Почти бесшумная МРТ следит за мышами, хватающими корм

Шум МРТ и искажения изображений из-за движения затрудняют наблюдение за мозгом животного во время действия. Команда под руководством Йен-Ю Иана Ши из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилле переработала способ сбора данных функциональной магнитно-резонансной томографии, чтобы преодолеть обе преграды. Метод SORDINO представлен 9 сентября в Nature Neuroscience и испытан на экспериментальном сканере с полем 9,4 тесла — в этих единицах измеряют магнитную индукцию.

Чтобы определить, откуда поступает каждый сигнал, сканер создаёт небольшие пространственные различия магнитного поля. Их резкое изменение вызывает вибрацию катушек и шум. SORDINO сохраняет суммарную величину этих изменений почти постоянной, а их направление поворачивает плавно и непрерывно, одновременно собирая данные. Команда сравнила метод с обычным способом получения изображений GRE-EPI и с альтернативным методом ZTE, при котором считывание сигнала начинается почти сразу.

Установив микрофон примерно в трёх метрах от центра сканера, исследователи измерили, насколько каждый способ съёмки повышает уровень звукового давления относительно режима ожидания. В частотном диапазоне слуха мышей средняя разница составила примерно 0,1 децибела для SORDINO, 0,9 для ZTE и 13,0 для обычного метода; в каждом условии проанализировали 1 210 отрезков записи. Система охлаждения продолжает работать: преимущество состоит в почти полном устранении дополнительного шума съёмки, а не в абсолютной тишине.

Для наблюдения за бодрствующими животными исследователи изготовили небольшую пластину, которая фиксирует голову и одновременно служит антенной для передачи и приёма МР-сигналов. Тело и лапы остаются свободными. После пяти дней привыкания 25 мышей сканировали по 30 минут каждую, получая трёхмерное изображение каждые две секунды с объёмными элементами размером 0,4 миллиметра по каждой стороне. Анализ общих колебаний сигналов в разных областях выявил известные закономерности функциональной организации мозга.

В отдельном эксперименте четыре мыши научились вытягивать лапу и захватывать небольшой кусочек корма, который предъявляли каждые 20 секунд. Пневматическое устройство помещало корм в пределах досягаемости животного внутри сканера. Анализ объединил 24 сеанса с 75–100 хватательными движениями за сеанс. Сигналы во время действия и после него сравнивали с сигналами за несколько секунд до предъявления корма. Голова оставалась закреплённой на протяжении задания.

На картах сначала увеличивался сигнал в моторной коре противоположного используемой лапе полушария, а одновременно снижался в ретросплениальной области, расположенной в задней медиальной части коры. В последующие секунды сигнал усиливался в сенсорных и моторных областях обоих полушарий, таламусе и мозжечке, а затем возвращался к исходному уровню. МРТ отслеживает изменения крови и насыщения кислородом, связанные с активностью нейронов. Поэтому последовательность этих изображений не является прямой видеозаписью электрических импульсов, переходящих от клетки к клетке.

Разработка сочетает более тихую среду получения изображений с возможностью наблюдать сразу за несколькими областями мозга во время координированного действия. Для исследователей поведения она расширяет набор задач, которые можно изучать без анестезии и с охватом всего мозга. Следующий шаг — исследовать эти возможности и выяснить, насколько точность и чувствительность сохраняются на другом оборудовании и в иных условиях.