Как измерить количество белого вещества в мозге при помощи МРТ?

На очередном заседании семинара GAMES ведущий научный сотрудник Софья Куликова представила свое исследование и одновременно с этим провела научно-популярную лекцию про структуру мозга человека.

Что такое белое вещество в мозге и для чего оно необходимо?

В нашем мозге нервные клетки (нейроны) общаются между собой посредством электрических импульсов, передаваемых по нервным волокнам. Белое вещество головного мозга – это проводящие нервные волокна, покрытые особой электроизолизующей оболочкой, называемой миелиновой. Благодаря миелину нервные импульсы проводятся приблизительно в 5—10 раз эффективнее с точки зрения скорости и затрачиваемой энергии, чем по нервным волокнам, не имеющим такой миелиновой изоляции.

Что такое МРТ?

МРТ (Магнитно-Резонансная Томография) – это метод визуализации и исследования внутренних органов и тканей, в том числе головного мозга, основанный на измерении электромагнитной реакции атомных ядер после их возбуждения определенной последовательностью электромагнитных волн в постоянном магнитном поле высокой напряженности. В каждом участке исследуемого органа, в нашем случае мозга, измеряемые параметры зависят от конкретных локальных биохимических свойств и могут изменяться в ходе различных процессов (развития, старения, обучения, болезни и т.д.)

Почему важно измерить количество белого вещества в мозге?

Так как миелин обеспечивает эффективную передачу сигналов между отдельным нервными клетками, то оно критически необходимо для нормальной работы головного мозга. Заболевания, связанные с недостаточным образованием миелина в ходе нарушений развития мозга или с его разрушением, например, при рассеянном склерозе, имеют очень тяжёлые последствия, приводящие к инвалидности и/или гибели больных. Поэтому разработка численных методов оценки содержания миелина в головном мозге очень важна для оценки нормального развития головного мозга, состояния его здоровья и эффективности предлагаемых новых методов лечения различных заболеваний белого вещества.

Почему современные способы подсчета не оптимальны?

Современные методы магнитно-резонансной томографии (МРТ) позволяют проводить оценку содержания белого вещества, вычисляя отношение между объемом воды, заключенном внутри миелиновой оболочки, и всем имеющимся объемом воды в тканях головного мозга. Однако сегодня такие подходы могут применяться только в научных исследованиях и не находят своего клинического применения, так как требуют очень большого времени записи данных и их последующего анализа.

Исследование Софьи Куликовой предлагает новый способ измерения количества белого вещества. Подробнее с ним можно ознакомиться в статье «A New Strategy for Fast MRI-Based Quantification of the Myelin Water Fraction: Application to Brain Imaging in Infants», которая принята к печати  в PLOS One — один из ведущих мировых журналов по биологии и медицине.