралы қысқаша түсінік беріледі және олардың қазіргі жағдайы, маңыздылығы және болашағы сынға алынып, біршама қорғалады.
Functional neuroimaging studies have to be carefully designed and interpreted with care. Statistical analysis (often using a technique called statistical parametric mapping) is often needed so that the different sources of activation within the brain can be distinguished from one another. This can be particularly challenging when considering processes which are difficult to conceptualise or have no easily definable task associated with them (for example belief and consciousness). Functional neuroimaging of interesting phenomena often gets cited in the press. In one case a group of prominent functional neuroimaging researchers felt compelled to write a letter to New York Times in response to an op ed article about a study of so called neuropolitics. They argued that some of the interpretations of the study were "scientifically unfounded". The Hastings Center issued a report in March 2014 entitled "Interpreting Neuroimages: An Introduction to the Technology and Its Limits", with articles by leading neuroscientists and bioethicists. The report briefly explains neuroimaging technologies and mostly critiques, but also somewhat defends, their current state, import and prospects.