Глава 2. Сквозь замочную скважину
Как мы исследуем мозг

Выше говорилось об архитектуре мозга, о том, из чего он состоит, за что отвечают его отдельные части. Вначале эту архитектуру воссоздавали путем так называемых клинико-анатомических наблюдений – сопоставления состояния больного, симптомов и изучения препаратов мозга. А как же заглянуть внутрь черепной коробки – этого «грецкого ореха», подсмотреть за работой живого мозга, за его динамическими перестройками в процессе обеспечения различной деятельности, мышления?

Многие исследователи пытались это сделать, изобретая различные методы, в том числе ставя эксперименты на себе. Можно сказать, что первые современные экспериментальные работы по исследованию механизмов и принципов работы мозга начались в 70-е годы XIX века в университете Пизы, одном из старейших медико-хирургических факультетов мира, профессором Анджело Моссо (рис. 23).

Рис. 23. Анджело Моссо (1846–1910) – итальянский физиолог, исследователь мозга

Кстати отступление: почему не медицинского, а медико-хирургического? Почему известнейшая Военно-медицинская академия в Петербурге раньше называлась медико-хирургической? Да потому, что медицина и хирургия в Средние века были различными специальностями. Медицина изучала болезни человека, законы его жизнедеятельности, то есть то, что мы понимаем под медициной сейчас. Отдельно существовала хирургия с узконаправленными задачами: что-то удалить, зашить рану (не более). Занимались ею в основном цирюльники. До сих пор в Англии к врачу обращаются словом «доктор», а к хирургу – «мистер». Когда меня в первый раз спросили, доктор я или мистер, я ничего не понял.

Итак, Анджело Моссо. У него был пациент с дефектом (попросту говоря, с отверстием) черепа, человек крайне религиозный. Моссо заметил, что при звоне колоколов, созывающих прихожан к молитве, у этого больного под кожей в области дефекта начиналось шевеление. Врач положил на это место чувствительную к колебаниям мембрану и вывел получившиеся колебания воздуха на самописец (рис. 24).

Таким образом Моссо зафиксировал мощные пульсовые колебания под мембраной именно в момент звона колоколов. При этом пульс в руке не менялся, то есть колебания были локальными; источником их был именно мозг. Дальнейшие эксперименты соответствовали самому современному сегодняшнему уровню. Врач задал пациенту вопрос о молитве и получил образцовую вызванную реакцию в мозге. Далее был проведен тест на счет и также получена вызванная реакция.

Эти эксперименты показали, что в процессе интеллектуальной деятельности при неизменности общего кровотока в организме кровоток в мозге не просто меняется, но меняется коррелированно во времени с фазами деятельности. Таким образом, Моссо доказал, что именно мозговой кровоток коррелирует с процессом мышления.

Следующий эксперимент был уникален по своей простоте и значимости. Пациента укладывали на своеобразные качели, устанавливалось равновесие, так что он располагался параллельно поверхности земли; затем просили выполнить тест, требующий интенсивной умственной работы (рис. 25). Кровь к голове приливала, и верхняя половина туловища начинала перевешивать.

Рис. 24. Регистрация пульсации сосудов головного мозга у пациента с дефектом черепа (эксперимент Анджело Моссо)

Рис. 25. Первый эксперимент Анджело Моссо по «картированию мозга» – исследование мозгового кровотока

Эти эксперименты привели к тому, что все последующие сорок лет большинство исследователей занимались изучением мозгового кровотока. Собственно, не потому, что он был как-то особенно связан с деятельностью мозга, а потому, что других возможностей изучать живой мозг просто технически не было. К сожалению, в то время исследование мозга человека с помощью мозгового кровотока далеко не продвинулось.

На рубеже XIX–XX веков британские ученые Чарлз Смарт Рой (рис. 26) и Чарлз Скотт Шеррингтон (рис. 27) нашли объяснение зависимости мозгового кровотока от интенсивности работы нейронов.

Рис. 26. Чарлз Смарт Рой (1854–1897) – британский физиолог, профессор Кембриджского университета

Рис. 27. Чарлз Скотт Шеррингтон (1857–1952) – британский нейрофизиолог, лауреат Нобелевской премии «за открытия, касающиеся функций нейронов» (1932 г.)

Они показали, что при локальном увеличении активности нейронов за счет выделения ими определенных химических веществ происходит расширение капилляров и приток крови увеличивается (рис. 28). На этом открытии основаны современные ПЭТ-исследования мозговой активности и функциональная магнитно-резонансная томография.

Рис. 28. Подтверждение гипотезы о связи между локальным увеличением нейрональной активности и увеличением кровотока. Эксперимент Роя и Шеррингтона

Этот пример как нельзя лучше отражает соотношение фундаментальных и прикладных исследований. На протяжении ста лет сведения о мозговом кровотоке имели исключительно научную ценность, а теперь приборы для его измерения стоят в каждой уважающей себя клинике. Это показывает, с одной стороны, силу человеческого разума, а с другой – зависимость реализации идей от развития техники. Леонардо да Винчи придумал и вертолет, и многое другое, но его изобретения невозможно было воплотить в жизнь. Не было двигателей, сплавов и еще много чего. Не было должной культуры производства. Изобретатель паровой машины Уатт считал, что машина собрана удовлетворительно, если в щель между поршнем и цилиндром пролезает только монета размером в шиллинг. Сравните с современными двигателями. Человеческий мозг обладает потрясающей особенностью «парить» высоко в небе с твердой уверенностью, что все сегодняшние проблемы в конце концов будут преодолены. Это, конечно, не всегда случается, но если все-таки происходит, то неминуемо означает прорыв.

Физиологическое действие электрического тока было известно еще со времен Алессандро Вольта и Луиджи Гальвани. Тысячи студентов-биологов касались препарированной лапки лягушки и видели ее сокращение. В начале ХХ века прецизионным вольтметром измеряли потенциалы с поверхности кожи, но их значение было не очень понятным. В первой четверти ХХ века изобретение радио потребовало создания усилителей переменного тока. Вот он, технический прорыв! Появилась возможность регистрировать колебания не вольтовой, а милли- и микровольтовой амплитуды.

Немецкий ученый Ганс Бергер (рис. 29) положил электроды на скальп человека, подсоединил их к усилителю и записал первую в мире электроэнцефалограмму (рис. 30). Электрические сигналы, генерируемые мозгом, были записаны с поверхности кожи головы.

Рис. 29. Ганс Бергер (1873–1941) – немецкий физиолог и психиатр, один из создателей метода электроэнцефалографии

Рис. 30. Запись первой в истории электроэнцефалограммы, сделанной Гансом Бергером в 1924 г.

Опять же роль технического прогресса: тот факт, что мозг генерирует электричество, открыл еще в 1875 году английский врач Ричард Катон, но без соответствующей техники было непонятно, что с этим открытием делать. А «волны Бергера» – так их называли – сразу произвели революцию в исследованиях мозга. Хотя стоит заметить, что какое-то время ему не верили: столь невероятным казалось, что это сигналы прямо из мозга, проходящие сквозь мозговые оболочки, череп и кожу. Чтобы доказать свою правоту, Бергер решился на отчаянный шаг: сделал трепанацию черепа своему 15-летнему сыну и сравнил сигналы ЭЭГ с поверхности головы с сигналами, поступающими непосредственно с поверхности мозга (рис. 31).

Рис. 31. Схема регистрации электроэнцефалограммы с использованием подкожных игольчатых электродов

С тех пор благодаря трудам Анри Гасто, Грея Уолтера, Михаила Ливанова и многих других выдающихся ученых ЭЭГ стала основным инструментом исследования мозга. Я назвал только троих замечательных исследователей, на самом деле их много больше. Просто двоих из них мне посчастливилось знать лично.

Появление ЭЭГ стало прорывом. Еще бы! Мы можем наблюдать за работой мозга не опосредованно, а напрямую, следя за дрожанием пера самописца на бумаге. Мы видим, как она меняется при переходах от состояния к состоянию. Ощущение при записи ЭЭГ такое, что мозг пытается что-то нам сказать, а мы не понимаем. Позже была обнаружена неоднородность ЭЭГ – ритмы, сменяющие друг друга, которые назвали буквами греческого алфавита (альфа, бета, гамма), по возрастанию частоты. А потом были открыты еще дельта- и тета-ритмы, уже так называемые медленные. Обнаружение каждого ритма стало микросенсацией. Грей Уолтер открыл один из основных ритмов ЭЭГ – альфа-ритм. Кстати, сам он очень гордился, что у него его не было, считая данную особенность признаком гениальности.

Сейчас эти ритмы подразделяются еще более узко и имеют важное значение как в диагностике заболеваний, так и в исследованиях высших видов деятельности. Например, локализация активности медленных волн в какой-то области может указывать на наличие опухоли. Этому, в частности, посвящена монография Н.П. Бехтеревой «Биопотенциалы больших полушарий головного мозга при супратенториальных опухолях». Сейчас при подозрении на опухоль или гематому больного тут же направляют на КТ- или МРТ-исследование. В большинстве случаев опухоль видна. А тогда это было настоящее мастерство, искусство – поставить диагноз при помощи ЭЭГ. Помню, как моя мать, которая в то время руководила лабораторией электрофизиологии Института нейрохирургии им. А.Л. Поленова, поздно вечером приходила домой и гордо сообщала, что опухоль была обнаружена именно в том месте, где она указала.

Французский невролог и исследователь Анри Гасто (рис. 32) был настоящим подвижником ЭЭГ. Он считал, что с помощью этого метода можно раскрыть все тайны мозга. В 50-е годы прошлого века он даже пытался организовать межцентровую (как мы сказали бы сейчас) программу по изучению мозговой организации мышления с помощью ЭЭГ. К сожалению, программа провалилась не по причине логического и научного несовершенства, а из-за отсутствия материальной базы (компьютеров). ЭЭГ давала 10 минут сигнала с частотой порядка 20 Герц (3–30), да еще по двадцати каналам. Чтобы все это проанализировать, были необходимы ЭВМ. Визуальный анализ, на который надеялся Гасто, оказался малоинформативным. Вот еще один пример гениальной идеи, опередившей свое время; сейчас компьютерная ЭЭГ стала мощным инструментом изучения процессов мышления в мозге.

Рис. 32. Анри Гасто (1915–1995) – французский невролог и эпилептолог

Целую эпоху в науке о мозге составляют труды Грея Уолтера, которого многие ученые называли просто Грей. Одно перечисление лишь некоторых его достижений выглядит впечатляюще. Еще будучи студентом, он увлекся «волнами Бергера» и занялся электроэнцефалографией. Его можно назвать одним из основателей клинической ЭЭГ. Имея биологическое образование, он прекрасно разбирался в технике и собирал приборы специально для этих измерений. Это, в частности, позволило ему внедрить автоматический частотный анализ ЭЭГ и метод топоскопии – пространственного изучения электрических процессов в мозге. Именно Грей впервые зарегистрировал электрическую активность обнаженного головного мозга человека во время нейрохирургических операций и с помощью так называемых вживленных электродов (14). Одним из первых он применил метод хронического вживления электродов в головной мозг по клиническим показаниям и открыл с его помощью новую форму электрических реакций – Е-волну, известную как «волна ожидания» (15), открыл и проанализировал медленные электрические колебания ЭЭГ – дельта-волны, характерные для очагов патологии, и тета-волны, сопровождающие эмоциональные реакции.

Грей Уолтер создал несколько кибернетических обучающихся моделей. В детстве я видел по телевизору одну из первых его кибернетических черепашек, которая передвигалась по комнате, обходя препятствия. Это, конечно, не современный марсоход, но ведь и времена были другие. Он хорошо относился к нашей стране, пытался создать взаимную кооперацию (рис. 33), поставить свой топоскоп в одну из наших лабораторий, привлекая к этой деятельности даже леди Клементайн Черчилль. Однажды по приглашению Н.П. Бехтеревой прожил неделю у нас дома, в Ленинграде. Как я жалею сейчас, что в 1963 году не был способен оценить уникальность этого общения!

Не могу не сказать о Грее Уолтере более подробно, настолько яркой и запоминающейся личностью он был. Анархист по убеждению, он не хотел связываться с официальными университетами и всю жизнь проработал в полунищем институте, существовавшем на завещанные деньги. Причем условием контракта было отсутствие пенсии. Был трижды женат, имел пять детей. Ездил на скутере, что привело к трагическому финалу. Был крайне привлекательным. С другой стороны, было немало людей, относившихся к нему с настороженностью, которых шокировал его бьющий идеями разум, парадоксальность мышления – качества, характерные для выдающегося ученого.

Рис. 33. Н.П. Бехтерева и Грей Уолтер руководят симпозиумом в Ленинграде (1974 г.)

ЭЭГ развивалась очень быстро, особенно мощный толчок ей дало применение вычислительных мощностей. Появилась даже ЭЭГ-томография – так называемая LORETA (16), суть которой заключается в построении на скальпе полей в мозге по потенциалам. Сначала записывают электрические потенциалы с поверхности головы. Затем, используя законы электродинамики, рассчитывают, какие потенциалы внутри мозга могут генерировать подобные потенциалы на скальпе, и таким образом можно получить информацию о поведении корковых структур. Появился и активно применяется метод вызванных потенциалов (ВП). На основе их исследования можно многое сказать о процессах в мозге и даже определить вероятность будущих заболеваний. Что это такое? Предполагается, что мы регистрируем электрический сигнал, состоящий как бы из двух составляющих: сигнала, отражающего работу мозга по обеспечению исследуемой деятельности, и «шума». Далее предполагается, что сигнал возникает каждый раз, когда мы «дергаем за веревочку» – заставляем испытуемого выполнять определенное задание. А шум не зависит от стимулов, поэтому будет расти медленнее. Говоря математически, сигнал будет расти пропорционально числу повторений эксперимента, а шум – пропорционально корню из этого числа. Этот метод называется методом вызванных потенциалов или потенциалов, связанных с событием. Его применяют сегодня повсеместно.

С помощью анализа ЭЭГ и анализа вызванных потенциалов были получены интересные результаты. Существует большое число различных приемов, с помощью которых можно пролить свет на многие аспекты деятельности мозга. Академик М.Н. Ливанов исследовал, как различные зоны мозга объединяются в системы. Речь идет о больших зонах, поскольку пространственное разрешение ЭЭГ невелико. Начинали со снятия биопотенциалов с восьми точек. Вот он записывал восемь (а позже и больше) отведений и смотрел, как соотносятся ритмы в этих зонах. Если наблюдал какую-то взаимосвязь, полагал, что эти зоны так или иначе связаны. Он даже создал прибор, который назывался «телевизор мозга», разновидность топоскопа Грея Уолтера, на экране которого перемигивались звездочки отведений в зависимости от взаимовлияния (рис. 34). Эта идеология исследования системной организации мозга используется до сих пор.

ЭЭГ и его аналоги в настоящее время стали мощным методом исследования работы мозга благодаря в первую очередь применению компьютерной техники. Именно она позволяет выделять сигнал из внешне беспорядочных колебаний биопотенциалов мозга в его динамике.

Рис. 34. Н.П. Бехтерева с сотрудниками перед «телевизором мозга» М.Н. Ливанова (середина 1950-х гг.)

А что же с кровотоком, с разговора о котором началась глава? До середины 80-х годов прошлого века – практически ничего, за исключением исследований на животных и исследований у больных с имплантированными долгосрочными интрацеребральными электродами (17). Последнее – только в отделе Н.П. Бехтеревой и еще в двух лабораториях в мире. Но в целом эти работы были на обочине столбовой дороги. ЭЭГ затмевала все. Это, кстати, очень поучительная история. С появлением качественно других методов – МРТ и ПЭТ – ЭЭГ, напротив, приходится доказывать свою значимость.

Это избитая фраза, но подлинной революцией стало использование для диагностики рентгеновских лучей, за открытие которых, как известно, была присуждена первая Нобелевская премия по физике. С тех пор стало традицией присуждать Нобелевские премии за создание новых методов интровидения. Суть рентгеновской диагностики, напомню, состоит в том, что степень проницаемости (прозрачности) различных тканей человеческого тела для рентгеновских лучей, во-первых, значительно выше, чем для световых лучей (поэтому они проходят сквозь тело); во-вторых, различна для разных тканей. Поэтому в этом театре теней хорошо видны переломы, так как имеется существенная разница в проницаемости целой и дефектной кости. Несколько сложнее, но опытным глазом можно достаточно четко различить и другие особенности, причем не только костей, но и мягких тканей.

Тем не менее рентгеновский снимок – это проекция трехмерного объекта на плоскость со всеми вытекающими искажениями и неопределенностями; возникло большое число приемов, улучшающих качество изображения. Каждый, кому делали рентгеновские снимки (а их делали почти всем), помнит, что его специально «укладывали» перед источником лучей. Для каждой части тела существует своя «укладка», предоставляющая врачу оптимальный вид. Правда, это были несущественные улучшения, как любое рацпредложение по сравнению с созданием нового метода, но они стимулировали интерес к созданию новых аппаратов. Хотелось получить в полном виде картину внутренних органов живого организма, не разрушая его.

Закономерно возникает вопрос о предпочтительном способе изображения трехмерной картины расположения внутренних органов. Трехмерный объект наиболее удобно отражать на двухмерном носителе (рентгеновская пленка, экран дисплея) в виде набора срезов, или томограмм. Отсюда и появилось название для приборов, позволяющих получить такую картину, – томографы.

В 1917 году австрийский математик Иоганн Радон предложил теоретическое решение осуществления томографии с помощью рентгеновских лучей. (Правда, сама рентгеновская томография возникла почти полвека спустя.) Были выведены математические формулы (так называемое прямое и обратное преобразования Радона), позволяющие по интенсивности поглощения луча от источника, описывающего окружность вокруг объекта, восстановить его внутреннюю структуру. Теоретически проблема была решена почти девяносто лет назад. Заметьте: опять почти столетие!

Принципиальная схема рентгеновского (или, как его чаще называют, компьютерного) томографа (КТ) заключается в следующем. Внутрь кольца помещают пациента, лежащего на специальном столе, подвижном по направлению центральной оси кольца. По диаметру кольца друг напротив друга расположены рентгеновская трубка (излучатель) и приемник, регистрирующий интенсивность прошедшего сквозь тело излучения. Излучатель описывает полную окружность вокруг пациента и по зарегистрированной зависимости поглощения от расположения излучателя вычисляет распределение рентгеновской плотности внутренних органов, то есть срез, на котором видны эти органы.

Томограф не только позволил увеличить количество проекций, но резко повысил разрешающую способность изображения, на котором стали различимы не видимые прежде ткани. Сегодня КТ стал чуть ли не самым распространенным прибором для рутинного обследования. Его внедрение ознаменовало настоящий прорыв в диагностике, прежде всего – в диагностике заболеваний головного мозга, так как только с его помощью удалось заглянуть сквозь кости черепа. Впервые появилась возможность без инвазии получить прижизненное изображение головного мозга, его оболочек и сосудов в норме и при различных патологических состояниях.

Здесь следует сделать важное замечание. КТ заменил собой множество обычной рентгенографии и методик искусственного контрастирования, но не отменил их полностью. Например, мы изредка пользуемся краниограммами (обычными рентгеновскими снимками головы и черепа) для выяснения продолжительности существования патологии. Также при помощи краниограмм проще и дешевле оценить координаты введенных в мозг электродов. Это обычная ситуация. Все методы интровидения имеют четко определенную нишу, в ней они вне конкуренции. Но ни один из них пока не может претендовать на абсолютную ценность.

Однако различия в рентгеновской плотности выражены недостаточно, чтобы уверенно отличить, например, одну мозговую структуру от другой. Опухоль или гематома чаще всего видны, а более тонкие особенности – не всегда. Кроме того, это исследование нельзя назвать полностью безвредным, поскольку пациент все-таки получает определенную дозу облучения. Поэтому в течение нескольких десятилетий постоянно шли поиски безопасного метода, который к тому же обладал бы гораздо большей чувствительностью.

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).

Рис. 36. Типичная структура фМРТ-исследования

Когда мы установили МРТ в нашем институте, то решили сделать простейший тест – задали испытуемому два вида деятельности: нажатие пальцем на кнопку и трение пальца грубой щеткой для волос (рис. 37). Из учебника известно, куда идет сигнал при сенсорном раздражении пальца и откуда идет сигнал при его движении. Получилось полное совпадение с учебником. Плюс активации при движении, связанные с тем, что человек должен приказать пальцу двигаться. Действительно, движение отражалось в моторной коре, а ощущение – в сенсорной.

Помимо КТ и МРТ, то есть собственно томографов, существует большое разнообразие приборов для интровидения. Это ультразвуковые устройства, термовизоры, гамма-камеры. За исключением, пожалуй, УЗИ, они ближе к рентгенографии, чем к томографии. Все перечисленные методы интровидения, кроме фМРТ, дают картину физического состояния ткани, ее плотности, состава, однако функциональное состояние, если оно не вызвало грубых физических изменений, на изображении никак не проявляется.

Рис. 37. Демонстрационное фМРТ-исследование (ИМЧ РАН)

Естественно, что потребность в таком знании очень велика. Мало видеть, что где-то есть уплотнение; хорошо бы знать его природу. Что это – опухоль или некроз; если опухоль, то какова ее стадия. При операциях по поводу эпилепсии хирург не может отличить по внешнему виду пораженную ткань от здоровой. Некоторые заболевания вообще проявляются именно как расстройство функции. Условно говоря, если сделать КТ или МРТ телевизора, то можно найти сгоревшее сопротивление или микросхему, но нельзя определить, настроен ли аппарат на требуемый канал. Любое функциональное изменение связано с изменениями в биохимии ткани. И активность мозга, и сокращение мышцы, и вообще все – в норме и в патологии – основано на биохимических перестройках. Следовательно, для того чтобы визуализировать функцию, надо научиться следить за биохимией органа. Об этом было известно уже давно. Вся изотопная диагностика основана на том, что при функциональном или патологическом изменении органа в нем меняется концентрация какого-либо вещества. Он аккумулирует это вещество из крови. Поэтому, если вещество пометить, то есть ввести в его молекулу радиоактивный изотоп, его излучение будет выдавать местонахождение всей молекулы.

Метку веществ радиоактивными атомами и последующее слежение за их концентрацией применяют более пятидесяти лет. Наиболее распространенными приборами для изотопной диагностики стали так называемые гамма-камеры. Принципиально гамма-камера состоит из аналога фотопластинки (массива детекторов гамма-излучения) и коллиматоров – специальных устройств, позволяющих достигать детектора только гамма-квантам, летящим по определенному направлению.

Но, несмотря на огромную ценность однофотонных изотопных исследований, они обладают рядом неудобных свойств. Или правильнее будет сказать, что они являются великолепными приборами, занимающими определенную нишу, и вне этой ниши, естественно, имеют недостатки. Основным недостатком гамма-камер, делающих их непригодными для психофизиологических исследований мозга, является низкая эффективность сбора информации. Почему? Да потому, что используются только те гамма-кванты, которые летят вдоль трубочки. Все остальные выбрасываются из рассмотрения. Для получения изображения надо зарегистрировать много квантов. Увеличивать дозу нельзя. Увеличивать время экспозиции тоже нельзя, так как человек думает за доли секунды, а не за десятки минут.

Надо было придумать, как увеличить эффективность сбора информации. И придумали – позитронно-эмиссионный томограф (ПЭТ). С появлением ПЭТ в науке о мозге и в медицине в целом произошла настоящая революция. Наконец-то появился прибор, который позволил нам увидеть не структуру, а «жизнь» ткани, органа, участка мозга, соотнести сведения о событиях в целом мозге со знанием того, что происходит в его микрообъемах.

И гораздо более точную информацию мы получаем, комбинируя эти методы.

Слева на МРТ видно объемное образование (светлое пятно). По всем данным, это может быть опухолью, то есть существуют показания для операции. Справа, при совмещении МРТ и ПЭТ с метионином, видно, что эта область спокойная, то есть это уже не растущая опухоль. Ничего делать не надо

Аппарат позитронно-эмиссионной томографии и компьютерной томографии

ПЭВ-ВП-исследования селективного внимания

Мультимодальные исследования. ПЭТ отвечает на вопрос «где?». ВП отвечает на вопрос «когда?». Комбинируя результаты, понимаем «что»