Постоянство плотности момента дипольного тока в различных структурах мозга и у разных видов: физиологическое ограничение для нейровизуализации

Хотя анатомические ограничения показали эффективность при решении обратной задачи для МЭГ и ЭЭГ, действенных физиологических ограничений по-прежнему нет. Силу генератора тока обычно описывают моментом эквивалентного диполя тока Q. Эта величина весьма вариабельна, поскольку зависит от размеров активной ткани. Напротив, плотность момента дипольного тока q, определяемая как Q на единицу площади поверхности активной коры, не зависит от размеров активной ткани. В настоящей работе мы изучали, имеет ли величина q физиологический максимум в различных структурах мозга и у разных видов. Мы определяли значение, обусловленное только первичным нейрональным током (q primary), с поправкой на искажения, связанные с условиями измерения, и на вторичные источники тока на границах между областями с различной электрической проводимостью. Полученные значения были одного порядка для мозжечка черепахи (0,56–1,48 нА·м/мм2), гиппокампа морской свинки (0,30–1,34 нА·м/мм2), неокортекса свиньи (0,18–1,63 нА·м/мм2), неокортекса крысы (~2,2 нА·м/мм2), неокортекса обезьяны (~0,40 нА·м/мм2) и неокортекса человека (0,16–0,77 нА·м/мм2). Таким образом, по-видимому, существует максимальное значение для различных структур мозга и видов (1–2 нА·м/мм2). Эмпирические значения хорошо совпадали с теоретическими, полученными с помощью нашей независимо валидированной модели нейронной сети (1,6–2,8 нА·м/мм2 для начального спайка и 0,7–3,1 нА·м/мм2 для вспышки), что указывает на неслучайный характер кажущегося постоянства. Наше модельное исследование показывает, что единое максимальное значение может существовать для широкого спектра структур мозга и видов, различающихся плотностью нейронов, благодаря фундаментальным электрическим свойствам нейронов. Максимальное значение q primary может служить эффективным физиологическим ограничением для обратных решений МЭГ/ЭЭГ.