Компьютерная аксиальная томография
КАТ-сканер действует при помощи рентгеновского аппарата, вращающегося вокруг черепа и бомбардирующего его тонкими веерообразными рентгеновскими лучами (рис. 2.9, б). Эти лучи регистрируются чувствительными детекторами, расположенными с противоположной от источника стороны. Данная процедура отличается от обычного рентгеновского обследования тем, что последнее дает только один вид части тела. Кроме того, на обычной рентгеновской установке крупные молекулы (например, кальция черепа) сильно поглощают лучи и маскируют находящиеся за ними органы. Вращая рентгеновский луч на 180°, КАТ-сканер позволяет получить множество изображений одного и того же органа и таким образом построить внутренний поперечный срез, или «слой», этой части тела. Изображение поперечного сечения, называемое томограммой (буквально «запись сечения»), стало играть решающую роль в медицинской диагностике. Отображая локальный кровоток и патологическую метаболическую активность, томография позволяет более точно ставить диагноз. В когнитивной психологии КАТ-сканеры были применены для отображения когнитивных структур. Еще более сложный вариант этого метода, называемый динамической пространственной реконструкцией (ДПР), позволяет «увидеть» внутренние структуры в трех измерениях. Одним из преимуществ КАТ является ее распространенность. Так, к середине 1990-х годов количество сканеров, используемых в американских больницах, превысило 10 тыс. Новые технологии помогли решить некоторые из проблем, связанных с этим методом. Так, временное разрешение, определяемое скоростью фотозатвора, составляло около 1 с, отчего динамические процессы (даже биение сердца) получались «смазанными». Но уже разработаны сверхбыстрые аппараты КАТ с такой скоростью обработки, что смазанные ранее картины теперь прояснились.
КАТ заглядывает в будущее
[12]
Позитронно-эмиссионная томография
Рис. 2.10. Церебральный кровоток предоставляет сигналы, регистрируемые при помощи функционального ОМР и ПЭТ. Когда невозбужденные нейроны (вверху) становятся активными, приток крови к ним увеличивается. При ОМР (слева) регистрируются изменения концентрации кислорода, которая увеличивается возле активных кровеносных сосудов. Метод ПЭТ (справа) основан на увеличении доставки в мозг введенной в организм радиоактивной воды, которая проникает из сосудов во все его части. Рейкл, Scientific American, апрель 1994 года
ПЭТ-сканеры (рис. 2.10) отличаются от КАТ-сканеров тем, что в них используются детекторы, обнаруживающие в кровотоке радиоактивные частицы. Активным участкам мозга нужен больший поток крови, поэтому в рабочих зонах скапливается больше радиоактивного «красителя». Излучение этого красителя можно преобразовать в изображение карты. В когнитивной нейропсихологии применение ПЭТ-сканеров было особенно плодотворным. Впервые ПЭТ-сканеры в когнитивной психологии применили Ярл Рисберг и Дэвид Ингвар из Ландского университета в Швеции (Lassen, Ingvar & Skinhoj, 1979)
[13] в сотрудничестве со Стивом Петерсеном, Майклом Познером, Маркусом Рейклем и Энделем Тульвингом (Posner et al., 1988). Эта технология дала очень интересные результаты (некоторые из них описаны в этой книге), но широкого распространения в исследовательских целях не получила из-за очень высокой стоимости оборудования и длительного времени записи изображения (сейчас это около 20 с).
Микроскоп и телескоп открыли обширные области для неожиданных научных открытий. Теперь, когда новые методы визуализации позволяют увидеть системы мозга, используемые при нормальном и патологическом мышлении, перед нами открывается аналогичная возможность исследования когнитивной деятельности человека.
Майкл И. Познер
В ранних исследованиях с ПЭТ для измерения локального церебрального кровотока испытуемому делалась ингаляция ксенона-133, который играл роль красящего вещества. Рисберг и Ингвар успешно применили золото 195т, вводимое внутривенно, С таким красителем всего за несколько секунд можно получить «карты» с высоким разрешением (Risberg, 1987, 1989; Tulving, 1989а, 1989b), что дает исследователю значительно больше возможностей для сбора когнитивных данных.
Память и ПЭТ. Особый интерес для когнитивных психологов представляет использование паттернов кортикального кровотока в исследованиях памяти
[14]. Последние несколько лет Тульвинг разрабатывал теорию памяти, где постулируются два особых ее вида: эпизодическая и семантическая, или память личных событий и память общих знаний соответственно. В одном из экспериментов (Tulving, 1989a) испытуемого просили молча подумать о некотором эпизодическом (личном) событии и затем подумать о чем-либо общем. Исследование проводилось на системе с высоким разрешением Cortexporer 256-HR, разработанной Рисбергом. В качестве красителя использовалось радиоактивное золото с периодом полураспада всего 30 с, небольшое количество которого вводили в кровь испытуемого. За кровотоком следили, измеряя количество красителя примерно через 7-8 с после инъекции. Количество красителя в каждой зоне измерялось батареей из 254 околочерепных детекторов гамма-излучения, плотно окружавших голову испытуемого. Каждым детектором сканировалась зона примерно в 1 см2, и в результате получалась «цветная» двухмерная карта мозга, состоящая из 3 тыс. элементов. Некоторые измерения проводились за период 2,4 с и визуализировались с помощью соответствующих компьютерных преобразований.
Стивен Петерсен и его коллеги из Университета Вашингтона (Сент-Луис) одними из первых изучали с помощью ПЭТ и когнитивные процессы
Чтобы понять эти фотографии, требуются некоторые знания, но сразу же можно увидеть основные различия паттернов кровотока, а именно нервной активности различных областей мозга. Прежде всего заметно, что воспроизведение эпизодов (личных событий) сопровождается большей активацией передней доли коры мозга, а воспроизведение семантических (общих) знаний — большей активацией задних областей мозга. Это новые данные, и нужно еще поработать, прежде чем можно будет сделать определенные теоретические утверждения, однако мы можем смело сказать, что в эпизодической и семантической системах памяти действуют различные процессы, протекающие в разных участках мозга. Отсюда, в свою очередь, следует, что у нас может быть несколько систем памяти. Эти наблюдения согласуются с результатами изучения патологий при мозговых поражениях с последующей потерей эпизодической памяти (Milner, Petrides & Smith, 1985; Schacter, 1987).
