Mostra quanto sangue arriva alle diverse parti del cervello.

I pazienti in coma reagiscono al mondo che li circonda.

All'Hadassah Medical Center di Gerusalemme, la dottoressa Neta Levin, che è il primario del dipartimento neurologico, ha fatto un'osservazione importante. Come ha scoperto il dottor Levin, alcune persone in coma reagiscono alle voci delle persone e riescono a riconoscere il proprio nome. Questa scoperta è stata fatta utilizzando un dispositivo

risonanza magnetica

, (

FMRI

).

risonanza magnetica

(

risonanza magnetica funzionale

) a differenza del solito

risonanza magnetica

(risonanza magnetica), consente di ottenere un quadro dinamico dell'attività cerebrale. Questo è un tipo di video che mostra l'attività del cervello durante l'esecuzione di un compito. Questo metodo consente di creare una sorta di mappa delle aree cerebrali responsabili di azioni specifiche, come il movimento, la vista, l'udito, la parola e così via. Ad Hadas

risonanza magnetica

utilizzato, di regola, per l'analisi preoperatoria. I neurochirurghi utilizzano i risultati

risonanza magnetica

per determinare il funzionamento di diverse aree del cervello. Informazioni ottenute tramite

risonanza magnetica

, viene trasmesso direttamente in sala operatoria e aiuta i chirurghi a evitare danni ad alcune aree del cervello. Il dottor Levin lo usava

risonanza magnetica

per valutare lo stato dell'attività cerebrale dei pazienti in coma. Pertanto, è diventato possibile condurre uno studio non invasivo del cervello, per monitorare l'attività nervosa, anche quando sembrava che i pazienti fossero completamente privi di reazioni. Il dottor Levin ha confrontato l'attività cerebrale di persone sane e di un gruppo di pazienti in coma. Ha studiato la risposta del loro cervello a vari stimoli: ai suoni e al silenzio, al suono di parole diverse, al suono del proprio nome, nonché la capacità di distinguere tra voci familiari e non familiari. Come ha spiegato il dottor Levin,

risonanza magnetica

mostra quanto sangue va alle diverse aree del cervello. Lei ritiene che un gran numero di reazioni agli stimoli indichi una maggiore probabilità che il paziente esca dal coma. Tuttavia, avverte anche che la mancanza di attività durante la diagnosi non indica una mancanza di attività in generale, poiché l’attività cerebrale delle persone in coma può variare, proprio come nelle persone sane. Durante lo studio, il dottor Levin ha scoperto l'attività cerebrale in un certo numero di persone in coma. Pertanto, uno dei pazienti, un giovane sulla trentina, riusciva a distinguere le voci, reagiva in modo diverso al proprio nome e ad altri nomi. Inoltre, quando è stato chiesto di immaginare varie azioni, ognuna delle quali colpisce una determinata area del cervello, il paziente ha affrontato questo compito, nonostante fosse in coma. Pertanto, al paziente è stato chiesto di immaginare di giocare a tennis, che influenza l'attività dell'area "motoria" del cervello, di cantare, che influenza l'attività dell'area uditiva del cervello, di camminare lungo il percorso di casa, e Presto. È stata osservata l'attività cerebrale prevista, indicando che il paziente in coma comprendeva il linguaggio ed era in grado di eseguire gli ordini.

Basato su materiali dell'Hadass Medical Center

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Parole chiave: risonanza magnetica, risonanza magnetica, fmri, fmri

Dal giugno 2009, un gruppo di risonanza magnetica funzionale (fMRI) del cervello lavora presso il Centro di Diagnostica delle Radiazioni del LRC. Gli specialisti del gruppo conducono sia la ricerca scientifica che l'accoglienza dei pazienti. Il gruppo ha sviluppato una serie di sperimentazioni per pazienti che stanno per sottoporsi a un programma di neurochirurgia o riabilitazione. I campioni consentono di mappare le funzioni motorie, vocali, percettive e di controllo.

I risultati ottenuti nel quadro della ricerca fondamentale e applicata condotta dal gruppo di risonanza magnetica cerebrale funzionale sono stati riportati presso:

• Seminario di Mosca sulle scienze cognitive (Mosca, 2011, 2014);
• Convenzione annuale della Radiological Society of North America (RSNA, Chicago, 2011, 2014);
• Conferenza Radiologica Europea (ECR, Vienna, 2012, 2013, 2014, 2015);
• conferenza "Scienze cognitive a Mosca: nuove ricerche" (Mosca, 2011, 2013);
• II conferenza sul neuroimaging funzionale (Mosca, 2012);
• Congresso dell'Associazione Russa dei Radiologi (Mosca, 2014);
• Conferenza ESLP a Rotterdam (Paesi Bassi, 2014);
• 2° Workshop Internazionale “Meccanismi neurocognitivi della percezione cosciente e visiva” (Delmenhorst, 2014);
• Conferenza degli utenti dei tomografi a risonanza magnetica della società SIEMENS "MAGNETOM Club" (2012);
• V e VI Conferenza Internazionale sulle Scienze Cognitive (Kaliningrad, 2012, 2014);
• V, VI e VIII Congresso nazionale panrusso di radiologi e terapisti "Radiologia-2011, 2012, 2014" (Mosca, 2011, 2012, 2014);
• "Congresso Nazionale dei Radiologi" (Mosca, 2012);
• 6a Conferenza Annuale Fulbright (Mosca, 2013);
• Congresso Internazionale di Mosca dedicato al 110° anniversario della nascita di Alexander Romanovich Luria” (2012);
• Conferenza Europea sulla Percezione Visiva (Alghero, Sardegna, Italia, 2012);
• Riunione annuale della Vision Science Society (VSS-2012);
• XIV Letture internazionali in memoria di L.S. Vygotskij;
• Convegno Scientifico sull'Afasiologia (SoA - 2014);
• Convegno "Problemi moderni di neuropsicologia e psicofisiologia", dedicato all'85° anniversario della nascita di Evgenia Davydovna Khomskaya;
• "La grande illusione della coscienza - 4: fenomeni, esperimenti, modelli" (San Pietroburgo, 2014);
• una serie di seminari tematici “Ricerca fMRI del parlato: dalla progettazione dell'esperimento all'analisi dei dati” (Mosca, 2013);
• "Introduzione a BOLD-fMRI e DTI" (Mosca, 2013);
• "MRI funzionale del cervello: scienza e pratica" (Mosca, 2014).

Il 22 aprile 2014 si è tenuto presso l'Istituto di bilancio dello Stato federale “LRC” del Ministero della Salute un seminario di un giorno “MRI funzionale del cervello: scienza e pratica”. cicli di lezioni frontali ed esercitazioni pratiche sulla fMRI del cervello:

• Pechenkova E.V. Workshop speciale nell'ambito del corso "Problemi teorici e metodologici delle scienze cognitive" nel programma di master dell'Università statale russa di scienze umane "Psicologia della cognizione e scienze cognitive" (2009-2012)
• Pechenkova E.V., Rumshiskaya A.D. Moderne possibilità dei metodi di radiodiagnosi Corso facoltativo per gli studenti della FFM MSU sulla base del Centro per la diagnostica delle radiazioni (CRD) dell'Istituto di bilancio dello Stato federale "Centro di cura e riabilitazione" del Ministero della sanità della Federazione Russa http://www .fbm.msu.ru/stud/lechdelo/el/2013_autumn/xray.php
• Vlasova R.M. Corso "Aspetti neuropsicologici dei metodi di neuroimaging" presso il Dipartimento di Neuro e Patopsicologia dell'Università Statale di Mosca intitolato a M.V. Lomonosov (2014)
• Pechenkova E.V., Vlasova R.M. "MRI funzionale nella ricerca e nel lavoro clinico di uno psicologo" - corsi organizzati dalla "Comunità tutta russa di giovani psicologi" (2012, 2013)
• Pechenkova E.V. Conferenza di divulgazione scientifica presso "Hyperion": "Risonanza magnetica funzionale, ovvero il lavoro del cervello in immagini" (Mosca, 2013)

Separato lezioni frontali in seminari didattici e scuole scientifiche:

• al seminario "La ricerca fMRI sul linguaggio: dal disegno dell'esperimento all'analisi dei dati", organizzato dal Centro di Logopedia e Neuroriabilitazione e dalla Scuola Superiore di Economia (26-29 marzo 2013);
• al seminario "Introduzione a BOLD-fMRI e DTI", organizzato dall'Istituto di ricerca di chirurgia e traumatologia pediatrica d'urgenza con il supporto di Neurobotics (29 ottobre 2013);
• alla Summer Neurolinguistic School (1-5 settembre 2014);
• alla Summer School di Psicologia Cognitiva in memoria di Karl Dunker (1 settembre 2014);
• alla scuola “Metodi attivi e passivi del brain mapping”, organizzata dalla Rete Nazionale delle Scuole di Dottorato in Biotecnologie nelle Neuroscienze (BioN), 1-4 novembre 2014;
• alla scuola estiva "Russian Reporter" 2014, workshop "Language-Brain";
• presso la Scuola psicologica invernale tutta russa dell'Università statale umanitaria russa (Mosca, 2011).

Come vedere i pensieri. Applicazioni non ortodosse della risonanza magnetica

La risonanza magnetica (MRI) viene ora utilizzata non solo per la diagnosi, ma anche per mappare lo stato funzionale delle reti neurali, consentendo di vedere letteralmente il lavoro del cervello in tempo reale. Ha permesso di creare un gioco di tecnologia di biocontrollo basato sui meccanismi naturali di autoregolazione delle funzioni del corpo umano.

Negli esclusivi giochi per computer sviluppati dagli specialisti di Novosibirsk, l'utente impara a "gestire" la trama del gioco virtuale attraverso cambiamenti volontari nelle sue caratteristiche fisiologiche (polso, temperatura, attività elettrica del cervello, ecc.). I giochi possono essere utilizzati per risolvere un'ampia classe di compiti medici e riabilitativi, inclusa la valutazione dell'attuale stato psicofisiologico di una persona. Tale attività di gioco di per sé ha un pronunciato effetto antistress, ma, soprattutto, con l'aiuto di questa tecnologia è possibile rivelare le potenziali risorse del corpo, che non sappiamo come utilizzare nella vita di tutti i giorni.

Fino a poco tempo fa, le informazioni fondamentali sul funzionamento del cervello potevano essere ottenute solo da fonti indirette. Parliamo di esperimenti diretti sugli animali; osservazioni di malati in cui il danno all'una o all'altra parte del cervello si manifesta sotto forma di paralisi, disturbi della parola o della memoria; test neuropsicologici; operazioni a cervello aperto che consentono al neurochirurgo di vedere la risposta a stimoli specifici; infine, registrando l'attività elettrica del cervello. Tuttavia, sulla base dei risultati ottenuti con questi approcci, è impossibile descrivere come funziona il cervello quando risolve un particolare problema. La capacità di osservare direttamente le dinamiche dell'attività cognitiva (cognitiva) del cervello, in altre parole, di "vedere i pensieri", è apparsa solo con l'introduzione della tecnologia di risonanza magnetica funzionale nella pratica della ricerca.

L'ipotesi sulla relazione tra l'intensità dell'afflusso di sangue al cervello e la sua attività si diffuse alla fine del XIX secolo. con la mano leggera dell'eccezionale fisiologo britannico C. Sherrington. Molti anni dopo, l'esistenza di questa connessione fu dimostrata con metodi radiografici, che confermarono la relazione diretta tra i processi metabolici in alcune aree di lavoro del cervello e la velocità di apporto di ossigeno ad esse.

Poco più di due decenni fa, i dipendenti dell'organizzazione di ricerca americana AT&T Bell Laboratories descrissero il principio di visualizzazione dell'attività delle aree cerebrali in tempo reale utilizzando la risonanza magnetica (MRI), in cui il contrasto dell'immagine è determinato dal grado di saturazione di ossigeno nel sangue (Ogawa et al., 1990). È questo principio che ha costituito la base della tecnologia risonanza magnetica funzionale(fMRI) – uno studio dinamico delle zone attive delle strutture cerebrali al momento della loro attività, testato per la prima volta sugli esseri umani due anni dopo la prima pubblicazione.

Marker: ossigeno

L'attivazione di una parte del cervello è sempre associata al consumo di energia, quindi comporta un'accelerazione del metabolismo del glucosio e la trasformazione delle molecole di emoglobina - il fornitore di ossigeno nel nostro corpo - in cui l'ossiemoglobina, combinata reversibilmente con l'ossigeno, si trasforma in deossiemoglobina ( emoglobina “ridotta”).

La risonanza magnetica (MRI) è una procedura diagnostica basata sull'effetto della risonanza magnetica nucleare. La sua essenza è che, sotto l'influenza di un campo magnetico, i protoni (nuclei di idrogeno caricati positivamente) nei tessuti viventi sono in grado di spostarsi a un livello energetico più elevato e quindi tornare al loro stato originale. Quest'ultimo è accompagnato dal rilascio di energia, che può essere misurato.
Successivamente il segnale ricevuto viene trasformato nella cosiddetta immagine pesata T1 (T1 è il tempo durante il quale due terzi dei protoni ritornano allo stato originale). L'immagine risultante sarà diversa per i diversi tessuti, ad esempio sani e malati.
Le moderne tecniche di risonanza magnetica consentono non solo di visualizzare vari organi interni con alta qualità, ma anche di studiarne la funzione. Grazie all'assenza di radiazioni ionizzanti, questo metodo può essere utilizzato senza restrizioni e gli studi possono essere ripetuti più volte.

Il fattore chiave per la risonanza magnetica sono le differenze nelle proprietà magnetiche delle diverse forme di emoglobina. Quindi, l'ossiemoglobina lo è diamagnetico, cioè una sostanza magnetizzata contro la direzione di un campo magnetico esterno. Le proprietà sono deossiemoglobina (l'emoglobina “ridotta”) paramagnetico, magnetizzandosi nella direzione del campo magnetico esterno. L'entità del segnale MRI dipende dalla quantità di deossiemoglobina nel tessuto: maggiore è la concentrazione, minore è il segnale. L'indicatore, che è determinato dal rapporto tra due forme di emoglobina e dipende dal livello di ossigeno nel sangue, si chiama BOLD (dall'Ing. dipendente dal livello di ossigenazione del sangue).

Più una parte del cervello è attiva, più ossigeno consuma. Durante la formazione di un insieme neurale attivo, un aumento del consumo energetico locale già nei primi secondi porta ad un aumento della concentrazione di deossiemoglobina paramagnetica; segue poi la reazione del sistema vascolare, che consiste in un aumento dell'afflusso di sangue locale e dell'afflusso di sangue ai tessuti cerebrali a causa dell'aumento del volume e della velocità del flusso sanguigno.

Ne consegue quindi che l'entità relativa del segnale MRI può servire come misura dell'attività delle aree cerebrali. Inoltre, i risultati ottenuti sotto il controllo dell'elettroencefalografia sulla corteccia visiva del cervello aperto dei primati suggeriscono che il segnale MRI è una risposta lineare all'attività elettrica generata dall'insieme neuronale attivo (Logothetis et al., 2002).

Pertanto, la risonanza magnetica funzionale, focalizzata sul rilevamento dell'effetto BOLD, è oggi lo strumento ottimale per mappare l'attività neuronale, più precisamente, lo stato funzionale delle reti neurali, la base per visualizzare i nostri pensieri e idee. In altre parole, è con l’aiuto della fMRI che possiamo letteralmente vedere come il nostro cervello risolve i problemi in tempo reale.

Il potere del pensiero

La tecnologia neurobiologica dell '"interfaccia cervello-computer", una sorta di "simbiosi informatica" è strettamente correlata alla tecnologia fMRI (Kaplan, 2005, 2012; Chernikova et al., 2010). Stiamo parlando della possibilità, utilizzando un elettroencefalogramma, di ottenere una visualizzazione di uno "schema" stabile dell'attività bioelettrica del cervello, collegando questo schema alla funzione delle strutture cerebrali e alla formazione in esse di nuovi insiemi neuronali stabili. Allo stesso tempo, l'elettroencefalogramma non è solo una fonte di informazioni sugli eventi intracerebrali: questi dati possono essere utilizzati come segnale di feedback per il circuito di autoregolazione volontaria delle funzioni corporee.

Sebbene le neuroscienze siano un campo scientifico a sé stante, sono emerse come un "prodotto sociale" per persone gravemente disabili, grazie al quale le persone costrette su sedia a rotelle e prive di capacità motorie indipendenti hanno la capacità di controllare arti artificiali, come un braccio meccanico (Hochberg et al., 2012).

Anche alla fine del XIX secolo. il neurochirurgo francese P. Broca (1861) descrisse disturbi del linguaggio causati da danni a una certa area dell'emisfero sinistro. Il suo lavoro segnò l'inizio di numerosi studi dedicati allo sviluppo di un'analisi clinica dell'organizzazione linguistica del cervello e dei suoi disturbi. E la determinazione della traiettoria dello sviluppo del linguaggio - la localizzazione del "centro della parola" nello spazio delle aree corrispondenti del cervello - è diventata una delle più vaste aree di applicazione della fMRI.
Le informazioni sulla localizzazione delle zone del linguaggio (letterale, semantico e sintattico) nel cervello vengono oggi utilizzate in modo costruttivo nella pratica neurochirurgica. Stiamo parlando della determinazione preoperatoria di quelle aree della corteccia in pazienti con varie lesioni cerebrali dove il bisturi del chirurgo non deve invadere. Oggi la fMRI è praticamente l'unica tecnologia che consente di determinare una tale zona "di confine".

Una delle applicazioni pratiche delle neuroscienze è il neurofeedback, una tecnologia non farmacologica basata sui principi del feedback adattivo sopra menzionato, un fenomeno che fornisce un meccanismo di autoregolamentazione. Questa tecnologia si basa sull'idea che una persona può essere addestrata a controllare volontariamente caratteristiche fisiologiche inconsce, come la frequenza del polso e i parametri ritmici dell'attività elettrica del cervello.

La capacità di una persona di modificare intenzionalmente i parametri dell'elettroencefalogramma fu descritta per la prima volta dallo scienziato americano J. Kamiya nel 1958 (questa capacità è stata studiata per controllare lo stato funzionale del cervello del paziente e cambiare la tendenza nello sviluppo di la psiche). Ulteriori studi hanno dimostrato la straordinaria capacità del nostro cervello di ristrutturare internamente, non prevista dalla natura. Si è scoperto che con l'aiuto del neurofeedback è possibile formare capacità di autoregolamentazione precedentemente assenti in una persona, formarne di nuove e “risvegliare” formazioni cerebrali dormienti. Allo stesso tempo, la fMRI consente di visualizzare le reali dinamiche temporali e spaziali del cervello.

Un gioco è un'attività di un individuo volta a modellare l'una o l'altra attività reale. Permette a una persona di formare e migliorare le funzioni di gestione del proprio comportamento e dell'attività di volontariato in generale.
Quando si utilizza il biofeedback del gioco, il giocatore diventa un soggetto attivo del processo di trattamento (correzionale) o del processo di acquisizione di nuove abilità

Da un punto di vista pratico, di particolare interesse è la tecnologia del cosiddetto biofeedback del gioco, quando una persona impara a "gestire" una trama di gioco virtuale attraverso cambiamenti volontari nelle sue caratteristiche fisiologiche, come cardiogramma, polso, temperatura cutanea e attività elettrica del cervello.

picchiarmi

Nel contesto delle neuroscienze un giocoè una realtà psicologica con un gran numero di situazioni non standard in cui il comportamento stereotipato è impossibile. Il giocatore del computer si abitua a spostarsi da un mondo virtuale all'altro, adattandosi rapidamente alle nuove realtà virtuali in base alle preferenze personali.

Durante il gioco, il cervello è attivo e determina la linea d'azione che sembra essere la più vantaggiosa in quel momento. Nel caso dell'utilizzo del biocontrollo, il giocatore, avendo padroneggiato le capacità di autoregolamentazione, può controllare questo processo, poiché il feedback adattivo consente non solo di vedere e “perdere” varie strategie comportamentali, ma anche di valutare il grado della loro efficacia. In questo senso, questa tecnologia è un potente meccanismo per insegnare a una persona nuovi stereotipi comportamentali.

Sulla base del Centro tomografico internazionale del ramo siberiano dell'Accademia russa delle scienze, insieme all'Istituto di ricerca di biologia molecolare e biofisica del ramo siberiano dell'Accademia russa delle scienze mediche (Novosibirsk), è stato condotto un esperimento di neuroimaging di controllo “volitivo” di una trama di gioco virtuale su un gruppo di giovani.

Ai soggetti del test è stata offerta la trama del gioco "Vira!" Dedicata alla ricerca di tesori sottomarini. Ogni soggetto, trovandosi nell'anello magnetico del tomografo, controllava uno dei subacquei che scendevano sul fondo. La velocità del giocatore era determinata direttamente dalla frequenza cardiaca: più lento è il polso, maggiore è la velocità. Durante il gioco, le informazioni sulla frequenza cardiaca venivano trasmesse sotto forma di serie visive allo schermo del monitor a disposizione del soggetto. Per vincere la partita era necessario imparare a controllare mentalmente la frequenza cardiaca, cioè sviluppare le capacità per rallentare la frequenza cardiaca.

Secondo i risultati dei giochi, i soggetti hanno rivelato sei diversi comportamenti e per ciascuno di essi è stata determinata la principale strategia di autoregolamentazione.

Ad esempio, con la strategia del “tentativo ed errore per raggiungere il risultato”, il soggetto ha prima fatto diversi tentativi infruttuosi, ma alla fine ha raggiunto l’obiettivo. I soggetti con questa tattica si concentravano non sulla regolazione dei propri parametri fisiologici (ad esempio la frequenza cardiaca), ma sul controllo dell'azione di gioco diretta. La strategia della “dinamica del pendolo” era caratterizzata dall’alternanza di tentativi riusciti e falliti, e l’“apprendimento sequenziale” era caratterizzato da un miglioramento del risultato da un tentativo all’altro.

L'analisi dei risultati dell'esperimento indica una certa sequenza di comparsa e sviluppo di zone di attività nel cervello dei soggetti. Il "picco" della trama competitiva è caduto al quarto o sesto tentativo, quando un numero crescente di insiemi neurali appena formati sono stati costantemente coinvolti nella lotta per la vittoria.

È interessante notare che sono state localizzate nuove zone di questa attività, anche nel cervelletto. Un'analisi delle dinamiche della loro formazione suggerisce che il cervelletto nel nostro cervello svolge il ruolo non solo di regolatore delle funzioni motorie, ma anche di modificatore delle funzioni cognitive (cognitive), regolando la velocità, la forza, il ritmo e l'accuratezza del pensiero . In questo caso, il programma delle operazioni cognitive viene dispiegato sequenzialmente in una modalità organizzata mediante feedback adattivo.

Così è nel gioco "Vira!" è stata formata una "road map" di controllo cognitivo della trama del gioco, secondo la strategia "tentativi ed errori", la variante più comune di autoregolamentazione.

Le bugie sono diverse dalla verità

La realtà virtuale, presentata sotto forma di trama competitiva di gioco, controllata attraverso la regolazione volitiva delle caratteristiche fisiologiche, offre a una persona un'opportunità unica di mostrare caratteristiche comportamentali solitamente bloccate. E in questo senso, non solo un gioco virtuale, ma in generale qualsiasi allenamento di gioco ci consente di rivelare abilità nascoste che possiamo utilizzare con successo nella vita reale.

In questo contesto è interessante analizzare i dati di un esperimento di gioco condotto presso l’ITC SB RAS, in cui, oltre al biocontrollo “reale”, è stato utilizzato il cosiddetto biocontrollo “imitazione” (falso). In altre parole, quando lo sviluppo della trama del gioco era del tutto casuale e non dipendeva dalle azioni del soggetto. Allo stesso tempo, i soggetti stessi non sapevano che in una delle serie di corsi di formazione virtuale non vi era alcun feedback reale.

Valutando l'efficacia del risultato ottenuto in questo gioco, i soggetti possono essere divisi in due gruppi. Il primo di essi ha dimostrato strategie di autoregolamentazione più efficaci in presenza di un feedback reale rispetto al caso del biocontrollo "falso". Inoltre, anche in quest'ultimo caso, i soggetti sono riusciti, dopo diversi tentativi infruttuosi, ad ottenere un rallentamento della frequenza cardiaca.

Il secondo gruppo ha dimostrato una strategia di autoregolamentazione meno efficace: anche nella fase “reale”, questi soggetti sono riusciti solo parzialmente a raggiungere il loro obiettivo. In assenza di feedback, è stata osservata una ricerca intensa e “caotica” di una soluzione, che si è espressa in un aumento della diffusione dei valori dell'intervallo degli impulsi.

Tuttavia, entrambi questi gruppi di soggetti hanno mostrato una maggiore efficienza di autoregolazione con il biocontrollo reale che con la simulazione: il cervello ha distinto con successo la “verità” dalla “falsità”.

Va detto che sia il vero biocontrollo che la sua imitazione erano accompagnati da un quadro dinamico espressivo del lavoro di alcune formazioni cerebrali, espresso in un cambiamento nel volume di attivazione e nella ridistribuzione delle zone di attività. L'intera superficie della corteccia cerebrale è stata effettivamente coinvolta nel processo, e la stragrande maggioranza delle zone corticali coinvolte nella simulazione e nell'allenamento reale si intersecavano ed in entrambi i casi erano caratterizzate da valori massimi di attivazione. Tuttavia, va notato che nella modalità di simulazione del biofeedback, un certo numero di strutture cerebrali sono diventate molto più attive che nel biofeedback reale: nuovi insiemi neurali sono comparsi nel cervelletto, nel giro fusiforme e in altre parti del cervello.

GIOCHI VINCENTI-PERDENTI Gli specialisti dell'Istituto di biologia molecolare e biofisica della filiale siberiana dell'Accademia russa delle scienze mediche (Novosibirsk) e della società di ricerca e produzione di Novosibirsk "Computer Biofeedback Systems" creano un prodotto unico: giochi per computer, la cui trama competitiva è controllata dalle caratteristiche fisiologiche del corpo umano (temperatura, polso, respirazione, biocorrenti del cervello e dei muscoli).


La tecnologia del "biofeedback dei giochi per computer" si basa sui meccanismi naturali di autoregolazione delle funzioni del corpo umano. Allo stesso tempo, a causa della natura competitiva, viene eliminata la monotonia della procedura di apprendimento: una trama affascinante motiva il soggetto, suscitando in lui un interesse emotivo per il risultato e contribuendo così ad un apprendimento più efficace delle capacità di autoregolamentazione.
Poiché per ottenere una vittoria è necessario che il soggetto del test prenda decisioni non banali, un gioco del genere può essere qualificato come un'attività di apprendimento creativo, la cui attrattiva risiede nell'imprevedibilità del risultato finale. Poiché ogni successivo tentativo di gioco si basa sul risultato di quello precedente, il biofeedback del gioco diventa la chiave per l'automiglioramento del soggetto, un impulso alla ricerca di nuove efficaci strategie di autoregolamentazione. E poiché il giocatore è motivato dal desiderio di vincere, è costretto a restare entro i limiti prescritti dal gioco e mantenere la calma.
I giochi creati sulla base della tecnologia del biofeedback possono essere utilizzati per risolvere un'ampia gamma di compiti medici e riabilitativi. Con il loro aiuto, è possibile valutare l'attuale stato psicofisiologico di una persona, inoltre, tale attività di gioco ha di per sé un pronunciato effetto antistress. Ma soprattutto, con l'aiuto di questa tecnologia, è possibile rivelare le potenziali risorse del corpo, che non sappiamo come utilizzare nella nostra vita ordinaria.

Se proviamo a descrivere il "percorso" più generale di attivazione delle strutture cerebrali durante il gioco, allora possiamo dire che dopo l'inizio, ampi campi corticali del cervello vengono inizialmente coinvolti nel lavoro, e tale "percorso cognitivo" termina nel cervelletto. Il coinvolgimento coerente delle strutture cerebrali nell'organizzazione di nuove reti neurali durante l'allenamento virtuale garantisce l'emergere di una nuova abilità e la sua successiva fissazione nel cervello. E in questo senso, tali opere sono in linea con una nuova tendenza nello sviluppo della società moderna, chiamata "gamification".

Efficace o giusto?

La psicologia è una delle aree più promettenti per l'uso della tecnologia di neuroimaging fMRI, perché questo campo scientifico è praticamente privo di idee sulla localizzazione (in senso anatomico) delle funzioni cognitive. Dopotutto, gli psicologi di solito ottengono le informazioni di base sul loro "legame territoriale" dalla comunicazione con pazienti a cui è stata rilevata strumentalmente una lesione cerebrale locale o a cui sono stati impiantati elettrodi intracerebrali da molto tempo.

In uno dei lavori di ricercatori americani, si è tentato di rispondere alla domanda sulla localizzazione delle strutture cerebrali progettate per classificare categorie cognitive come uguaglianza ed efficienza (Hsu Ming et al., 2008). In altre parole, strutture progettate per risolvere l'annoso dilemma: come agire: in modo efficiente o equo?

In un esperimento di gioco, i soggetti erano "seduti" al volante di un camion che trasportava cibo in una regione "affamata" del Sud Africa. Le condizioni erano le seguenti: se il soggetto segue rigorosamente le istruzioni e distribuisce il cibo equamente a ogni persona affamata, parte del carico si deteriorerà sicuramente lungo il percorso. Se trascuriamo la metà delle persone bisognose, la perdita di cibo diminuirà in modo significativo, ma, ovviamente, andrà a un numero inferiore di persone. Come procedere? Sacrificare la perdita di cibo o, guidati da una scelta “ragionevole”, lasciare la metà dei bisognosi senza speranza di aiuto?

Si è scoperto che la valutazione emotiva dell '"efficienza", dell'"equità" e del "beneficio generale" della decisione presa viene effettuata da tre diverse strutture cerebrali. La parte del cervello chiamata "guscio" (lat. putamen), è responsabile dell'efficienza, la corteccia dell '"isola" (lat. insula) tutela gli interessi della giustizia, mentre la misura cumulativa di efficienza e disuguaglianza, cioè l'utilità, è valutata dall'organo settale (lat. setto).

Questi risultati sono coerenti con i dati già disponibili secondo cui sono le strutture cerebrali di cui sopra a integrare le varie "variabili" mentali nell'emettere giudizi e valutazioni finali "orientati al sociale". Si può presumere che la soluzione finale del problema etico posto venga ottenuta confrontando segnali provenienti da diverse fonti e confrontandoli con l'esperienza retrospettiva, mentre nel processo cognitivo sono coinvolte anche altre aree del cervello.

Negli ultimi anni il numero di pubblicazioni dedicate a vari aspetti fondamentali e applicati della risonanza magnetica funzionale e ai problemi dell '"interfaccia cervello-computer" è cresciuto costantemente (soprattutto all'estero, in questo elenco non ci sono praticamente opere nazionali). Lo sviluppo di tecnologie appropriate apre contemporaneamente diverse applicazioni promettenti. Ad esempio, è stato possibile osservare le caratteristiche della circolazione sanguigna nel segmento cerebrale in uno stato attivato: ciò può essere utilizzato per monitorare determinate strutture cerebrali in caso di incidente cerebrovascolare (ictus) o nella scelta dei farmaci vascolari. .

Grandi prospettive sono aperte anche dallo sviluppo delle scienze cognitive, branca delle neuroscienze che studia i meccanismi di base del cervello: le “strategie mentali”, la loro localizzazione, le dinamiche, le modalità di utilizzo e di miglioramento nella vita quotidiana. La cosiddetta "stimolazione interattiva" consente di organizzare il feedback di apprendimento (trattamento) direttamente attraverso la struttura cerebrale "interessata". Visualizzando, ad esempio, il giro del cingolo o l'ippocampo, si ha la possibilità di avere una "conversazione diretta" con il cervello.

La risonanza magnetica funzionale è un potente strumento per raggiungere una comprensione qualitativamente nuova dell'organizzazione del cervello e delle caratteristiche dell'attività nervosa superiore dell'uomo e degli animali. L'introduzione delle tecnologie fMRI in varie aree dell'attività umana - neuromarketing, casting professionale, valutazione dell'efficacia dei programmi educativi, "rilevamento" di bugie, ecc., avrà un enorme impatto sull'ulteriore sviluppo non solo delle neuroscienze stesse, ma l'intera società nel suo insieme.

Letteratura

Kaplan A. Ya. Simbiosi neurocomputer: movimento con la forza del pensiero // SCIENZA in prima persona. 2012. N. 6 (48).

Shtark M. B., Korostyshevskaya A. M., Rezakova M. V., Savelov A. A. Risonanza magnetica funzionale e neuroscienze // Progressi nelle scienze fisiologiche, 2012. V. 43, n. 1. pp. 3-29.

Foto di M. A. Pokrovsky utilizzata nella pubblicazione

Se alle persone viene data l'opportunità di osservare in tempo reale ciò che sta accadendo nel loro cervello, impareranno rapidamente ad alleviare il dolore, migliorare il loro umore e disporre di capacità mentali senza precedenti. L’accesso a questo metodo può trasformare il mondo.

Questa idea è alla base di una nuova tecnica chiamata “fMRI in tempo reale” (fMRI - risonanza magnetica funzionale), scrive la BBC.

Impariamo a controllare emozioni, sentimenti e desideri ottenendo una risposta visiva sullo schermo alle nostre azioni, al modo esatto in cui applichiamo tecniche e trucchi psicologici. Alla fine è facile quasi quanto abbassare il volume dello stereo.

Con la pratica impari a controllare la tua mente, proprio come un bodybuilder allena i singoli gruppi muscolari.

Ciò apre la strada a un futuro in cui, con la fMRI in tempo reale, potremo allenare le nostre capacità mentali a un livello inimmaginabile.

Questo metodo è stato dimostrato per la prima volta nel 2005 durante uno studio in cui le persone venivano addestrate a controllare il dolore.

Otto volontari sono stati inseriti in uno scanner MRI e hanno avuto la sensazione di avere una bruciatura sulla pelle. A questo punto è stata mostrata loro una fiamma sul monitor, che rappresentava il processo nella regione del cervello responsabile delle reazioni dolorose.

Con l'aiuto di varie tecniche cognitive, i partecipanti all'esperimento hanno imparato rapidamente a controllare la dimensione della fiamma, cosa che li ha aiutati a regolare il grado di stimolazione elettrica della zona dolorante sulla loro pelle.

Sorprendentemente, in soli 13 minuti dell'esperimento, i partecipanti hanno acquisito la capacità di modificare facilmente la dimensione della fiamma e, di conseguenza, sono riusciti a ridurre il dolore di oltre il 50%.

Da allora, il numero di studi di questo tipo che utilizzano la fMRI in tempo reale è cresciuto in modo esponenziale. Quasi ogni mese vengono segnalati sempre più nuovi metodi di applicazioni cliniche e sperimentali.

Ai ricercatori viene ora offerta l'opportunità di valutare ciò che sta accadendo nel loro cervello non solo con l'aiuto di immagini, ma anche di suoni e persino di temperatura (attraverso occhiali per realtà virtuale). Il metodo ha già ricevuto un altro nome: neurofeedback.

Uno studio del 2017 pubblicato sulla rivista Appetite mostra come la fMRI in tempo reale può aiutare a combattere l’obesità.

Nel corso di quattro giorni, gli uomini in sovrappeso hanno imparato a controllare le aree del cervello associate ai sentimenti di appagamento e ricompensa, allenando il loro cervello a fare scelte alimentari più sane e meno rischiose.

Un altro studio di quest'anno ha scoperto che se addestrati a controllare una parte specifica della corteccia prefrontale (l'area associata al comportamento dei pazienti con ADHD, disturbo da deficit di attenzione e iperattività), gli adolescenti addestrati possono ridurre autonomamente i sintomi dell'ADHD e sviluppare la capacità di concentrazione.

Inoltre, le capacità acquisite durante l'allenamento vengono preservate dopo 11 mesi, il che conferma l'effetto a lungo termine dell'allenamento e i cambiamenti nel cervello che si sono verificati in relazione ad esso.

Uno studio del 2016 ha scoperto che le persone anziane possono utilizzare questa tecnica per migliorare le proprie capacità cognitive attenuate dall’età. Allo stesso modo, i giovani possono stimolare il loro cervello.

Uno studio del 2015 su adulti sani ha scoperto che l’apprendimento con qualcosa chiamato neurofeedback aiuta a migliorare la capacità di concentrazione e a ridurre le distrazioni.

Altri studi recenti hanno trovato l’uso di questa tecnica nel trattamento della depressione, dell’ansia, del disturbo da stress post-traumatico nei veterani militari e persino della dipendenza dal fumo.

Uno studio condotto da James Salzer dell'Università del Texas ad Austin ha dimostrato che le persone possono imparare a regolare il livello del neurotrasmettitore dopamina, che può essere usato per trattare il morbo di Parkinson.

Quanto è grande il potenziale di apprendimento con il neurofeedback se ognuno di noi può controllare completamente il proprio cervello?

Nel complesso, la ricerca mostra chiaramente che questa tecnologia può essere utilizzata in milioni di casi. Ma quanto durerà il suo effetto e quanto è pratico? Non è ancora possibile dirlo esattamente.

La fMRI in tempo reale richiede apparecchiature costose e ingombranti, che attualmente vengono utilizzate principalmente in casi urgenti e gravi.

Tuttavia, come sappiamo, la tecnologia non si ferma. È del tutto possibile che molto presto appariranno scanner fMRI più economici e più piccoli.

Se anche poche sessioni da 10 minuti portano ad un risultato statisticamente significativo, cosa accadrà dopo 10mila ore di allenamento?

E poi un enorme mondo di nuove opportunità si aprirà davanti all'umanità.
Immagina un atleta che si allena senza vedere il proprio corpo e non avere idea del peso del bilanciere.
Ci troviamo più o meno nella stessa posizione adesso, non vediamo cosa succede nel nostro cervello quando soffriamo, quando abbiamo freddo, quando siamo di cattivo umore, quando siamo disperati, quando piangiamo o ci rallegriamo...

Quindi, quanto è grande il potenziale di apprendimento con la fMRI in tempo reale? Cosa otterremo se ognuno di noi potrà dedicare tempo ogni giorno all'allenamento della coscienza - e così per mesi e anni?
Se anche poche sessioni da 10 minuti portano ad un risultato statisticamente significativo, cosa accadrà dopo 10mila ore di allenamento?

Il metodo fMRI in tempo reale può essere una scorciatoia per ottenere, ad esempio, ciò che i monaci tibetani impiegano anni di duro lavoro con la mente, asciugando un asciugamano bagnato con il calore del corpo in un vento gelido, o gli yogi indiani, che possono completamente bloccare la sensazione di dolore nel corpo.

Naturalmente, non si può ancora dire nulla con certezza, ma è del tutto possibile che stiamo parlando di raggiungere superpoteri mentali.

Il metodo noto come MRI funzionale è stato sviluppato solo di recente e non è stato ancora ampiamente utilizzato nello studio della psicopatologia. Inizialmente, il metodo MRI è stato creato e utilizzato per studiare la struttura del cervello e non la sua attività. Nella ricerca su quest'ultimo, gli specialisti hanno dovuto fare affidamento sulla scansione PET, il cui svantaggio fondamentale era la costosa necessità di un vicino ciclotrone che producesse isotopi radioattivi ionizzanti. Anche la necessità di introdurre particelle ionizzanti, seppure di breve durata, nel corpo del paziente ha allarmato molti medici. A metà degli anni '80 divenne chiaro che una modifica della tecnica MRI avrebbe significato un enorme passo avanti nello studio sia dell'anatomia che del funzionamento del cervello. Una svolta che molti scienziati considerano la più rivoluzionaria nella storia delle tecniche di imaging è stata realizzata all’inizio degli anni ’90; la sua descrizione appare nella lettera di Harvard Heath.

I meccanismi specifici alla base della valutazione fMRI, diversi da quelli contenuti nella MRI, sono concetti tecnici troppo ristretti per essere trattati in modo più dettagliato. In breve, la fMRI misura molto spesso i cambiamenti nel contenuto locale di ossigeno in aree specifiche del tessuto cerebrale. A loro volta dipendono dall'attività dei neuroni in queste aree. In questo modo è possibile "mappare" l'attività psicologica attuale - sensazioni, immagini e pensiero, identificando aree specifiche del cervello in cui si svolgono i processi neurofisiologici responsabili di tale attività. Il fattore tempo è cruciale nella misurazione della variazione del contenuto di ossigeno, quindi l'avvento della fMRI ha richiesto lo sviluppo di dispositivi ad alta velocità per la registrazione del processo e l'analisi computerizzata dei dati in arrivo. Sono ora disponibili e porteranno senza dubbio a grandi progressi nella ricerca che utilizza l’imaging funzionale di individui affetti da disturbi.

Tuttavia, finora sono stati pubblicati pochi lavori dedicati alle malattie mentali e la maggior parte della ricerca viene svolta nel campo della mappatura della corteccia visiva del cervello. Si ritiene che quest'area sia coinvolta nell'elaborazione di stimoli visivi in ​​rapido movimento e pertanto questi studi potrebbero fornire importanti indizi sull'origine dei disturbi della lettura.

Uno studio recentemente pubblicato, eseguito su piccoli campioni, ha riportato un'attività anormalmente elevata in diverse aree del cervello in soggetti affetti da disturbo ossessivo compulsivo quando esposti a stimoli "provocatori", come dover prendere un asciugamano "sporco". Sfortunatamente, anche il minimo movimento della testa durante le fasi critiche dello studio può impedire un’adeguata registrazione fMRI. Molti pazienti con disturbi psichiatrici mostrano grande tensione e agitazione, soprattutto se esposti a fattori di stress. Inoltre, i compiti nella ricerca sulla salute mentale spesso comportano risposte fisicamente impossibili se il paziente non è in grado di muovere la testa.

Recentemente, diversi scienziati hanno utilizzato la fMRI per identificare aree di funzionamento aberrante nel cervello della schizofrenia. Ad esempio, è stata notata una connessione tra la presenza di allucinazioni uditive in pazienti con diagnosi di schizofrenia e l'attivazione di centri cerebrali presumibilmente responsabili della percezione della parola.