отзыв официального оппонента к.ф-м.н. Введенского В.Л. (Парциальные спектры спонтанной активности головного мозга человека)

ОТЗЫВ ОФИЦИАЛЬНОГО ОППОНЕНТА Старшего научного сотрудника Национально~о ис~~ед~~~~ельско~~ цент(за «Курчатовский институт», кандидата физико-математических наук Введенского Виктора Львовича на диссертацию Рыкунова Станислава Дмитриевича «Парциальные спектры спонтанной активности головного мозга человека», представленную на соискание ученой степени кандидата физикоматематических наук по специальности 03.01,02 — Ьиофизика Актуальность исследования Исследование мозга является одной из основных задач современной науки. Это связано как с медицинским аспектом проблемы (диагностика и лечение различных заболеваний), так и с техническим — попытками воспроизвести эффективную работу мозга, как системы управления.

Важнейшим направлением изучения работы мозга является регистрация функциональной активности его отдельных участков. Для экспериментального изучения электрической активности групп нейронов и отдельных нервных клеток применяются введенные в мозг микроэлектроды, а в перспективе возможно использование зондов ианом етрового масппаба (проект ВКА1М 1п(йа1Ые (Инициатива «Мозг»), США). Такую методику можно применять только на животных и, в редких случаях, при подготовке операций на мозге у людей с серьезными патологиями, Другим подходом является функциональная магнитно- резонансная томография, дающая информацию об активности в данной точке мозга по изменению локального кровотока, обеспечивающего метаболизм нейронов (проект Нишап Соппес1опз Рго1ес1 (Коннектом мозга человека), США.

Этот метод требует использования сильных магнитных полей, и наблюдает процессы, протекающие медленно, в течение нескольких секунд. Метод дает косвенную информацию о нейронных процессах, осуществляющих управление потоками нервных импульсов в мозге. Магнитная энцефалография (МЭГ) наилучшим образом комбинирует высокое временное разрешение (до миллисекунд) с возможностью определения положения в мозге группы нейронов, создающих быстро меняющееся магнитное поле. Метод бесконтактный и комфортный, что особенно выделяет его среди имеющегося небольшого числа доступных методик, позволяющих изучать управления, протекающие в мозге здорового человека.

Диссертационная работа Рыкунова СД. чрезвычайно актуальна, так как нацелена на создание и применение метода, позволякэщего изучать активность различных внутренних частей мозга человека по внешним магнитным полям. Структура диссертации Диссертация изложена на 122 листахт состоит из четырех разделов, введения, заключения и списка литературы из 109 наименований. Имеется 43 рисунка. ВВЕаан~ьт ОбОЕНОВЫеавт антуатЬНОотЬ рабатЫ, ЕЕ ПатЬ И Заааонт Науявуя НОВИЗиу И положеният выносимые на защиту.

В пе вом аз еле кратко описан объект исследования — головной мозг человека. Рассмотрены экспериментальные методы изучения мозга, при этом особое внимание уделяется магнитно-резонансной томографии и магнитной энцефалографии. Описаны характеристики биомагнитных полей, измерительные приборы и средства защиты от внешних магнитных полей, использованные в работе. Основное содержание — описание спектральных методов, составляющих методическую основу диссертации, и их применения для анализа данных магнитной энцефалографии.

Также в этом разделе проводится сравнение данных магнитной энцефалографин, полученных на нзыеритеаьных приборах разных типов. То~ай ат еа ооызпен иегову функциональной томографииз ко~орый восс~анавли~ает функциональную структуру мозга путем анализа патгернов магнитных полей, зарегистрированных внешними датчиками. Приведено описание математического аппарата метода и результаты его применения к анализу данных магнитной энцефалографии, Проведена экспериментальная проверка метода на физической модели — фантоме. В четве том аз еле сформулирован метод парциальных спектров. созданный автором на базе спектрального анализа многоканальных временных рядов и аннотированной сегментации магнитно-резонансной томограммы.

Для случая головного мозга автор вводит понятие парциального спектра, как части полного спектра, производимой данной областью трехмерного пространства. Также описана компьютерная программа для расчета парциальных спектров различных частей головного мозга по данным магнитной энцефалографии. Представлены парциальные спектры спонтанной и патологической активности головного мозга для шести отделов головного мозга, проведен их качественный и количественный анализ. В Заключении сформулированы основные результаты и сделаны выводы. Достоверность и обоснованность результатов исследований Предложенная автором методика была апробирована на компьютерных моделях множественных липольных исгочыиков.

Все диполи были локализованы с высокой точностью, а их распределение обеспечило хорошее ~~~~рои~~едение входных данных, Следует особо отметить экспериментальную проверку метода на физическом фантоме, выполненную автором работы. Фантом представлял собой сферический сосуд с физиологическим раствором, в котором одновременно работали три ~око~~~ диполя ыа разны~ частотах. Магнитные поля.

производимые совокупностью этих диполей, были измерены многоканальным магнитным энцефалографом, а затем проанализированы с помощью спектрального анализа, что ~озволило локализовать все диполи с миллиметровой точностью. Дополнительной проверкой метода послужили эксперименты по изучению вызванной слуховой активности с одним и тем жс субъектом, выполненные на таких разных экспериментальных установках„как 7-канальный градиометр второго порядка в НИЦ «Курчатовский институт» и 275-канальный градиометр в Нью- Йоркском университете. Точная локализация источников в этих компьютерных и натурных экспериментах позволила обосновать применение метода парциальной спектроскопии к изучению человеческого мозга.

В работе были изучены парциальные спектры спонтанной активности головного мозга контрольных субъектов и субъектов с различными патологиями. В частности, изучались такие явления, как альфа-ритм, а также таламо-кортикальная дизритмия. Парциальные спектры, рассчитанные автором работы, соответствуют общепринятым представлениям об этих явлениях. В то же время, они несут новую информацию о пространственной структуре их источников, 1'езультагы, полученные в диссертации, следует признать достоверными и хорошо обоснованными теоретически и экспериментально.

Новизна и значимость полученных результатов Наиболее значимым новым результатом, представленным в диссертационной работе, можно считать выделение из общей активности мозга характерных специфичных для сравнительно небольших групп нейронов расположенных в определенных точках больших полушарий. Каждая из таких групп обладает собственным индивидуальным поведением проявляемом в специфическом временном ходе электрической активности, сопоставимом с индивидуальной подписью. Ансамбли таких групп, эквивалентные роям или муравейникам, предположительно. и должны играть главную роль в организации управлякпцей функции мозга. Результаты, полученные в диссертации, являются плодом первого применения созданного автором метода парцнальной спектроскопии мозга, Разумный вид и физиологическая интерпретируемость найденных спектров имеют большое значение для современных исследований мозга.

Эти спектры в дальнейшем могут быть найдены как для более детального анатомического разбиения мозга, так и для произвольных пространственных сеток различной степени подробности. По этим парциальным спектрам можно восстанавливать течение процессов в разных частях мозга ~в узлах координатной сетки) с высоким временным разрешением. Корреляционный анализ временных диаграмм может выявить функциональные связи между виртуальными электродами. Это откроет новые перспективы в изучени~ коннективности мозга - то есть функциональной с~~~~~ности пространственно разнесенных популяций нейронов, участвующих в выполнении общей задачи управления. Особо следует отметить наблюдение «промлов» в парциальных спектрах ~~гни~~ой энцефалограммы в достаточно узких полосах частот, даже внутри альфа пика частот.