Когнитивные нейробиологи считают, что ЭЭГ представляет собой чрезвычайно полезный инструмент для изучения таких функций мозга, как внимание, эмоциональные реакции, хранение информации и прочие [5]. И, что особенно важно для тех, кто проводит исследования за пределами лабораторий, современные аппараты ЭЭГ становятся все компактнее и портативнее. Некоторые даже напоминают головную гарнитуру, используемую любителями компьютерных игр.
Правда, показания ЭЭГ отображают электрическую активность только на поверхностно расположенных участках мозга, а многие его важнейшие функции осуществляются в более глубоких структурах. Для их изучения нужна другая аппаратура. В последние пятьдесят лет для визуализации активности в глубинных участках головного мозга и отслеживания изменения кровотока или процессов метаболизма применяются такие технологии, как МРТ (старая добрая магнитно-резонансная томография), позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) и однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ) [6]. Но если работа аппарата МРТ основывается исключительно на магнитных полях и радиоволнах, то в сканерах ПЭТ и ОФЭКТ используются инъекции радиоактивных изотопов, что серьезно ограничивает их практическое применение. Ситуацию существенно улучшило появление в 1990-х годах метода функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ).
Принцип действия аппаратов фМРТ основывается на взаимодействии магнитного поля и радиоволн. Под воздействием магнитного поля протоны в атомах водорода в крови выстраиваются параллельно магнитному полю (в обычных условиях они расположены в хаотичном порядке), по окончании воздействия электромагнитного импульса они возвращаются в исходное положение. Во время этих процессов протоны водорода испускают сигналы, которые регистрируются специальными датчиками. Вся собранная информация обрабатывается мощным компьютером, который ищет различия в поступающих сигналах и благодаря этому разграничивает разные типы крови. Дело в том, что в ходе перестраивания протоны посылают разные сигналы от оксигенированной (артериализованной) и диоксигенированной (бедной кислородом) крови — именно эти сигналы и считывают специальные датчики аппарата фМРТ. Когда испытуемый совершает какое-нибудь действие — скажем, сжимает кулак или смотрит на изображение, — в этот момент сканер измеряет соотношение разных типов крови, то есть BOLD-контрастность (blood-oxygenation-level-dependent contrast), зависящую от степени насыщения крови кислородом, в разных участках мозга. Далее встроенный в аппарат компьютер с помощью сложного алгоритма интерпретирует полученные данные и представляет контрастность в виде бесконечно малых трехмерных единиц, которые называются вокселами. Интенсивность активности в конкретной области мозга обозначается разными цветами: красный указывает на наибольшую интенсивность, фиолетовый или черный свидетельствуют о низкой или нулевой активности. Чем ярче цвет на отсканированном изображении, тем выше активность в конкретном участке мозга. Отсюда возник термин «подсвеченный», который употребляют врачи и ученые, говоря о возбужденных зонах мозга.
За последние двадцать лет фМРТ стала излюбленным методом измерения функций мозга. Ее используют когнитивные психологи, неврологи, нейроэкономисты, нейробиологи и многие другие специалисты [7]. Однако хотя фМРТ и считается одним из лучших инструментов для достижения данных целей сегодня (и одним из немногих инструментов для изучения мозговых структур, расположенных в глубине черепа), следует отметить и его недостатки и ограничения. Во-первых, работа аппарата фМРТ основывается на косвенных показателях мозговых функций. Функционирование мозга по своей природе носит электро-химический характер: нейроны испускают электрические сигналы, передавая их друг другу либо через непосредственный контакт от синапса к синапсу, либо посредством химических нейромедиаторов. Эта деятельность требует кислорода, который обеспечивается кровотоком в активных зонах мозга, и сканеры фМРТ измеряют этот кровоток, а не фактическую активность нейронов. Следовательно, хотя фМРТ и может показать нам, какие участки мозга активны, определить, что именно их активирует, с ее помощью нельзя. Во-вторых, изображения фМРТ, конечно, отличаются превосходным пространственным разрешением (методика позволяет отображать расположение зоны активности мозга с точностью до двух-трех миллиметров), но из-за того, что кровоток существенно отстает от нейронов (между активацией нейронов и ускорением кровотока к активированной зоне мозга проходит 1–2 секунды и продолжается эта реакция обычно около пяти секунд), временное разрешение сканирования фМРТ значительно дольше, чем необходимое для регистрации большинства типов восприятий или других когнитивных процессов. (А вот аппараты ЭЭГ, хоть и не могут похвастаться хорошим пространственным разрешением, зато, как я уже говорил, способны отслеживать электрические заряды каждую миллисекунду.) Стоит также упомянуть о проблемах неполной совместимости фМРТ-аппаратов и сложных алгоритмов обработки отсканированных с их помощью данных, а также о размерах вокселов (они хоть и крошечные, но все равно намного больше нейронов, которые они изображают).