4.5.2. Методы нейрокартирования

Другая группа методов позволяет получить картину работающего

мозга в процессе решения определенной задачи. К этой группе

относятся позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) и функциональное

магнитно-резонансное картирование (ФМРК). Оба эти

метода основаны на отображении так называемого локального

мозгового кровотока1

и соответствующего изменения скорости

обмена веществ в активированных зонах мозга, которое происходит

по мере возрастания энергетических требований со стороны

зон мозга, специфически вовлеченных в решение поставленной

задачи.

Рождение идеи метода позитронно-эмиссионной томографии

относят к началу 1970-х гг. В его основе лежит оценка скорости

обмена веществ в головном мозге по двум веществам —кислороду

и глюкозе. Иначе говоря, оценивается скорость расхода этих

веществ зонами мозга, включенными в решение задачи. Регистрация

осуществляется посредством введения в кровь испытуемого

радиоактивных изотопов (например, углерода-11 или азота-13). Их

распад приводит к эмиссии позитрона, который аннигилирует с

электроном после потери кинетической энергии. В результате образуются

два фотона, которые улавливаются детекторами ПЭТ и

дают трехмерное изображение работающего мозга в отдельных его

срезах.

С помощью метода ПЭТ был осуществлен ряд пионерских исследований

перцептивного внимания. В частности, М. Познеру эти

исследования позволили расширить представления о том, как

организованы в головном мозге человека три нейронные сети внимания

(см. разд. 3.1): системы ориентировки, поддержания уровня

бодрствования и управления вниманием2.

Однако оказалось, что метод ПЭТ обладает недостаточно высоким

пространственным разрешением и требует значительных

временньгх затрат: на одно измерение уходит около 40 мин. Более

того, число измерений, которые можно провести на одном и том

же человеке, ограничено из-за дозы радиации, которую испытуемый

получает при инъекции изотопов, импортируемых впоследствии

в мозг. Именно поэтому сейчас в исследованиях познания

более широко применяется другой, более новый метод трехмерного

отображения мозга —метод функционального магнитно-картирования.

1 Еще в работах у.Джемса можно найти указание на то, что одним из физиологических

условий акта внимания является приток крови к соответствующему

мозговому центру (см. разд. 2.1.9).

2 Полученные результаты суммированы в книге ≪Образы мозга≫ [303], написанной

им совместно с М.Райхле —создателем одного из ведущих исследовательских

центров картирования мозга.

183

Метод ФМРК основан на регистрации ядерных процессов,

возникающих при потреблении мозгом кислорода, с помощью

магнитных полей. Регистрируются изменения в относительной концентрации

окисленного и неокисленного гемоглобина в крови,

питающей определенные зоны мозга, —этот показатель прямо

связан с усилением кровотока.

Данный метод неинвазивен (англ. invasion —вторжение): никаких

веществ в кровь испытуемого не вводится. Поэтому испытуемые

могут быть подвергнуты тестированию неоднократно как во

время одного сеанса, так и в течение нескольких последовательных

сеансов.

В медицине давно используется метод структурного МРК для

получения статичной картины мозга, что может быть необходимо,

в частности, для выявления и оценки степени его локальных

поражений1. Функциональное картирование отличается от структурного

тем, что дает картину именно работающего мозга, выявляя

зоны, вовлеченные в данный момент времени в решение поставленной

задачи.

По сравнению с ПЭТ, у ФМРК выше и пространственное, и

временное разрешение: он дает возможность делать до 60 снимков

определенного среза мозга в секунду (в среднем же —около 14

снимков). Однако поскольку регуляция мозгового кровотока — процесс сравнительно медленный, сигнал ФМРК отстает на 4— с

от реального пика нейронной активности в соответствующей зоне

мозга. Метод ПЭТ, основанный на химических процессах в клетках

мозга, ближе к ходу его реальной нейронной активности.

Оценка вклада той или иной зоны мозга в решение определенной

задачи на внимание с помощью метода ФМРК может быть

осуществлена посредством того же приема, что и выявление вызванных

потенциалов в ответ на стимул, —а именно вычитания.

Из картины работы мозга в экспериментальном условии (например,

при условии целенаправленного ожидания стимула на указанной

пространственной позиции) вычитается картина работы

мозга в контрольном условии (неожиданное появление стимула

на данной позиции в условиях пассивного наблюдения). В итоге

получается картина активации мозга, специфичная для экспериментального

условия (рис. 8 на цв. вкл.). Оценить уровень активации

отдельно взятой зоны мозга можно посредством подсчета

количества точек на изображении мозга, значимо отличающихся

от общего уровня его активации. Усреднение ряда индивидуальных

изображений головного мозга, полученных посредством

ФМРК, позволяет локализовать примерную зону активации, соответствующую

анализируемому типу задач.

Создатели этого метода П.Лотербур и П.Мэнсфилд удостоились в 2003 г.

Нобелевской премии в области физиологии и медицины.

184

Следующим шагом исследователя на пути поиска механизма

внимания может стать усреднение ответов мозга по разным типам

задач ≪на внимание≫. Сопоставляя результаты отображения работы

мозга при решении широкого спектра задач, можно выяснить,

есть ли такая зона мозга, которая вносит вклад в решение любой

из этих задач. Попытка йййти единый мозговой субстрат для форм зрительного внимания, предпринятая в лаборатории

Нэнси Кэнвишер [387], подтвердила давние догадки исследователей

о том, что для задач на зрительное внимание такой зоной

мозга являются отделы теменной коры правого полушария. Подчеркнем,

что здесь с опорой на данною нейрофизиологии исследователи

адресуются к вопросу п с и х о л о г и ч е с к о й т е о р и и :

можно ли говорить о едином механизме внимания? Наличие единого

мозгового субстрата может стать дополнительным (хотя и не

решающим) аргументом в пользу утвердительного ответа на этот

вопрос.

Сейчас в нейрофизиологии распространен метод, получивший

название метаанализа данных мозгового картирования (как

ФМРК, так и ПЭТ). Если анализ получаемых данных обычно позволяет

ответить на вопрос относительно вклада той или иной

зоны мозга в решение задачи, использованной в исследовании,

то метаанализ дает возможность сделать еще один шаг вперед.

Исследователь-теоретик рассматривает ряд работ, в которых проводилось

картирование головного мозга при решении разных задач,

и пытается найти пересечения выявленных активированных

зон, а также области, в которых наблюдается активация, уникальная

для отдельных классов задач. Например, сравнивая работы

по слуховому вниманию и работы по зрительному вниманию,

теоретик может попытаться выявить зоны мозга, задействованные

в решении задач по обнаружению как слухового, так и зрительного

сигнала.

С одной стороны, метаанализ позволяет избежать проведения

дорогостоящих исследований, в которых решение ряда задач сравнивалось

бы напрямую на одних и тех же испытуемых. С другой

стороны, слишком большой разброс данных по разным испытуемым

в разных лабораториях не всегда дает возможность точного

ответа на поставленный вопрос без проведения дополнительных

исследований.

К сожалению, исследования с использованием метода ФМРК

не позволяют обратиться к изучению целого класса задач на

внимание. Магнитно-резонансный томограф устроен так, что

метод пока не дает возможности получать от испытуемого развернутые

вербальные ответы. Он позволяет изучать внимание

только в экспериментальной парадигме селективной установки,

как правило, с максимально упрощенными двигательными

ответами.

185

Метод ФМРК обладает еще и другими важными ограничениями.

Его временное разрешение на несколько порядков ниже, чем

то, которого можно добиться при записи вызванных потенциалов.

ФМРК, как правило, дает указание на наличие активации в той

или иной зоне мозга без тонкой дифференциации ее хода. Поэтому,

в отличие от ВП, с помощью ФМРК невозможно отделить

друг от друга связанные с вниманием нервные процессы в одной

и той же зоне мозга, если эти процессы разделены только лишь

десятками миллисекунд. Конечно же, нерешенной в этом случае

останется и задача упорядочивания подобных процессов во времени,

выявления их стадиальности.

Наконец, ФМРК, как и прочие нейрофизиологические методы,

указывает только на факт наличия активации той или иной

зоны мозга при решении задачи на внимание, но не отвечает на

вопрос, нужно ли участие активированной зоны мозга для ее решения,

или же активация наблюдается в каком-то смысле случайно.

Для ответа на этот вопрос психологи обычно прибегают к результатам

исследований пациентов с локальными поражениями головного мозга. Анализ нарушений внимания в таких случаях, как

и всякий эксперимент, посаавленный самой природой, позволяет

приблизиться к ответу на вопросы относительно природы и

механизмов внимания.

В XX в. исследователи научились ставить эксперименты, с одной

стороны, аналогичные ≪поставленным самой природой≫, а с

другой —безопасные для человека. Разработаны методы, позволяющие

вызвать временное функциональное ≪локальное поражение

≫ головного мозга посредством магнитных полей. Структуры

мозга при этом остаются нетронутыми, но некоторые познавательные

и исполнительные функции, в обеспечении которых участвует

подвергнутая воздействию зона мозга, осуществляться не могут.

Далее мы обсудим один из таких методов.