Техник осматривает рентгенологическое оборудование

Автор: Майкл Хедерле | Март 30, 2022

Подумай кусок

Ученые UNM используют новую технологию МРТ для создания покадровых изображений, когда живой мозг реагирует на события

Магнитно-резонансная томография (МРТ) изменил область нейробиологии за последние 40 лет, позволив ученым создавать четкие снимки живых структур мозга и даже обнаруживать функциональные изменения, связанные с определенными действиями.

В отличие от рентгеновских лучей или компьютерной томографии, МРТ не зависит от пучков излучения. Вместо этого мощные магнитные поля и радиоволны используются для временного выравнивания атомов водорода в молекулах воды в организме, а это означает, что это может создать четкую картину мягких тканей, таких как мозг.

Но более новая технология, разработанная нейробиологом UNM Элейн Бирер, доктором медицинских наук и сотрудниками Калифорнийского технологического института и Университета Южной Калифорнии, делает МРТ еще на один шаг вперед.

В статье, опубликованной в журнале ЯМР в биомедицине, они сообщают об использовании марганца, микроэлемента, обнаруживаемого по всему телу, в качестве контрастного вещества при МРТ, позволяющей получить серию изображений с интервальной съемкой, показывающих реакцию мозга на определенные переживания.

Элейн Биэр, доктор медицины, доктор философии

Мозг не является статичной вещью. Этот метод МРТ отображает медленные последствия опыта с течением времени.

- Элейн Носитель, MD, PHD

«В этом отчете подчеркивается способность контраста на основе марганца изучать динамические переходы по всему мозгу», — сказал Бирер, профессор кафедры патологии UNM. «Мозг не является статичной вещью. Этот метод МРТ отображает медленные последствия опыта с течением времени. Это позволяет нам глубже заглянуть в удивительную сложность мышления и чувств».

При МРТ с усилением марганца (MEMRI) небольшое количество марганца поступает в нейроны по тому же клеточному пути, что и кальций, который играет ключевую роль в передаче сигналов мозга. Когда ионы марганца движутся по нейрону, они подчеркивают активность клетки, подчеркивая выступы, через которые она взаимодействует с соседними нейронами.

«Эта захватывающая эмерджентная методология фиксирует функции мозга при нормальном поведении, которые иначе невозможно узнать в таком масштабе», — сказал Тейлор Уселман, аспирант лаборатории Бирера, соавтор статьи. Кристофер Медина, доктор медицинских наук, выпускник Медицинской школы UNM, также был соавтором.

«В нашей публикации также содержится критический анализ соображений безопасности при использовании контрастного вещества», — сказал Усельман. «Мы приводим ряд примеров того, как MEMRI выявляет развитие системы слуха, а также синдром Дауна, болезнь Альцгеймера и тревожные расстройства».

Стандартные МРТ-сканы имеют большое диагностическое значение для обнаружения опухолей или сосудистых аномалий в головном мозге, и они могут показать, что изменения в определенных структурах мозга связаны с определенным поведением, таким как медитация или изучение второго языка. Но они не показывают, что на самом деле делает мозг, говорит Бирер.

«МРТ, которую мы обычно делаем для диагностики человека, — это просто изображение вашей анатомии», — говорит она. Нейробиологи также используют технику, называемую функциональной МРТ, которая измеряет мозговой кровоток, основываясь на идее, что высокоактивные области мозга используют больше кислорода.

Однако сигнал, зависящий от уровня кислорода в крови (BOLD), слабее, требует вычислительного анализа, и он смешивает как сосудистую, так и нервную активность, сказал Бирер. «С помощью BOLD то, что вы обнаруживаете, является показателем нейронной активности».

Бирер и его партнеры Гарри Грей из Калифорнийского технологического института и Рассел Джейкобс из Университета Южной Калифорнии уже некоторое время изучают потенциал технологии MEMRI. В 2020 году вместе с Узельманом и докторантом Даниэлем Барто они сообщили об использовании MEMRI, чтобы продемонстрировать, как воздействие пугающего стимула превращается в хроническую тревогу.

«Главное, что позволило извлечь уроки из этой технологии, — это вычислительный анализ, который я провел со своими студентами в UNM», — сказал Бирер. «Этот обзор станет справочным материалом для всех исследователей, особенно при использовании этой новой технологии».