Диссертация (1144755), страница 17
Текст из файла (страница 17)
Дело в том, что изменения уровня активности вовлекаемыхмозговых структур можно предсказать, опираясь на довольно внушительныйэкспериментальный материал нейровизуализационных исследований. Однако, вэтом отношении сложно с уверенностью предполагать, как именно будут менятьсяфункциональные взаимодействия лобных и височных структу, в зависимости отпроцедур порождения регулярных и нерегулярных глаголов. Проблема в том, чтов рамках этого направления исследований до 2015 года было только одноисследование,взадачукотороговходиловыявлениеособенностейфункциональных взаимодействий при порождении регулярных и нерегулярныхформ(Stamatakis,etal.,2005).ВисследованииСтаматакисаметодпсихофизиологических взаимодействий по анализу изменений функциональныхвзаимодействий в зависимости от класса порождаемых глаголов проводился длязаранее выбираемых ОИ.
По результатам предварительно проведенного фМРТисследования (Tyler, et al., 2005), при выполнении испытуемым задания наопределения категории слова (одинаковые-разные) были выбраны левая нижняялобная извилина (inferior frontal gyrus, lIFG, в т.н. области Брока), передняя пояснаякора (ACC), верхняя височная извилина (STG) и средняя височная извилина (MTG).При этом использовалось слуховое предъявление пар слов английского языка (атакже псевдослов), относящихся к регулярному и нерегулярному классу, то есть,например, «jumped – jump» и «thought – think» соответственно.
Анализ81функциональных взаимодействий показал, что активность в области левой нижнейлобной извилины (т.н. область Брока) положительно влияет на активность ОИ влевой височной области. Данный эффект был выражен как для регулярных, так инерегулярных глаголов, хотя результаты предварительного «активационного»исследования (т.е. анализирующего изменения в уровне BOLD сигнала) говорилио том, что восприятие регулярных глаголов ассоциируется с увеличениемактивностивструктурахлобно-височнойсистемы.Такжебылопродемонстрировано модулирующее влияние активности ИО в передней пояснойизвилине на функциональное взаимодействие между звеньями лобно-височнойнейрональной системы, связанной с обеспечением процессов восприятия речи.Данный эффект был сильнее выражен для регулярных глаголов, что по мнениюСтаматакиса и коллег: «отражает дополнительные вычислительные усилия,требуемые для обработки регулярных форм, необходимые для обеспечениямодуляции процессов лексической обработки на уровне височной коры со сторонылевой нижней лобной извилины, вовлекаемой в обеспечение механизмовморфологического анализа» (Stamatakis, et al., 2005).
Предлагаемое в рамкахнастоящейдиссертациифМРТисследованиемозговогообеспеченияморфологических процессов, связанных с порождением глаголов разных классоврусского языка, позволит ответить на несколько ключевых вопросов данногонаправления исследований.Такимобразом,гипотезаэтогоэтапаисследованияможетбытьсформулирована следующим образом.
В случае, если порождение регулярныхглаголов обеспечивается специализированной левосторонней лобно-височнойнейрональной системой, то в соответствии с «активационно-ресурсным»подходом, должно наблюдаться повышение функциональной активности в областиБрока и структур височной коры, сопровождаемое усилением функциональныхвзаимодействий между ними. А порождение других, нерегулярных форм глаголов,должно обеспечиваться билатеральной лобно-теменной нейрональной системой,при соответствующих усилениях функциональных взаимодействий междуструктурами мозга, входящими в их состав.823. Методы исследованияДвадесятилетияфункциональнойназадсчиталось,нейровизуализации(вчтотомографическиеосновномметодыпозитронно-эмиссионнаятомография – ПЭТ) принципиально позволяют исследовать только функцию, но неструктуру.Вомногомэтобылообусловленоотносительнонизкойпространственной разрешающей способностью ПЭТ, по сравнению, например, срентгеновской компьютерной томографией.
Сейчас, активное техническоеразвитиеметодовнейровизуализации(ПЭТ,функциональнаямагнитно-резонансная томография – фМРТ) и совершенствование методов обработки ихданных позволяет с достаточно высокой точностью локализовать наблюдаемыеизменения функциональной активности мозга, т.е. осуществлять структурнофункциональное картирование мозга.Несмотря на существенные отличия в технике сбора информации при ПЭТ ифМРТ, оба метода, по сути, исследуют один и тот же процесс (изменения мозговогокровотока),изображенийатакжехарактеризуютсядлявизуализацииобщимипринципамипространственногопостроениярасположенияфункциональных мозговых систем.ПЭТ, помимо картирования функций мозга, позволяет исследоватьпрактически любой биохимический или физиологический параметр (различныевиды метаболизма, кровоток, плотность распределения рецепторов и т.д.), еслиесть соответствующий радиофармпрепарат (РФП) (Медведев, 2008).
Однако дляпроведенияПЭТ исследованийнеобходимыциклотрон, радиохимическаялаборатория и отлаженная работа опытного персонала. Кроме того, разработкаРФП для исследования – крайне трудоемкая и дорогая задача, что в конечном итогеделает себестоимость этих исследований очень высокой.Картирование функций мозга с использованием ПЭТ основана нарегистрациилокальныхизмененийкровотока,вызываемыхизмененияминейрональной активности. Связь между обеспечением когнитивных функций иизменениями мозгового кровотока была продемонстрирована еще в работах Моссо83(цит., по (James, 1980)), а в работах Роя и Шеррингтона было показано, чтоизменения функциональной активности нейронов вызывает изменения кровотока(Roy, Sherrington, 1890).
Применение ПЭТ, впрочем, как и фМРТ, базируетсяименно на этих принципах – регистрируя изменения кровотока одновременно повсему объему мозга, исследователь получает данные о мозговом обеспеченииисследуемых функций. При ПЭТ для этого используется РФП 15O-вода (вода,меченная по атому кислорода 15), который позволяет при малых количествахвводимого вещества добывать максимум информации. Малый период полураспада15O-воды (около 2 мин) позволяет получить несколько полноценных ПЭТизображений одного испытуемого или пациента.
Однако, для этого необходимообеспечить введение РФП сразу после его синтеза (т.е. необходимо наличиециклотрона и радиохимической лаборатории в непосредственной близости оттомографа). Также, повторное сканирование возможно только после полногораспада ранее введенного РФП, что увеличивает время исследования донескольких часов.
При этом, несмотря на то, что лучевая нагрузка на пациента приоднократном исследовании мала, для постоянно работающего персонала ПЭТ онаявляется существенной.Функциональная МРТ позволяет регистрировать изменения сигнала,зависимого от насыщения крови кислородом (BOLD (blood oxygen level dependent)– сигнал), который отражает доставку кислорода в область нейрональнойактивности. По прошествии нескольких секунд после увеличения нейрональнойактивности, за счет локального увеличения кровотока происходит локальноеснижение окисленного гемоглобина, и регистрируется увеличение BOLD-сигнала.При этом время исследования, в среднем, составляет от 5 до 30 минут взависимости от тестового задания (функциональных проб).
В связи с этимпроведение фМРТ исследований требует сравнительно меньше ресурсов и временичем ПЭТ. Эти особенности рассматриваемых методов способствовали тому, что внастоящий момент, для локализации функционально значимых зон, например, впредхирургическом обследовании пациентов используется в основном фМРТ,тогда как ПЭТ – только при наличии противопоказаний к МРТ.84Вместе с тем, следует отметить, что по сравнению с ПЭТ, фМРТхарактеризуетсяирядомсущественныхограничений,например,противопоказанием для проведения исследования является наличие металла,высокий уровень шума и замкнутое пространство томографа (сопутствующийэтому стресс), возможная стимуляция мышц, высокая чувствительностью ктехногенным и физиологическим артефактам и т.д. Учет эти особенностей важенпри выборе метода исследования.Несмотря на представленные методические различия, ПЭТ и фМРТхарактеризуются общими принципами построения изображений, на основекоторых можно судить о пространственных характеристиках исследуемыхфункциональных мозговых систем.
Получение таких изображений принципиальноотличается от, например, структурной МРТ или ПЭТ с 18-фтордезоксиглюкозой,посколькупредполагаетобязательнуюстатистическуюобработкурегистрируемого сигнала. Это связано с тем, что основная задача при картированиифункций мозга заключается в выявлении относительных изменений в сигналемежду экспериментальными состояниями. Если в тестовом задании присутствуетдеятельность, которая отсутствует в контрольном, то выявляемые относительныеизменениярегистрируемогосигналабудутотражатьобеспечениеэтойдеятельности.
Например, для исследования речевой функции достаточно, чтобы втестовом задании испытуемый называл несложные изображения, а в контрольномсмотрел на изображение шахматной доски – тогда будут выявляться области,вовлекаемые в обеспечения понимания и называния изображений (см. Рисунок 2).Следует отметить, что для построения изображений относительныхизменений сигнала не используется интуитивно очевидная процедура усреднения,т.к. усреднение не позволяет учитывать статистические свойства сигнала.
В силутого, что изменение кровотока является распределенным в пространстве процессом(Huettel, 2010), изменения сигнала в соседних вокселях (элементах изображения)всегда скоррелированы.85Рисунок 2. Структура тестового задания для функциональной диагностики.Обозначения: А - пример дизайна исследования с использованием блоковой фМРТ«парадигмы» по картированию речевой функции (тестовое задание – называниеизображений), Б - результат исследования представлен в индивидуальноманатомическом пространстве пациента (T1W3DTFE): установлено расположениеобластей мозга вовлекаемых в обеспечение речевой функции (данные ИМЧ РАН).Обозначения:FWE-использованныйметодповоксельнойкоррекциинамножественность сравнений при построении СПК.При усреднении, функция автокорреляции не учитывается.
Именно поэтому,в настоящий момент, при обработке фМРТ/ПЭТ данных применятся подход,подразумевающий моделирование сигнала, что позволяет учитывать егоскоррелированный характер. Таким образом, рассчитываемые параметры моделииспользуются для построения изображений, получивших название статистическихпараметрических карт (СПК).86В общем виде моделирование применяется для оценки предсказанияизменений сигнала в компетентных для обеспечения исследуемой функцииобластях мозга.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
