FcMRI

fcMRI и Default Mode Network

Если в целом мозг относительно стабилен в своих энергетических потребностях, то локально, в отдельных своих регионах картина может меняться достаточно, чтобы это можно было измерить. На этом основано все фМРТ — активные участки мозга спустя некоторое время начинают снабжаться кровью больше, чем в среднем, и мозг из этой крови забирает меньше кислорода (да, такой парадокс), и этот избыток кислорода в гемоглобине видно на МРТ. Называется BOLD сигнал. Также, как и попытки писать кровоток Анжело Моссо без малого 150 лет назад, это сигнал страшно шумный, и в нем мало понятного. Для того, чтобы получить знаменитые карты “активности” коры, BOLD сигнал многих сессий и многих испытуемых усредняется. Только так можно получить хоть что-то, что кажется осмысленным. Естественно, к точности таких карт надо относиться с некоторым скепсисом — именно в силу усреднения. И надо помнить, что раз в основе лежит измерение кровотока — гемодинамики — то временная точность там на уровне 10 секунд примерно. Краткие активации и единичные вспышки активности, если они есть, этот метод не поймает в принципе.

Однако полтора десятка лет назад был отработан другой способ статистически обрабатывать BOLD сигнал. С 90-х годов отмечалось, что часть этих “шумов” у одного человека не очень независимы. Некоторые участки мозга (иногда довольно далекие друг от друга) активируются вместе (помним про временную точность, впрочем). Возникает соблазн предположить, что они функционально связаны, и составляют единую “сеть”, которая активируется и деактивируется более-менее синхронно. Этому соблазну поддался Маркус Райкле, и выпустил фундаментальную сейчас статью, давшую начало fcMRI (то есть картам функциональной связаности, functional connectivity), и заодно default mode network — первой из таких сетей, построенной Райкле, сети, активной когда мозг “ничего не делает”. (он сам потом удивлялся, как прижился и расцвел этот термин — default mode network). Таких сетей сейчас принято выделять 6-7, смотри иллюстрацию Здесь сразу же заметно, что сети “вытесняют друг друга”. Активна одна — неактивна другая. Напрашивается “энергетическое” объяснение — держать активными несколько сетей сразу может быть метаболически дорого. Мы эту идею обязательно исследуем позже, хотя она и не единственное возможное объяснение. Интересно, что картируемые методом fcMRI сети не обязательно имеют явную анатомическую основу — там может не быть соответствующих транскортикальных пучков белого вещества и т.п. Хотя часть связей в этих сетях сидит на известных анатомам моно- и поли-синаптических связях, но половина — нет; Что же еще их связывает?

В первом приближении — да что угодно. Таламус. Гиппокамп. Стриатум, мозжечок, да и даже движение и физическая активность через сенсомоторную обратную связь — и все это одновременно (мозг вообще “любит” параллельные механизмы). Нам здесь важно то, что можно понять о механизмах такой связи и каких ресурсов требуют различные эти механизмы.

Вот ради картины разных метаболических стоимостей механизмов связи нам fcMRI и их результаты и нужны

Литература

1. E. Raichle et al: A default mode of brain function 2001 Это первая статья по Default Mode Network
2. E. Raichle The Brain's Default Mode Network 2015 Современный обзор
3. Buckner et al: The organization of the human cerebellum estimated by intrinsic functional connectivity 2011 Ряд статей Букнера по оценке сетей в коре, мозжечке и базальных ядрах
4. Buckner et al:The organization of the human striatum estimated by intrinsic functional connectivity 2012
5. Yeo et al: The organization of the human cerebral cortex estimated by intrinsic functional connectivity 2011