Рис. 36. Типичная структура фМРТ-исследования
Когда мы установили МРТ в нашем институте, то решили сделать простейший тест – задали испытуемому два вида деятельности: нажатие пальцем на кнопку и трение пальца грубой щеткой для волос (рис. 37). Из учебника известно, куда идет сигнал при сенсорном раздражении пальца и откуда идет сигнал при его движении. Получилось полное совпадение с учебником. Плюс активации при движении, связанные с тем, что человек должен приказать пальцу двигаться. Действительно, движение отражалось в моторной коре, а ощущение – в сенсорной.
Помимо КТ и МРТ, то есть собственно томографов, существует большое разнообразие приборов для интровидения. Это ультразвуковые устройства, термовизоры, гамма-камеры. За исключением, пожалуй, УЗИ, они ближе к рентгенографии, чем к томографии. Все перечисленные методы интровидения, кроме фМРТ, дают картину физического состояния ткани, ее плотности, состава, однако функциональное состояние, если оно не вызвало грубых физических изменений, на изображении никак не проявляется.
Рис. 37. Демонстрационное фМРТ-исследование (ИМЧ РАН)
Естественно, что потребность в таком знании очень велика. Мало видеть, что где-то есть уплотнение; хорошо бы знать его природу. Что это – опухоль или некроз; если опухоль, то какова ее стадия. При операциях по поводу эпилепсии хирург не может отличить по внешнему виду пораженную ткань от здоровой. Некоторые заболевания вообще проявляются именно как расстройство функции. Условно говоря, если сделать КТ или МРТ телевизора, то можно найти сгоревшее сопротивление или микросхему, но нельзя определить, настроен ли аппарат на требуемый канал. Любое функциональное изменение связано с изменениями в биохимии ткани. И активность мозга, и сокращение мышцы, и вообще все – в норме и в патологии – основано на биохимических перестройках. Следовательно, для того чтобы визуализировать функцию, надо научиться следить за биохимией органа. Об этом было известно уже давно. Вся изотопная диагностика основана на том, что при функциональном или патологическом изменении органа в нем меняется концентрация какого-либо вещества. Он аккумулирует это вещество из крови. Поэтому, если вещество пометить, то есть ввести в его молекулу радиоактивный изотоп, его излучение будет выдавать местонахождение всей молекулы.
Метку веществ радиоактивными атомами и последующее слежение за их концентрацией применяют более пятидесяти лет. Наиболее распространенными приборами для изотопной диагностики стали так называемые гамма-камеры. Принципиально гамма-камера состоит из аналога фотопластинки (массива детекторов гамма-излучения) и коллиматоров – специальных устройств, позволяющих достигать детектора только гамма-квантам, летящим по определенному направлению.
Но, несмотря на огромную ценность однофотонных изотопных исследований, они обладают рядом неудобных свойств. Или правильнее будет сказать, что они являются великолепными приборами, занимающими определенную нишу, и вне этой ниши, естественно, имеют недостатки. Основным недостатком гамма-камер, делающих их непригодными для психофизиологических исследований мозга, является низкая эффективность сбора информации. Почему? Да потому, что используются только те гамма-кванты, которые летят вдоль трубочки. Все остальные выбрасываются из рассмотрения. Для получения изображения надо зарегистрировать много квантов. Увеличивать дозу нельзя. Увеличивать время экспозиции тоже нельзя, так как человек думает за доли секунды, а не за десятки минут.
Надо было придумать, как увеличить эффективность сбора информации. И придумали – позитронно-эмиссионный томограф (ПЭТ). С появлением ПЭТ в науке о мозге и в медицине в целом произошла настоящая революция. Наконец-то появился прибор, который позволил нам увидеть не структуру, а «жизнь» ткани, органа, участка мозга, соотнести сведения о событиях в целом мозге со знанием того, что происходит в его микрообъемах.
И гораздо более точную информацию мы получаем, комбинируя эти методы.
Слева на МРТ видно объемное образование (светлое пятно). По всем данным, это может быть опухолью, то есть существуют показания для операции. Справа, при совмещении МРТ и ПЭТ с метионином, видно, что эта область спокойная, то есть это уже не растущая опухоль. Ничего делать не надо
Аппарат позитронно-эмиссионной томографии и компьютерной томографии
ПЭВ-ВП-исследования селективного внимания
Мультимодальные исследования. ПЭТ отвечает на вопрос «где?». ВП отвечает на вопрос «когда?». Комбинируя результаты, понимаем «что»
Глава 3. Статистика или чутьеО несовершенстве наших методов
Это была воистину поразительная форель. Чем больше мы на нее смотрели, тем больше восхищались.
Джордж был так очарован, что взобрался на спинку стула, чтобы получше рассмотреть это чудо.
И вдруг стул пошатнулся; Джордж, чтобы удержаться, судорожно уцепился за шкафчик с форелью, шкафчик с грохотом полетел на пол, а за ним последовал сперва стул, а затем и сам Джордж.
– Рыба цела? – в ужасе вскричал я, бросаясь к нему.
– Надеюсь, что да, – ответил Джордж, осторожно поднимаясь на ноги и осматриваясь.
Но он ошибся. Форель лежала на полу, разбитая на тысячу кусков, – я сказал тысячу, но, возможно, их было только девятьсот. Я не считал. Нам показалось весьма странным и непонятным, как чучело форели могло разлететься на такие мелкие куски. Это и впрямь было бы весьма странно и непонятно, будь перед нами действительно чучело. Но чучела не было. Форель была гипсовая.
Последние три десятилетия ознаменовались невероятным ростом технических возможностей. Представьте себе: полная вычислительная мощность космического корабля «Аполлон» была меньше, чем мощность нынешнего смартфона. Люди старшего поколения восхищаются этим, а более молодое поколение не видит в этом ничего необычного. Но эти понимание и простота приборов кажущиеся. Во-первых, из-за чрезвычайной сложности и приборов, и софта они сделаны максимально, как говорится, user friendly (дружественными). Так, некоторые, на самом деле простейшие, функции представляются интуитивно ясными и логичными; молодежь усвоила эту логику с игрушек. Во-вторых (и это главное), приборы просты, когда вы используете наиболее простые и хорошо запрограммированные их возможности. Эти же приборы пасуют, когда задача становится чуть сложнее (например, до сих пор нет хорошей программы- переводчика).
Казалось бы, для языка, где все по правилам (нет исключений), бери формальную грамматику и словарь – и дело в шляпе. На самом деле это не так. Нужны еще посторонние и немалые знания, не заложенные в программе. Таких примеров множество. Naked conductor runs under the carriage – «голый кондуктор бежит под вагоном» или «неизолированный кабель проходит под тележкой»? И то и другое правильно, но абсолютно различно. Чтобы выбрать правильный вариант, необходимы дополнительные знания, которыми должен обладать человек.
В современной науке это, пожалуй, одна из ключевых проблем. Мы находимся в огромной моральной зависимости от машины. Нам кажется, что она не ошибается и дает правильный результат. Как ни странно, это абсолютно верно. Но мы большей частью не умеем правильно задавать вопрос и правильно трактовать ответ. Надо понимать, что практически все современные компьютеры – это электронно-вычислительные машины, которые не умеют думать, а могут только вычислять по четко заданной программе. Любая программа, в свою очередь, имеет определенные, жестко заданные ограничения на входную информацию и, как правило, очень чувствительна к нарушению этих требований. Например, при использовании параметрической статистики, если входные данные должны иметь нормальное распределение и независимость измерений, а у вас это не выполнено, то результат неверен, хотя и правильно сосчитан. Машина все сделала как надо. Это мы «лопухнулись». Причем в последнее время, как видно из научных статей и выступлений, это происходит все чаще.
Почему? Когда 150 лет назад Анджело Моссо делал пионерские работы по изучению реакции мозгового кровотока на психологические стимулы, он видел значимую реакцию прямо на самописце. Ему не приходилось производить с сигналом какие-либо вычисления или преобразования. Когда Н.П. Бехтерева исследовала обнаруженный ею механизм детекции ошибок, сигнал в каждом последующем испытании практически повторялся. Так было и бывает всегда при изучении важных, основополагающих явлений.
Полет Гагарина принципиально доказал, что человек может находиться в космосе. Для доказательства было достаточно одного примера, а затем множество институтов занимались деталями того, как человек может выжить в космосе. Общие фундаментальные закономерности, в принципе, и должны проявляться достаточно выраженно. Но дальше, когда мы пытаемся разобраться в конкретных, весьма тонких особенностях феномена, каждое новое исследование становится все сложнее и сложнее.
Принципиальный момент возник, когда пришлось перейти к изучению слабо зашумленных и сильно зашумленных сигналов, то есть когда мы перешли к деталям, в которых, как известно, кроется дьявол. Как правило, общая закономерность достаточно хорошо воспроизводима. Но когда вы задаете детальные вопросы, ответы становятся неразборчивыми. Представьте оператора справочной в час пик. У него сотни вопросов и только один из них ваш; он отвечает урывками, проглатывая слова, вы пытаетесь его переспрашивать с переменным успехом.
Вот тут-то и случился «обвал». Мы не можем получить сразу всю информацию о событиях в мозге. При всей зыбкости компьютерных аналогий можно сказать, что мозг работает в мультипрограммном режиме. Он одновременно поддерживает нормальное функционирование внутренней среды, движений, произвольного и непроизвольного внимания и массу других функций, исследование только одной из которых является целью работы физиолога. И вот на этом месте много лет назад (можно сказать, от безысходности) был сделан физиологически неверный шаг, который тем не менее позволил существенно продвинуться в исследовании мозга.