Роборука, лазеры и магнитная стимуляция: как исследователи Вышки изучают работу мозга

© НИУ ВШЭ/ Михаил Дмитриев

Институт когнитивных нейронаук (ИКН) ВШЭ недавно установил новейшее лабораторное оборудование для изучения работы мозга. Команда новостной службы портала побывала в Институте и узнала зачем нужны уникальная роборука, оптические томографы и инфракрасные лазеры, для чего надо изучать оттенки венозной и артериальной крови, какие участки коры мозга надо стимулировать, чтобы сделать человека более щедрым, и помогут ли эти исследования лечить болезни.

Лаборатория оптической функциональной томографии внешне напоминает медицинский кабинет, где делают ЭЭГ-исследование. Комфортабельное мягкое кресло стоит рядом с компьютером, к нему подключен опутывающий голову испытуемого «шлем» из проводов и нескольких десятков датчиков. А кабинет, где установлен оптический томограф, экранирован специальным материалом, напоминающим панцирь некоторых видов динозавров, – он защищает работу прибора от внешних воздействий.

Как пояснил новостному порталу ВШЭ младший научный сотрудник Центра нейроэкономики и когнитивных исследований ИКН Алексей Горин, специальные датчики проводят оптические импульсы инфракрасных лазеров, которые используют разницу в оттенках венозной и артериальной крови, чтобы поглощение кислорода в разных участках мозга, которые активнее включены в работу при решении логических задач, проявлениях умственной, сенсорной и двигательной деятельности. Эти исследования позволят более точно изучить возможности мозга, его способность реагировать на разные задачи.

Обозреватель новостной службы испытал работу оборудования: при чтении стихов про себя мощность сигнала от сенсоров, фиксирующих концентрацию насыщенной кислородом крови, упала. Это, по словам сотрудников лаборатории, отразило увеличение потребления кислорода в мозге.

С помощью новой аппаратуры можно будет также изучить работу мозга при принятии тех или иных решений

Чтобы осветить те или иные феномены деятельности мозга, их влияние на вычислительные и иные способности мозга. Предполагается также использовать оптико-томографические исследования в медицине для ранней диагностики сердечных заболеваний и болезней головного мозга.

В отсутствие идеального инструмента для изучения мозга нужно проводить эксперименты разными методами для получения более полной и точной картины, пояснил Алексей Горин. Так ученые могут выполнить детальное поведенческое исследование о влиянии различных процессов в мозге на поведение человека и с достаточно степенью точности предсказать, к каким решениям может прийти индивидуум под воздействием тех или иных процессов. «Можно напротив, нагрузить мозг какой-то задачей и смотреть, как влияет внешний контекст на работу мозга, это могут быть задачи на принятие решений, сенсорные или на внимание. Можно также понять, как мозг работает в момент, когда человек отдыхает и расслабляется», - сказал он. 

Алексей Горин рассказал, что лаборатория предполагает проводить междисциплинарные исследования с экономистами и медиками. В лаборатории в последние два года появились новые специалисты, в том числе неврологи и психиатры, что расширило спектр исследований мозга.

Стажер-исследователь Международной лаборатории социальной нейробиологии Татьяна Чернякова рассказала, что в ближайшее время предполагается провести нейромаркетинговый и два когнитивных эксперимента с применением нового оборудования, чтобы получить новые данные с помощью сочетания методов МРТ и оптической томографии.

В Лаборатории транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС) удалось понаблюдать за работой новейшего аппарата стимуляции, позволяющего активизировать работу отдельных участков мозга. Аппарат установлен рядом с креслом напоминающим стоматологическое. Уникальная роборука французского производства, аналогов которой пока нет в России, располагается над головой испытуемого и подстраивается к ее движениям. Точность установки роборуки можно проверить с помощью компьютера, в который введена точка стимуляции.

Как пояснил ведущий научный сотрудник Центра нейроэкономики и когнитивных исследований ИКН Маттео Феурра, в случае резкого отклонения испытуемого по какой-либо причине (например, из-за плохого самочувствия) роборука выключает импульсы и отъезжает вверх на безопасное расстояние.

Для стимуляции роборука приближается к голове, на которой установлена специальная планка-референс, позволяющая следить за ее положением. При малейшем движении головы роборука также перемещается, чтобы направить импульс в нужную точку мозга и вызвать необходимую реакцию, например сокращение мышц руки или пальцев. Одновременно с их видимым раздражением можно наблюдать и регистрировать вызванный потенциал на экране компьютера.

Стимуляция, пояснила научный сотрудник Международной лаборатории социальной нейробиологии Оксана Зинченко, может использоваться и в исследовательских и в медицинских целях, например для восстановления после инсульта прилежащих к очагу поражения или находящиеся в противоположном полушарии клетки, расположенные симметрично пораженной зоне. Научный сотрудник лаборатории Айнур Рагимова сообщила, что возможно применение методов транскраниальной магнитной стимуляции при лечении депрессий и цервикальной дистонии – болезни, вызывающей спазм мышц шеи, затруднения в ее повороте шеи и болевые ощущения.

В лаборатории ТМС оборудовано специальное помещение для комплексных исследований, где стимуляция мозга совмещается с записью его воздействия. Для получения максимально чистых сигналов и изоляции от внешних воздействий оно также экранировано «панцирем динозавра».

Исследования проводятся в разных сферах: изучение принятия решений, социальных решений, особенностей коммуникации речевых зон, памяти. В частности, Оксана Зинченко сообщила, что с помощью ТМС-аппарата изучалась префронтальная кора лобной доли мозга, отвечающая за эгоистическую или просоциальную мотивацию при решении вопроса о том делиться ли какими-то ресурсами или присваивать их. Например, человек оказывается перед выбором поделиться игровыми очками или нет в социальной игре.

Выяснилось, что блокировка префронтальной коры с помощью аппарата ТМС делает поведение человека более просоциальным, он становится более щедрым

С помощью отключения группы нейронов можно выяснять причинно-следственные связи. Исследователи видят, что прекращение или стимуляция работы отдельных зон нарушает или улучшает работу при решении каких-либо задач и могут сделать выводы, какая область мозга отвечает за выполнение тех или иных задач и строить когнитивные карты.

Лабораториями и различными методами исследований могут пользоваться специалисты разных подразделений Института когнитивных нейронаук, среди которых много иностранных ученых. В их числе: научный руководитель международной лаборатории социальной нейробиологии Ииро Пентти Тапани Яскелайнен, ведущий научный сотрудник ИКН Руис Мария Дель Кармен Эррохо, научный сотрудник Центра нейроэкономики и когнитивных решений Владимир Джурджевич, Маттео Феурра и другие зарубежные исследователи.