Изменение активности кровотока регистрируется функциональной магнитно-резонансной томографией (ФМРТ). Способ применяется с целью определения локализации артерий, для оценки микроциркуляции центров зрения, речи, движения, коры некоторых других функциональных центров. Особенность картирования – пациента просят выполнять определенные задачи, повышающие активность нужного мозгового центра (читать, писать, разговаривать, двигать ногами).

На заключительной стадии программное обеспечение формирует изображение путем суммации обычных послойных томограмм и картинок мозга с функциональной нагрузкой. Комплекс информации отображает трехмерная модель. Пространственное моделирование позволяет специалистами детально изучить объект.

Вместе с МРТ спектроскопией исследование выявляет все особенности метаболизма патологических образований.

Принципы функциональной МРТ головного мозга

Магнитно-резонансная томография основана на регистрации измененной радиочастоты атомов водорода жидких сред после воздействия сильным магнитным полем. Классическое сканирование показывает мягкотканые компоненты. Для улучшения видимости сосудов проводится внутривенное контрастирование парамагнетиком гадолинием.

Функциональная МРТ регистрирует активность отдельных зон коры мозга за счет учета магнитного эффекта гемоглобина. Вещество после отдачи молекулы кислорода тканям становится парамагнетиком, радиочастоту которого улавливают датчики аппарата. Чем интенсивнее кровоснабжение мозговой паренхимы, тем качественнее сигнал.

Магнетизация ткани дополнительно повышается за счет окисления глюкозы. Вещество необходимо для обеспечения процессов тканевого дыхания нейронов. Изменение магнитной индукции регистрируется датчиками устройства, обрабатывается программным приложением. Высокопольные аппараты создают разрешение высокой степени качества. На томограмме прослеживается детальное изображение деталей диаметром до 0,5 мм диаметром.

Функциональное исследование МРТ регистрирует сигнал не только от базальных ганглиев, поясной коры, таламуса, но и от злокачественных опухолей. Новообразования имеют собственную сосудистую сеть, по которой внутрь образования поступает глюкоза, гемоглобин. Отслеживание сигнала позволяет изучить контуры, диаметр, глубину проникновения опухоли внутрь белого или серого вещества.

Функциональная диагностика МРТ головного мозга требует квалификации врача лучевой диагностики. Разные зоны коры характеризуются различной микроциркуляцией. Насыщение гемоглобином, глюкозой влияет на качество сигнала. Учитывать следует структуру молекулы кислорода, наличие альтернативных заменителей атомов.

Сильное магнитное поле увеличивает период полураспада кислорода. Эффект работает при мощности аппарата более 1,5 Тесла. Более слабые установки нельзя не смогут исследовать функциональную активность мозга.

Метаболическую интенсивность кровоснабжения опухоли лучше определять высокопольным оборудованием мощностью 3 Тесла. Высокое разрешение позволит зарегистрировать небольшой очаг.

Эффективность сигнала научным языком называется «гемодинамическим ответом». Термин применяется для описания скорости нейронных процессов с интервалом 1-2 секунды. Кровоснабжения тканей не всегда достаточно для функциональных исследований. Повышается качество результата дополнительным введением глюкозы. После стимуляции пик насыщения наступает через 5 секунд, когда и проводится сканирование.

Технические особенности функционального исследования МРТ мозга

Функциональная диагностика МРТ основана на повышении активности нейронов после стимуляции мозговой активности путем выполнения человеком определенного задания. Внешний раздражитель вызывает стимуляцию сенсорной или моторной активности определенного центра.

Для отслеживания участка включается режим градиентного эха на основе импульсной эхопланарной последовательности.

Анализ сигнала активной зоны на МРТ делается быстро. Регистрация одной томограммы выполняется на интервале в 100 мс. Диагностика выполняется после стимуляции и в периоде покоя. Программное обеспечение использует томограммы для вычисления очагов нейрональной активности, наложения участков усиленного сигнала на трехмерную модель мозга в покое.

Лечащим врачам данный тип МРТ предоставляет информацию о патофизиологических процессах, которые нельзя отследить другими диагностическими методами. Изучение когнитивных функций необходимо нейропсихологам для дифференцировки психических и психологических заболеваний. Исследование помогает верифицировать эпилептические очаги.

Финальная карта картирования показывает не только участки повышенной функциональной стимуляции. Снимки визуализируют зоны сенсомоторной, слуховой речевой активности вокруг патологического очага.

Построение карт расположения мозговых каналов называется трактографией. Функциональная значимость расположения зрительного, пирамидного тракта перед планированием оперативного вмешательства позволяет нейрохирургам правильно спланировать расположения надрезов.

Что показывает ФМРТ

Высокопольное МРТ с функциональными пробами назначается по показаниям, когда требуется изучить патофизиологические основы функционирования моторных, сенсорных, зрительных, слуховых зон мозговой коры головного мозга. Нейропсихиологи применяют исследование у пациентов с нарушением речи, внимания, памяти, когнитивных функций.

С помощью ФМРТ выявляется ряд заболеваний на начальной стадии – Альцгеймера, Паркинсона, демиелинизацию при рассеянном склерозе.

Функциональная диагностика в разных медицинских центрах выполняется на различных установках. Знает, что показывает МРТ головного мозга , врач-диагност. Консультация специалиста обязательно проводится перед обследованием.

Высокое качество результатов достигается сканированием сильным магнитным полем. Перед выбором медицинского центра рекомендуем узнать тип установленного аппарата. Важна квалификация специалиста, который должен владеть знаниями о функциональной, структурной составляющей головного мозга.

Будущее функциональной диагностики МРТ в медицине

Функциональные исследования недавно внедрены в практическую медицину. Возможности метода использованы недостаточно.

Ученые разрабатывают методики визуализации снов, чтения мыслей с помощью функциональной МРТ. Предполагается использование томографии для выработки метода общения с парализованными людьми.

• Нейронной возбудимости;
• Психической активности;
• Степени насыщения мозговой коры кислородом, глюкозой;
• Количества дезоксилированного гемоглобина в капиллярах;
• Участков расширения кровотока;
• Уровня оксигемоглобина в сосудах.

Достоинства исследования:

1. Качественная временная картинка;
2. Пространственное разрешение выше 3 мм;
3. Возможность изучения мозга до и после стимуляции;
4. Безвредность (при сравнении с ПЭТ);
5. Отсутствие инвазивности.

Ограничивает массовое использование функционального МРТ головного мозга высокая стоимость оборудования, каждого единичного обследования, невозможность прямого измерения нейрональной активности, нельзя делать пациентам с металлическими включениями в теле (сосудистые клипсы, ушные импланты).

Регистрация функционального метаболизма мозговой коры имеет большое диагностическое значение, но не является точным показателем для динамической оценки изменений головного мозга на фоне лечения, после оперативного вмешательства.

Функциональная магнитно-резонансная томография, или Ф-я МРТ , является методом для изучения мозговой деятельности. Он работает путем обнаружения изменений в оксигенации крови и её потоке , который возникают в ответ на нервную деятельность – это когда области мозга более активно потребляют больше кислорода и чем больше активна та или иная область мозга, тем больше она требует притока крови. Функциональная МРТ может быть использована для получения активной карты мозга, показывающей, какая часть мозга участвует в тех или иных психических процессах.

Развитие функциональной МРТ в 1990-х, обычно приписывают Сейджи и Кен Огава Квонгу, они является последним в длинной череде нововведений, в том числе в области позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и инфракрасной спектроскопии (НИРС) , которые используют кровотока и кислородный обмена, чтобы захватить мозговую деятельность. В качестве методики визуализации головного мозга, функциональная МРТ имеет несколько значительных преимуществ:

1. Это неинвазивный метод и не влечет за собой излучения, что делает его безопасным для субъекта.
2. Он имеет отличное пространственное и временное разрешение.
3. Его легко для использовать для исследований.

Исключительность функциональной МРТ сделала его популярным инструментом для работы с изображениями нормальной функции мозга — особенно для психологов. За последнее десятилетие метод функциональной МРТ предоставил новый взгляд на исследование того, как формируются воспоминания, язык, боль, обучение и эмоции, этот список можно продолжить. Функциональная МРТ также применяется в клинической практике и в коммерческих условиях.

Как функциональная МРТ работает?

В цилиндрической трубке томографа находится очень мощный электромагнит. Типичное сканирование имеет напряженность поля 3 тесла (Т), это около 50 000 раз больше, чем магнитное поле Земли. Магнитное поле сканера влияет на ядра атомов. Обычно атомные ядра ориентированы случайным образом, но под влиянием магнитного поля ядра становятся совмещенными с направлением поля. Чем сильнее поле, тем больше степень согласованности. При наведении в том же направлении, крошечные магнитные сигналы от отдельных ядер когерентно складываются, в результате чего сигнал становится достаточно большим, чтобы его измерить. В МРТ именно магнитный сигнал от ядер водорода в водной среде (H2O), может его обнаружить.

Механизмом действия МРТ является то , что сигнал от ядер водорода изменяется в силу в зависимости от его окружения. Это обеспечивает возможность рассмотреть серое вещество, белое вещество и спинномозговую жидкость в виде структурных изображений мозга.

Кислород поступает в нейроны с помощью гемоглобина из капиллярной сети. Когда активность нейронов увеличивается, возникает повышенный спрос на кислород и это проявляется в виде местной реакции, как увеличение притока крови к области, где происходит повышенная нервная деятельность.

Гемоглобин изменяет магнитное поле когда он насыщен кислородом, и когда нет. Это различие в магнитных свойствах приводит к небольшим изменениям в сигнале МРТ в зависимости от степени оксигенации. Так как оксигенация крови изменяется в зависимости от уровня нейронной активности, эти различия могут быть использованы для фиксирования деятельности мозга. Эта форма МРТ известна как оксигенация крови в зависимости от уровня насыщения кислородом.

МРТ BOLD(отчётливый) Эффект

Еще один момент: это направление изменения оксигенации с повышенной активностью. Можно было бы ожидать, что оксигенации крови уменьшается с её активацией магнитным полем, но реальность намного сложнее. Существует мгновенное снижение уровня оксигенации крови сразу же после того, как нейронная активность возрастает, она известна как «начальный провал» в гемодинамическом ответе. За этой фазой следует период, когда увеличивает приток крови, не только к месту, где потребность в кислороде удовлетворяется, но и к окружающим тканям. Это означает, что оксигенации крови на самом деле увеличивает последующую нейронную активацию.

Как МРТ сканирования выглядит?

МРТ сканирование

Изображение, показанное здесь является результатом простой функциональной МРТ . В то время, как человек лежит в томографе за ним наблюдает экран, который чередуется визуальными показами и становится темным каждые 30 секунды. Между тем томограф отслеживает сигнал по всему мозгу. Визуализируются области мозга, которые реагируют на стимулы, когда сигнал идет вверх и вниз, и они как бы включается и выключается, хотя и становятся немного размытыми из-за задержки в ответе кровотока.

Исследователи смотрят на активность при сканировании в виде вокселов — или объемных пикселей, наименее различимой коробчатой части трехмерного изображения. Активность в вокселях определяется, как насколько близко ход сигнал от этого вокселя соответствует ожидаемому времени.

Дает исследователю очень много информации об анатомическом строении органа, ткани или другого объекта, который попадает в поле видимости. Однако, чтобы сложилась целостная картина происходящих процессов, не хватает данных о функциональной активности. И для этого как раз существует BOLD-функциональная магнитно-резонансная томография (BOLD - blood oxygenation level dependent contrast, или контрастность, зависящая от степени насыщения крови кислородом).

BOLD фМРТ - это один из наиболее применимых и широко известных способов определять мозговую активность. Активация приводит к усилению местного кровотока с изменением относительной концентрации оксигенированного (обогащенного кислородом) и дезоксигенированного (бедного кислородом) гемоглобина в местном кровотоке.

Рис.1. Схема реакции мозгового кровотока в ответ на возбуждение нейронов.

Дезоксигенированная кровь является парамагнетиком (веществом, способным намагничиваться) и ведет к падению уровня сигнала МРТ. Если же в области мозга больше оксигенированной крови – уровень МРТ-сигнала увеличивается. Таким образом, кислород в крови выполняет роль эндогенного контрастного вещества.

Рис.2. Объём мозгового кровоснабжения (а ) и BOLD- ответ фМРТ (b ) при активации первичной моторной коры человека . Сигнал проходит в 4 стадии . 1 стадия – вследствие активации нейронов повышается потребление кислорода , увеличивается количество дезоксигенированной крови , BOLD — сигнал немного уменьшается (на графике не показано , уменьшение незначительное ). Сосуды расширяются , вследствие чего несколько уменьшается кровоснабжение мозговой ткани . Стадия 2 – длительное увеличение сигнала . Потенциал действия нейронов заканчивается , но поток оксигенированной крови увеличивается инерционно , возможно вследствие воздействия биохимических маркеров гипоксии . Стадия 3 – длительное снижение сигнала вследствие нормализации кровоснабжения . 4 стадия – постстимульный спад – вызван медленным восстановлением первоначального кровоснабжения.

Для активации работы нейронов в определённых областях коры существуют специальные активирующие задания. Дизайн заданий, как правило, бывает двух видов: «block» и «event-related». Каждый вид предполагает наличие двух чередующихся фаз - активного состояния и покоя. В клинической фМРТ чаще используются задания вида «block». Выполняя такие упражнения, испытуемый чередует так называемые ON- (активное состояние) и OFF- (состояние покоя) периоды одинаковой или неравной продолжительности. Например, при определении области коры, отвечающей за движения рук, задания состоят из чередующихся движений пальцами и периодов бездействия, продолжительностью в среднем около 20 секунд. Действия повторяют несколько раз для увеличения точности результата фМРТ. В случае задания «event-related» испытуемый выполняет одно короткое действие (например, глотание или сжатие кулака), за которым следует период покоя, при этом действия, в отличие от блокового дизайна, чередуются неравномерно и непоследовательно.

На практике BOLD фМРТ используется при предоперационном планировании резекции (удаления) опухолей, диагностике сосудистых мальформаций, при операциях при тяжелых формах эпилепсии и других поражений головного мозга. В ходе операции на головном мозге важно максимально точно удалить участок поражения, в то же время избегая излишнего повреждения соседних фунционально важных участков головного мозга.

Рис.3.

а – трёхмерное МРТ — изображение головного мозга . Стрелкой указано расположение моторной коры в прецентральной извилине .

b – карта фМРТ —активности мозга в прецентральной извилине при движении рукой.

Метод очень эффективен при изучении дегенеративных заболеваний, например, болезней Альцгеймера и Паркинсона, особенно на ранних стадиях. Он не предполагает использования ионизирующего излучения и рентгеноконтрастных веществ, к тому же, он неинвазивен. Поэтому его можно считать довольно безопасным для пациентов, которые нуждаются в длительных и регулярных фМРТ-обследованиях. ФМРТ можно применять для исследования механизмов формирования эпилептических приступов и позволяет избежать удаления функциональной коры у больных с трудноизлечимой эпилепсией лобной доли. Наблюдение за восстановлением мозга после инсультов, изучение влияния лекарственных средств или другой терапии, наблюдение и контроль лечения психиатрических заболеваний – это далеко не полный перечень возможного применения фМРТ. Кроме этого, существует еще фМРТ покоя, в которой сложная обработка данных позволяет увидеть сети мозга, функционирующие в состоянии покоя.

Источники:

1. How well do we understand the neural origins of the fMRI BOLD signal? Owen J.Arthur, Simon Boniface. TRENDS in Neurosciences Vol.25 No.1 January 2002
2. The physics of functional magnetic resonance imaging (fMRI) R. B. Buxton. Rep. Prog. Phys. 76 (2013)
3. Применение функциональной магнитно-резонансной томографии в клинике. Научный обзор. Беляев А., Пек Кюнг К., Бреннан Н., Холодный А. Russian electronic journal of radiology. Том 4 №1 2014г.
4. Мозг, познание, разум: введение в когнитивные нейронауки. Часть2 . Б. Баарс, Н. Гейдж. М.: Бином. 2014г. С. 353-360.

Текст: Дарья Прокудина

Что такое задержка речевого развития у детей и как она выявляется, должен представлять каждый родитель. Чем раньше заболевание будет диагностировано, тем успешнее пойдёт лечение и тем оптимистичнее будут прогнозы на будущее развитие малыша.

ЗРР - сложное заболевание, причины которого зачастую так и остаются невыясненными. Чаще всего оно определяется уже до четырёх лет, представляет собой существенное отставание для данного возраста от речевой нормы.

Такое серьёзное заболевание само не возникает: существуют причины задержки речевого развития, определяемые различными отклонениями. Это могут быть:

• патологии внутриутробного развития;
• родовые травмы;
• повышенное ;
• в результате генетической предрасположенности;
• психические расстройства;
• физические травмы;
• снижение слуха;
• заболевания головного мозга;
• недоразвитость мускулов рта и лица.

Если причины задержки речевого развития остаются невыясненными, это затрудняет курс лечения, так как провоцирующий фактор при этом продолжает работать. Поэтому ребёнку с ЗРР необходимо комплексное обследование. Только так врачи могут поставить чёткий диагноз. Но как выявить заболевание на ранних этапах?

Симптомы ЗРР

Существуют определённые симптомы и признаки задержки речевого развития, которые можно выявить уже в самом раннем возрасте. Для этого родителям рекомендуется ознакомиться с возрастными нормативами развития речи:

• 4 месяца : активная реакция на обращение взрослых - улыбка, плач, агукание;
• 9–12 месяцев : попытки выговорить простые буквенные сочетания (на-на-на, ба-ба-ба и др.);
• 12–18 месяцев : реакция на имена родных и слова, которые обозначают окружающие предметы;
• 1,5–2 года : самостоятельное составление простых словосочетаний и предложений (подлежащее + сказуемое), выполнение простых просьб («дай мячик», «принеси мишку» и др.);
• 3–4 года : самостоятельное построение мини-предложений, чёткое, без дефектов произношение слов.

При обнаружении отклонений от указанных возрастных норм, это верный признак задержки речевого развития, с которым нужно обязательно обратиться к специалисту - психологу, неврологу, логопеду. Только они могут точно определить, стоит ли беспокоиться, и дадут профессиональные советы по лечению и профилактике заболевания.

Диагностика

Комплексная диагностика задержки речевого развития у детей предполагает самые различные обследования:

• сурдолог оценивает слух и выявляет его проблемы;
• проводится возрастное тестирование: тест для выявления уровня психомоторного развития (денверский), по шкале раннего речевого развития, по шкале Бейли (оценка развития новорождённых);
• беседа с родителями выявляет способы общения ребёнка с ними;
• определяется моторика мышц лица, если есть затруднения при грудном вскармливании и наблюдается неспособность малыша повторять языком движения;
• сравнение воспроизведения и понимания речи;
• выясняется стимуляция речевого развития посредством анализа сведений о домашнем воспитании ребёнка, его окружении, которое должно помогать ему общаться.

Диагностика ЗРР предполагает выяснение причин задержки, а для этого необходимо пройти таких специалистов, как невропатолог, логопед, психиатр, детский психолог. В ряде случаев требуются анализы работы головного мозга - ЭКГ, МРТ, ЭХО-ЭГ и пр.

При своевременном выявлении (до двух лет) лечение задержки речевого развития при совместных усилиях родителей и лечащего врача заканчивается успешно.

• Лекарственная терапия

При ЗРР нередко назначаются медикаментозные препараты различного действия, которые помогают восстановить речь. Кортексин, нейромультивит, актовегин, лецитин выступают в роли «активного питания» для нейронов мозга. Когитум - препарат, «подхлестывающий» деятельность речевых зон. Лекарства исключают самолечение и назначаются только неврологом или психиатром.

• Лечебные процедуры

Магнитотерапия и электрорефлексотерапия выборочно восстанавливают работу центров головного мозга, которые отвечают за дикцию, речевую активность, словарный запас, интеллектуальные способности. Однако у электрорефлексотерапии немало противопоказаний: судорожный синдром, эпилепсия, психические расстройства.

• Альтернативное лечение

Индивидуально для каждого ребёнка могут быть выбраны или .

• Педагогическая коррекция

Лекарственная помощь оказывается нерезультативной при отсутствии вспомогательного педагогического воздействия. Дефектолог корректирует (исправляет и ослабляет) негативные тенденции развития, предупреждает возникновение вторичных отклонений и трудностей. Он использует для этого наглядные, технические, практические средства реабилитации, регулярно проводит с детьми игровые занятия по индивидуальному плану. Для лечения общей методики нет: помочь может только индивидуальный подход.

• Логопедический массаж

При задержке речевого развития у детей логопедический массаж - очень эффективная процедура, когда специалист воздействует на определённые точки языка, губ, щёк, рук, мочек ушей. В зависимости от индивидуальных показателей, могут назначить зондовый массаж Новиковой, массаж по Краузе, Дьяковой, Приходько.

• Упражнения

Дефектолог и родители дома должны выполнять с ребёнком игровые упражнения, направленные на развитие лицевых мышц, подвижности языка, слухового аппарата. Песенки, звукоподражания, сказкотерапия, скороговорки, артикуляционная гимнастика для лица, упражнения для мелкой моторики рук - разработок очень много, ими нужно пользоваться, выбирать по совету специалистов и регулярно заниматься с малышом.

Родители при этом не должны оставаться в стороне и возлагать все надежды только на врачей. С таким ребёнком нужно заниматься не только ежедневно, а ежечасно, что требует немало времени и сил.

Последствия заболевания

Последствия задержки речевого развития могут быть следующими:

• отставание от сверстников в интеллектуальном и психическом развитии;
• увеличение этой разницы с годами;
• трудности при обучении в школе: нередко встаёт вопрос о переводе ребёнка в коррекционную (вспомогательную) школу.

Гораздо легче предупредить заболевание, чем вылечить его. Поэтому родителям нужно как можно больше общаться с ребёнком уже с внутриутробного развития. Разговаривайте с ним, слушайте его, интересуйтесь его внутренним миром - дети, растущие в любви и заботе, редко испытывают трудности с развитием речи.