Создав способ коррекции движения, команда смогла сделать четырехмерную реконструкцию мозговой активности движущихся объектов, открыв дверь для исследований субъектов, которые не остаются неподвижными надолго, таких как зародыши и маленькие дети. Новая стратегия позволяет исследовать как нормальное развитие мозга, так и влияние диеты или окружающей среды матери на функциональное развитие мозга плода.Новая работа была сосредоточена на сети режима по умолчанию — совокупности областей, которые активны, когда мозг находится в состоянии покоя, когда кто-то мечтает или позволяет своему разуму блуждать, не концентрируясь на конкретной задаче. Мозг плода большую часть времени находится в режиме по умолчанию, но не очень хорошо известно, как эта сеть развивается.
«Это одна из первых работ, в которых рассматриваются отдельные зародыши и рассматривается естественно развивающаяся сеть режима по умолчанию в мозге человеческого зародыша», — говорит Виней Пай, доктор философии, директор отдела информационных технологий в области здравоохранения в NIBIB. Поскольку движение ребенка или матери больше не является проблемой, «это позволяет увидеть более естественные стадии развития».В новом исследовании, опубликованном в августе 2016 года в журнале Human Brain Mapping, исследователи стремились создать четырехмерный фильм сетевой активности плода по умолчанию. Для этого они использовали функциональную МРТ — методику определения активности мозга по кровотоку; к активным областям притекает более высокий уровень крови.
Помимо размытия изображения, проблема с движением — либо от движения плода, либо от дыхания матери — заключается в том, что оно смещает фокус, что затрудняет определение того, откуда исходят какие-либо сигналы активности. Хотя обычно для каждой позиции в каждый момент времени собирается только одно измерение, команда собрала несколько измерений, каждое из которых дает немного разные точки зрения. Используя несколько измерений, они смогли изменить положение изображений, чтобы оценить, как будет выглядеть активация в течение нескольких минут.Команда сначала проверила свой метод на взрослых, посоветовав им намеренно поворачивать голову в сканере.
После демонстрации того, что они могут успешно количественно оценить активность мозга у движущихся субъектов, они затем просканировали восемь плодов между 32 и 37 неделями беременности, поскольку у младенцев, рожденных недоношенными в этом возрасте, были обнаружены активные сети режима по умолчанию. Полученные изображения были скомпилированы для создания четырехмерного изображения каждого мозга в течение пятиминутного временного окна.«На самом деле не было исследовано, когда возникают эти сети активности — эти совокупности областей мозга, которые начинают работать вместе в мозгу — и в каких типах клеток и тканей они возникают», — говорит Колин Стадхолм, доктор философии. , профессор с совместными назначениями в области педиатрии и биоинженерии Вашингтонского университета и старший автор статьи. «Это приводит не только к сбору данных от отдельных младенцев, но также к пониманию и построению четырехмерной карты активности мозга и того, как она должна проявляться у нормального ребенка».
Этот метод также можно использовать для сравнения различий в развитии мозга у недоношенных и доношенных детей; последствия употребления алкоголя, наркотиков или стресса во время беременности; или есть ли какие-либо пренатальные различия у младенцев, у которых развиваются нарушения нервного развития, такие как аутизм. И это не ограничивается визуализацией мозга; Студхольм также планирует изучить плаценту и то, как ее развитие влияет на мозг.
Но немедленное применение — для извивающихся детей — само по себе многообещающе. «Методы, которые минимизируют эффект движения, решают множество проблем», — говорит Пай. «При визуализации плода у вас не так много вариантов».