Новый метод анализа активности головного мозга человека

Разработанный в Отделе перспективных информационных технологий (ИМПБ РАН) метод анализа функциональной томографии позволит эффективно изучать активности всего головного мозга, в широкой полосе частот генерируемых полей, как аномально высоких, так и аномально низких.

Магнитоэнцефалография (МЭГ) является одной из наиболее передовых биологических технологий, занимающихся изучением функционирования головного мозга человека. Но есть два основных фактора осложняющих анализ, получаемых при проведении магнитоэнцефалографии данных. Один из них - это синхронная природа нейронной активности мозга, заключающаяся в том, что в любой момент времени происходят миллионы функциональных нейронных событий. Другой состоит в том, что существует большое множество нейронных морфологий, что ведет к генерации различных конфигураций электромагнитных полей при их активации.

В поиске решения данной проблемы сотрудниками отдела был разработан новый метод, представляющий всю активность мозга как набор элементарных когерентных осцилляций. Основа технологии состоит в применении вычисления высокоточного преобразования Фурье на длительном многоканальном временном ряде, и последующем анализе полученных спектральных компонент. Разработанный учеными новый подход был апробирован на расчетных и физических моделях. Затем созданное программное обеспечение "в слепую" использовали для вычисления функциональных томограмм альфа-ритма у десяти испытуемых. Запись МЭГ была произведена в Центре Нейромагнетизма Медицинского Факультета Нью-Йоркского Университета. Альфа-ритм был выбран для оценки метода, поскольку его природа довольно хорошо изучена. "Слепое" применение метода означало, что никакая априорная информация о строении мозга не использовалась для решения обратной задачи. Было предположено, что значительная часть МЭГ сигнала в полосе частот альфа-ритма может быть представлена в виде суммы эквивалентных токовых диполей, в то время как каждая когерентная осцилляция описывается одним диполем. После того как изначальная МЭГ была разделена на набор когерентных элементарных осцилляций, обратная задача была решена для каждого осцилляционного паттерна, и энергия осцилляции была соотнесена с пространственным положением диполя. Отклонение между входной МЭГ и восстановленной преобразованием составило меньше, чем 10-20. Разумная биологическая интерпретация полученных результатов говорит о возможности применения предлагаемого метода в исследовании спонтанной активности головного мозга.

Фундаментальным преимуществом данной методики является тот факт, что зарегистрированные данные используются полностью. Каждой точке в пространстве функциональной томограммы соответствует парциальный спектр, по которому восстанавливается временной ряд источников, локализованных в данной точке. Таким образом, предложенная методика открывает новые возможности для изучения корреляций между различными областями мозга.

Методика обладает миллисекундным разрешением и позволяет с высокой точностью реконструировать временную зависимость и пространственную структуру активности мозга. Учеными созданы предпосылки для создания нового метода медицинской диагностики, в котором, при анализе индивидуальных магнитоэнцефалограмм, можно моделировать и реконструировать функциональную структуру мозга человека.