Что такое нейровизуализация головного мозга
Методы нейровизуализации
Пневмоэнцефалография
Компьютерная томография
В 1976 г. Jonston et al. привели данные нейровизуализационные исследования больных шизофренией с помощью КТ (компьютерная томография), в которых было продемонстрировано увеличение объема боковых желудочков мозга.
Сегодня рутинная КТ черепа широко применяется за рубежом в комплексе исследований, проводимых у больных шизофренией. В первую очередь речь идет об исключении органической патологии мозга (сосудистые нарушения, опухоли мозга и др.), в ряде случаев имитирующей проявления шизофрении.
 | Методы нейровизуализации играют важную роль в диагностике шизофрении |
Работы D. Pickuth et al. (1999) показали, что у 22% лиц с психическими расстройствами отсутствуют какие-либо изменения на КТ, микроангиопатические изменения фиксируются у 57,8% больных, уменьшение объема разных структур мозга отмечается в 28,2% случаев. Подобные исследования говорят о целесообразности экспресс-диагностики состояния структур мозга даже с помощью такого несовершенного метода, как КТ.
Магнитно-резонансная томография
Применение магнитно-резонансной томографии (МРТ) для изучения мозга больных шизофренией позволило более детально изучить изменения его структуры при этом заболевании (Smith et al., 1984).
МРТ предоставило возможность точной оценки состояния коры и подкорковых структур мозга, его белого и серого вещества. Анализ структуры мозга в различных плоскостях способствовал выявлению сложных морфологических изменений в мозгу больных шизофренией, которые при сопоставлении с психопатологической симптоматикой позволили детализировать анатомический субстрат последней.
С помощью МРТ в мозгу больных шизофренией обнаружено большое количество структурных изменений: уменьшение общего объема мозга, сокращение объемов лобной и теменной долей мозга, уменьшение объема серого вещества в области верхней височной извилины (gyrus temporalis superior), средней височной извилины (gyrus temporalis medialis), включая амигдал (amigdala), височную покрышку (planum temporale), гиппокамп (hippocampus) и парагиппокампальную извилину (gyrus hyppocampus), увеличение боковых желудочков мозга, изменение таких субкортикальных структур, как базальные ганглии, таламус (thalamus), мозолистое тело (corpus callossum) и мозжечок (cerebellum). Так же выявлялось: расширение борозд в лобном отделе коры мозга, укорочение сильвиевой борозды (prefrontal sulcal prominence).
Структурные изменения мозга больных шизофренией по данным МРТ
Важным показателем структурных изменений мозга при шизофрении считаются комплексные показатели, например увеличение индекса VBR или желудочкового — мозгового индекса (Silverman J. et al., 1985). Данные об увеличении объема желудочков мозга и уменьшении объема коры и гиппокампа при шизофрении приводит G. Haliday (2001).
Анализ литературы свидетельствует, что регистрируемые с помощью МРТ аномалии строения мозга при шизофрении обусловлены влиянием различных преципитирующих факторов (Объедков В.Г., Сакович Р.А., 2007).
Большинство исследователей конца ХХ века не обнаружили каких-либо корреляций между продолжительностью течения шизофрении и изменением объема тех или иных структур мозга, выявленных с помощью МРТ. Однако последние исследования выявили повторно прогрессирующее уменьшение общего объема мозга, объемов лобных и височных долей, а также объема верхней височной извилины, особенно после первого психотического эпизода. Отметим, что большая часть нейропатологических исследований шизофрении не выявила глиоза и признаков дегенерации нейронов. Однако нейродегенерация может быть не единственным фактором прогредиентности патологического процесса, поскольку при шизофрении возможно нарушение регуляции апоптоза, избыточный синаптический прунинг и потеря дендритов.
Современные методы нейровизуализации
Помимо позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и однофотонной эмиссионной томографии, в последние годы для исследования мозга больных шизофренией в качестве методов нейровизуализации стали использовать магнитно-резонансную спектроскопию (MРС) и функциональную магнитно-резонансную томография (фMРТ).
Современные методы исследования представляют особый интерес при комплексном применении. Например, ПЭТ проводится совместно с изучением особенностей кровотока в разных структурах мозга с параллельным нейропсихологическим тестированием больных.
Представляют интерес исследования, с помощью которых можно оценить кровоток в различных участках мозга, в частности технология ПЭТ, использующая высокий вес атомных изотопов с короткой продолжительностью жизни в качестве гамма-излучателей. Особенности кровотока могут говорить о функциональной активности различных структур мозга и изменении их метаболизма.
Структурно-функциональные изменения мозга при шизофрении по данным ПЭТ
Исследования с использованием газа ксенон-133 продемонстрировали снижение кровотока во фронтальных долях мозга, по сравнению с задними отделами мозга. Получены данные об увеличении потока крови в левой гемисфере у больных шизофренией, отличающиеся от здоровых людей равномерным распределением потока крови в состоянии покоя. Особенно заметно увеличение потока крови в левой гемисфере при предъявлении когнитивных заданий, напротив, в норме отмечается увеличение кровотока в правом полушарии мозга. При назначении антипсихотиков у пациентов, страдающих шизофренией, кровоток в правой гемисфере начинает увеличиваться.
Стандартные тесты на внимание показывают, что у больных шизофренией, в отличии от здоровых лиц, не отмечается увеличение кровотока в заднелатеральной префронтальной области подкорковых структур мозга. Кроме того, данные тесты выявляют у больных шизофренией изменения в правой верхней фронтальной извилине. В этой же области у больных шизофренией оказываются усиленными метаболические процессы (прием нейролептиков способствует уменьшению интенсивности метаболизма в этой области мозга).
ПЭТ исследования также выявили низкий уровень метаболизма в базальных ганглиях мозга больных шизофренией.
При назначении некоторых нейролептиков эти изменения исчезают, как, впрочем, и при назначении антидепрессантов больным с аффективным биполярным расстройством.
В более поздних работах была предпринята попытка связать изменения кровотока с когнитивными функциями больных шизофренией, в частности с такими процессами мышления, как планирование (пациенты выполняли определенные задачи в условиях определения кровотока или сканирования мозга).
Функциональные отклонения при развернутой картине заболевания выявляют на позитрон-эмиссионных изображениях (ПЭТ), полученных при выполнении испытуемыми различных тестов, например, теста на внимание. В процессе этого исследования у здоровых людей наблюдается активация метаболизма глюкозы в префронтальной коре мозга у больных шизофренией, напротив, эта активация отсутствует.
C помощью ПЭТ была обнаружена повышенная активность в мезолимбических и лимбических структурах мозга, нарушение связей между корой мозга, мозжечком и зрительным бугром. Эти находки отчасти подтверждали дофаминовую гипотезу патогенеза шизофрении, оставляя неясной роль других нейротрансмиттеров. Интересно отметить, что с помощью ПЭТ было показано наличие очагов стойкого гиперметаболизма в передних отделах поясных извилин у больных с обсессивно-компульсивными симптомами (Insel T., 1992; Зохар Дж., 1998). ПЭТ выявила при детском аутизме, имеющем общие признаки с негативными симптомами шизофрении, также снижение активности в лобной доли, префронтальной области и в поясной извилине.
Современные нейрофизиологические исследования включают в себя использование различных тестов, направленных на оценку состояния когнитивной сферы. Особенной популярностью пользуются тесты, в которых возможна ситуация выбора между правильным ответом и ошибочным. Выполнение подобных тестов требует включения таких лобных функций, как внимание, рабочая память, торможение альтернативных ответов. Общеизвестен тест Струпа (1935) где слова, обозначающие цвет, напечатаны буквами другого цвета. Задача испытуемого — назвать цвет текста, а не слово. Больные шизофренией выполняют тест медленно и делают при этом много ошибок
Нейрофизиологический метод дТМС (диагностическая транскраниальная магнитная стимуляция) позволяет измерить возбудимость коры мозга, в частности нейронов моторной зоны мозга (метод двойного пульса, кортикальный тихий период и др.), тем самым раскрывая особенности патогенеза шизофрении.
Исследование мозга методом МРС с помощью фосфора (Ф-MРС) делает возможным неинвазивное наблюдение за обменом фосфолипидов и энергетических фосфатов в тканях мозга. С помощью этого метода были обнаружены различия в церебральном метаболизме больных шизофренией и здоровых людей. В контексте метаболических нарушений сообщалось об эффекте латерализации полушарий мозга. Определенное значение для этиопатогенеза шизофрении, в частности «мембранолипидной гипотезы шизофрении, имеет альтерация фосфолипидов и снижение энергетического метаболизма. (Riehemann S. et al., 2000).
Кроме того, регистрация активности мозга методом фМРТ показывает значительно сниженную активацию лобной коры больных шизофренией.
Данные электромагнитных свойств мозга, полученные с помощью «МР-спектроскопии» показывают, что поперечная намагниченность тканей мозга у больных шизофренией меньше (имеет иную молекулярную структуру), чем у здоровых людей. После заболевания шизофренией магнитные характеристики ткани головного мозга не обнаруживают внезапных отклонений, и статистически значимо снижаются лишь через лет (возможно под влиянием терапии психотропными препаратами). В связи с этим предполагается, что при шизофрения представляет собой прогрессирующее нарушение развития головного мозга, поскольку при нейродегенерации имелась бы «точка отсчета» в изменении электромагнитных свойств мозга, совпадающая с началом болезни (Объедков В.Г., Сакович Р.А., 2007).
Магнитно-резонансная спектроскопия (MPC): протоновая магнитно-резонасная спектроскопия, фосфорная магнитно-резонансная спектроскопия), мозга больных шизофренией позволяет оценить биохимические изменения в определенных структурах мозга.
Работы, выполненные в этих направлениях, показали наличие изменений в дорсолатеральной зоне префронтального отдела лобной доли мозга, а также в височных отделах. В частности, было обнаружено изменение концентрации мембраностабилизирующих фосфолипидов, снижение концентрации N-Acetyl-Aspartat-(NAA), а также соотношения NAA/Cholin. Предполагается, что эти изменения появляются вследствие повреждения нейронов данных областей мозга и являются индикатором неблагоприятного течения шизофрении (Callicot J. et al., 2000).
Эти исследования, наряду с результатами морфометрии мозга, функциональной МРТ, нейропсихологическими экспериментами, в какой-то мере подтверждают гипотезу «лобно-височно-таламусного сетевого расстройства» при шизофрении.
В настоящее время для изучения структурно-функциональных особенностей головного мозга при шизофрении применяются специальные компьютерные способы «усреднения» снимков мозга больших групп пациентов. «Усреднение» независимо от исходной техники исследования (ПЭТ, функциональная МРТ и др.) позволяет поместить индивидуальные варианты активности мозга каждого пациента в «совместное анатомическое пространство»-анатомический атлас мозга, представленный в форме предварительно построенных квадрантов (atlas Talairch). В дальнейшем с помощью достаточно сложных математических методов результаты исследований сравнивают с заданными стандартными образцами («процесс нормализации»), тем самым устраняя индивидуальную нейроанатомическую и нейрофизиологическую вариабельность.
Подобные работы показали, что больные шизофренией по сравнению со здоровыми испытуемыми демонстрируют более широкое пространственное распределение и рассеивание результатов исследований. Эти данные достоверно подтвердили «феномен гипофронтальности», достаточно часто встречающийся при шизофрении.
| Узнайте больше о лечении шизофрении |
По данным R. Kahn (2007), при шизофрении имеет место подавление функций таламуса, гиппокампа, фронтальных долей, коры и усиление активности бледного шара, покрышки и хвостатого ядра.
С помощью функциональной МРТ было продемонстрировано более эффективное влияние атипичных антипсихотиков по сравнению с традиционными нейролептиками на моторику больных шизофренией.
При применении атипичного антипсихотика рисперидона и предъявлении на фоне проведения функциональной МРТ обновленных тестов изучения рабочей памяти, была обнаружена заметная активация префронтального кортекса, возникающая под воздействием данного препарата.
Что такое нейровизуализация головного мозга
PsyMedClinic
Нейровизуализация
Нейровизуализа́ция — общее название нескольких методов, позволяющих визуализировать структуру, функции и биохимические характеристики мозга.
Включает компьютерную томографию, магнитно-резонансную томографиюи т. п. Это сравнительно новая дисциплина, являющаяся разделом медицины, а конкретнее — неврологии, нейрохирургии и психиатрии.
Классификация
Нейровизуализация включает 2 обширные категории:
Функциональная нейровизуализация делает возможной, например визуализацию обработки информации в центрах головного мозга. Такая обработка повышает метаболизм этих центров и «подсвечивает» скан (изображение, полученное при нейровизуализации). Один из наиболее дискуссионных вопросов — исследования по распознаванию мыслей, или их «чтению».
История
В 1918 американский нейрохирург У. Э. Денди впервые использовал техникувентрикулографии. Рентгеновские снимки желудочков головного мозга осуществлялисьинъекцией фильтрованного воздуха непосредственно в боковой желудочек головного мозга. У. Э. Денди также наблюдал, как воздух, введённый в субарахноидальное пространство через люмбальную пункцию может войти в желудочки головного мозга и демонстрировал участки ликвора у основы и на поверхности мозга. метод исследования назвали пневмоэнцефалографией.
В 1927 Эгаш Мониш ввёл в практику церебральную ангиографию (см. такжеангиография), при помощи которой визуализируются нормальные и аномальные кровеносные сосуды головного мозга с высоким разрешением.
В начале 1970-х А. М. Кормак и Г. Н. Хаунсфилд ввели в практику КТ. Она дала возможность делать ещё более детальные анатомические снимки и использовать их для диагностики и исследований. В 1979 они стали лауреатами Нобелевской премии по физиологии или медицине за их изобретение. Через короткий промежуток времени после введения КТ, в начале 1980-х исследования порадиолигандам привели к открытию ОФЭКТ и ПЭТ головного мозга.
В начале 2000-х нейровизуализация достигла того уровня, когда раньше ограниченные функциональные исследования мозга стали доступными. Главным применением её становятся пока недостаточно развитые методы нейрокомпьютерных интерфейсов.
Технологии визуализации головного мозга
Компьютерная томография головы
Компьютерная томография (КТ) или компьютерная аксиальная томография (КАТ) использует серии рентгеновских лучей, направленных на голову, с большого количества разных направлений. Обычно её используют для быстрой визуализации ЧМТ. При КТ используют компьютерную программу, что осуществляет цифровые интегральные вычисления (инверсиюпреобразования Радона) измеряемой серии рентгеновских лучей. Она вычисляет, насколько эти лучи абсорбируются объёмом головного мозга. Обычно информация представлена в виде срезов мозга.
Диффузная оптическая томография
Диффузная оптическая томография (ДОТ) — способ медицинской визуализации, использующий инфракрасное излучение для изображения тела человека. Технология измеряет оптическую абсорбцию гемоглобина и опирается на его спектр поглощения в зависимости от насыщения кислородом.
Оптические сигналы, модифицированные посредством события
Оптический сигнал, модифицированный посредством события — нейровизуализационная технология, использующая инфракрасное излучение, которое пропускают через оптические волокна и измеряющая разницу в оптических свойствах активных участков коры головного мозга. В то время, как ДОТ и околоинфракраснаяспектроскопия измеряют оптическую абсорбцию гемоглобина, а значит, основаны на кровообращении, преимущество этого метода основано на исследовании отдельных нейронов, то есть проводит непосредственное измерение клеточной активности. Технология оптического сигнала, модифицированного посредством события, может высокоточно идентифицировать активность мозга с разрешением до миллиметров (в пространственном отношении) и на протяжении миллисекунд. Наибольшим недостатком технологии является невозможность идентифицировать активность нейронов более чем несколько сантиметров в глубину. Это новая, относительно недорогая технология, неинвазивная для пациента. Она разработана Иллинойским университетом в Урбана-Шампейн, где её теперь используют в Когнитивной нейровизуализационной лаборатории доктора Габриэля Граттон и доктора Моники Фабиани.
Магнитно-резонансная томография
МРТ использует магнитные поля и радиоволны для визуализации 2-мерных и 3-мерных изображений структур головного мозга без использования ионизирующего излучения (радиации) или радиоактивных маркеров.
Функциональная магнитно-резонансная томография
ФМРТ основана на парамагнитных свойствах оксигенированого и дезоксигенированого гемоглобина и дает возможность увидеть изменения кровообращения головного мозга в зависимости от его активности. Такие изображения показывают, какие участки мозга активированы (и каким образом) при исполнении определённых заданий.
Большинство ФМРТ томографов дают возможность представлять исследуемому разные визуальные изображения, звуковые и тактильные стимулы и производить действия типа нажатия кнопки или движения джойстиком. Следовательно, ФМРТ можно использовать, чтобы показывать структуры мозга и процессы, связанные с восприятием, мышлением и движениями. Разрешение ФМРТ на данный момент 2—3 мм, ограниченное кровоснабжением, влияющим на нейрональную активность. Она существенно заменяет ПЭТ при исследовании типов активации головного мозга. ПЭТ, однако, одерживает значительное преимущество, будучи в состоянии идентифицировать специфические клеточные рецепторы или (моноаминовые трансмиттеры) связанные с нейромедиаторами, благодаря визуализации меченных радиоактивно рецепторных «лигандов» (рецепторный лиганд — химическое вещество, связанное с рецептором).
ФМРТ используют как для медицинских исследований, так и (всё шире) в диагностических целях. Так как ФМРТ исключительно чувствительна к изменениям кровообращения, она очень хорошо диагностирует ишемию, как например при инсульте. Ранняя диагностика инсультов всё важнее в неврологии, так как медикаменты, растворяющие свернувшиеся сгустки крови можно использовать в первые несколько часов и при определённом типе инсульта, в то время как они могут быть опасными при дальнейшем использовании. ФМРТ в таких случаях дает возможность принять правильное решение.
ФМРТ можно использовать также для распознавания мыслей. В эксперименте с точностью 72 %—90 % ФМРТ смогла установить, какой набор картинок смотрит испытуемый. Скоро, по мнению авторов исследований, благодаря этой технологии можно будет установить, что именно видит перед собой испытуемый. Эту технологию можно будет использовать для визуализации снов, раннего предупреждения болезней головного мозга, создания интерфейсов для парализованных людей для общения с окружающим миром, маркетинговыерекламные программы и борьба с терроризмом и преступностью.
Магнитоэнцефалография
Магнитоэнцефалография (МЭГ) — нейровизуализационная технология, используемая для измерения магнитных полей, которую производит электрическая активность головного мозга посредством особо чувствительных устройств, таких как СКВИД. МЭГ использует непосредственное измерение электроактивности нейронов, более точное, чем например ФМРТ, с очень высоким разрешением во времени, но маленьким в пространстве. Преимущество измерения таких магнитных полей в том, что они не искажаются окружающей тканью, в отличие от электрических полей, измеряемых ЭЭГ.
Есть много способов применения МЭГ, включая помощь нейрохирургам в локализации патологии, помощь исследователям в локализации функции отделов мозга, исследования обратной связи нервной системы и другие.
Позитронно-эмиссионная томография
Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) измеряет выброс радиоактивно меченых метаболически активных химических веществ, введённых в кровеносное русло. Информация обрабатывается компьютером в 2- или 3-мерные изображения распределения этих химических веществ в головном мозге. Испускающие позитроны радиоизотопы производит циклотрон и химические вещества маркируют радиоактивными атомами. Радиоактивно меченое образование, именуемое радиоактивный индикатор, вводят путём инъекции в кровеносное русло и в конечном счёте оно достигает головного мозга. Сенсоры в ПЭТ-сканере регистрируют радиоактивность, когда радиоактивный индикатор накапливается в разных структурах головного мозга. Компьютер использует информацию, собранную от сенсоров для создания 2- и 3-мерных разноцветных изображений, отражающих распределение индикатора в мозге. В настоящее врем нередко используются целые группы разнообразных лигандов для картирования различных аспектов активности нейромедиаторов. Тем не менее, наиболее часто используемым ПЭТ-индикатором остается меченая форма глюкозы (см.Фтордезоксиглюкоза (ФДГ)), показывающая распределение метаболической активности клеток головного мозга.
Самое большое преимущество ПЭТ в том, что разные радиоиндикаторы могут показывать кровообращение, оксигенацию и метаболизм глюкозы в тканях работающего мозга. Эти измерения отображают объём активности головного мозга в его разных участках и дают возможность больше изучить, как он работает. ПЭТ превосходит остальные методики, визуализирующие метаболизм в отношении разрешения и скорости (делает скан в течение 30 с). Улучшенная разрешающая способность дала возможность лучше изучить мозг, активированный определённым заданием. Главный недостаток ПЭТ заключается в том, что радиоактивность быстро распадается, это ограничивает мониторинг только коротких заданий. До того, как стала доступной ФМРТ, ПЭТ была главным методом функциональной (в противоположность структурной) методикой нейровизуализации и до сих пор продолжает делать большой вклад в неврологию.
ПЭТ также используют для диагностики болезней головного мозга, в первую очередь потому что опухоли головного мозга, инсульты и повреждающие нейроны заболевания, вызывающие деменцию (такие как болезнь Альцгеймера) очень нарушают метаболизм мозга, что ведёт к легко заметным изменениям на ПЭТ-сканах. ПЭТ, вероятно, наиболее полезна в ранних случаях определённых деменций (классический пример — болезнь Альцгеймера и болезнь Пика), где ранние нарушения особо диффузные и ведут к слишком маленьким различиям в объёме мозга и его макроскопической структуре, чтобы быть заметными на КТ или стандартной МРТ, которые не имеют возможности отличить их от обычной возрастной инволюции (атрофии), не вызывающей клинической деменции.
Однофотонная эмиссионная компьютерная томография
Однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ) похожа на ПЭТ и использует гамма-излучение, излучаемое радиоизотопами, и гамма-камеру для записи информации на компьютер в виде 2- или 3-мерных изображений активных участков мозга. ОФЭКТ нуждается в инъекции радиоактивного маркера, быстро поглощаемого мозгом, но не перераспределяемого. Его потребление составляет около 100 % в течение 30—60 с, отображая кровоснабжение головного мозга во время инъекции. Эти свойства ОФЭКТ делают её особо подходящей при эпилепсии, что обычно сложно через движения пациента и различные типы судорог. ОФЭКТ осуществляет «моментальный снимок» кровоснабжения головного мозга так как сканы можно получить сразу после завершения судорог (в то время как маркер был введён во время судорог). Значительным ограничением ОФЭКТ является маленькое разрешение (до 1 см) сравнительно с МРТ.
Как ПЭТ, ОФЭКТ также можно использовать для дифференциации процессов, ведущих к деменции. Её всё чаще для этого используют. Нейро-ПЭТ имеет недостаток, используя индикаторы с периодом полураспада 110 минут, таких как ФДГ. Их производит циклотрон и они дорогие, или даже недоступны, когда время для транспортировки превышает время полураспада. ОФЭКТ, однако, может использовать индикаторы с большим периодом полураспада, например, технеций-99m. В результате, её можно использовать гораздо шире.