Сопоставление фМРТ-реакций мозга здоровых людей при активных, пассивных и воображаемых движениях рукой

Цель исследования: выявление особенностей структурного обеспечения работы мозга здоровых людей при двигательных нагрузках разной сложности. Материал и методы. У 20 здоровых праворуких людей проведена сравнительная оценка индивидуальных и групповых фМРТ-ответов (3Т) при активном, пассивном и воображаемом движении правой или левой рукой с использованием парного t-теста. Результаты. Выявлена большая локальность и воспроизводимость фМРТ-ответов при сжимании пальцев в кулак по сравнению с перебором пальцев, что позволяет рассматривать эту двигательную нагрузку как наиболее адекватную при исследовании больных с церебральной патологией. При работе левой рукой отмечается меньшая по сравнению с правой рукой интенсивность корковых ответов и большая активация подкорковых структур. При пассивной двигательной нагрузке по сравнению с активно выполняемым движением отмечается снижение объема активации мозга, наиболее резко выраженное в мозжечке и первичной моторной коре. Значительное сходство топографии основного коркового фМРТ-ответа при этих двигательных пробах позволяет рекомендовать использование пассивной двигательной парадигмы у больных с двигательными расстройствами и нарушением сознания. При воображаемых движениях по сравнению с реальными резко меняется соотношение активируемых структур мозга: отмечается ослабление фМРТ-ответов, наиболее резко выраженное в мозжечке и сенсомоторной области, при нарастании активации лобных отделов и структур ипсилатерального полушария. Выводы. Сравнительный анализ фМРТ ответов при выполнении разных двигательных задач позволил установить, что структурные особенности их обеспечения определяются степенью сложности исследуемых двигательных парадигм и разным включением моторных и когнитивных программ в их реализацию.

фМРТ, активные, пассивные, воображаемые движения рукой, fMRI, active, passive, imagined hand movements

1. Babiloni F., Babiloni C., Carducci F. et al. Multimodal integration of high-resolution EEG and functional magne tic resonance imaging data: a simulation study. NeuroImage. 2003. 19 (1): 1-15.

2. Campitelli G., Gober F., Parker A. Structure and stimulus familiarity: A study of memory in chess-players with functional magnetic resonance imaging. Spanish J. Psychol. 2005; 8 (2): 238-245.

3. Mulert C., Lemieux L. EEG-fMRI Physiological Basis, Technique and Applications. Berlin; Heidelberg: Springer-Verlag, 2010. 539 p.

4. Штарк М.Б., Коростышевская А.М., Резакова М.В., Савелов А.А. Функциональная магнитно-резонансная томография и нейронауки. Успехи физиологических наук. 2012; 43 (1): 3-29.

5. Болдырева Г.Н., Жаворонкова Л.А., Шарова Е.В. и др. фМРТ-ЭЭГ исследование реакций мозга здорового человека на функциональные нагрузки. Физиология человека. 2009; 35 (3): 20-30.

6. Болдырева Г.Н., Жаворонкова Л.А., Шарова Е.В. и др. ЭЭГ-фМРТ анализ функциональной специализации мозга человека в норме и при церебральной патологии. Медицинская визуализация. 2012; 1: 16-26.

7. Шарова Е.В., Мигалев А.С., Куликов М.А. и др. Сопоставление реактивных изменений ЭЭГ и фМРТ-характеристик мозга здорового человека на основе многомерной статистики. Журнал высшей нервной деятельности. 2012; 62 (20): 143-156.

8. Boldyreva G.N., Sharova E.V., Zhavoronkova L.A. et al. Structural-Functional Characteristics of Brain Functioning on Performance and Imagination of Motor Tasks in Healthy People (EEG and fMRI studies). Neuroscie. Behav.Physiol. 2014; 7: 731-739.

9. Болдырева Г.Н., Шарова Е.В., Жаворонкова Л.А. и др. фМРТ и ЭЭГ реакции мозга здорового человека при активных и пассивных движениях ведущей руки. Журнал высшей нервной деятельности. 2014; 64 (5): 488-499.

10. Шарова Е.В., Шендяпина М.В., Болдырева Г.Н. и др. Анализ индивидуальной вариативности фМРТ-ответов здоровых испытуемых при открывании глаз, двигательных и речевых нагрузках. Физиология человека. 2015; 41 (1): 5-16.

11. Galazzo I.B., Storti S.F., Formaggio E. et al. Investigation of brain hemodynamic changes induced by active and passive movements: a combined arterial spin labeling-BOLD fMRI study. J. Magn. Res. Im. 2014; 40 (4): 937-948.

12. Kim S., Jennings J.E., Strupp J.P. et al. Functional MRI of human motor cortices during overt and imagined finger movements. Int. J. Imaging Systems and Technol. 1995; 6: 271-279.

13. Roux F.E., Lotterie J.A., Cassol E. et al. Cortical areas involved in virtual movement of phantom limbs: comparison with normal subjects. Neurosurgery. 2003; 53 (6): 1342-1353.

14. Andre J.S. Motor imagery of complex everyday movements. An fMRI study. NeuroImage. 2007; 34: 702-713.

15. Yuan H., Liu T., Szarkowski R. et al. Negative covariation between task- related responses in alpha/beta bandactivity and BOLD in human sensorimotor cortex: EEG and fMRI study of motor imagery and movements. NeuroImage. 2010; 49 (3): 2596-2605.

16. Formaggio E., Storti S.f., Cerini R. et al. Brain oscillatjry activity during motor imagery in EEG-fMRI coregistration. Magn. Res. Imaging. 2010; 28 (10): 1403-1412.

17. Hermes D., Vansteensel M.J., Albers A.M. et al. Functional MRI based identification of brain areas involved in motor imagery for implantable brain-computer interfaces. J. Neural Eng. 2011; 8 (2): 328-349.

18. Castrop F., Dresel C., Hennenlotter A. et al. Basal ganglia-premotor dysfunction during movement imagination in Writer’s cramp mirrored, imagined and executed movements differentia. Mov. Disord. 2012; 27 (11): 1432-1439.

19. Фролов А.А., Бирюкова Е.В., Бобров П.Д. и др. Принципы нейрореабилитации, основанные на интерфейс мозг-компьютер. Физиология человека. 2013; 39 (2): 99-113.

20. Evans А., Collins D., Milner B. An MRI-based stereotactic atlas from 250 young normal subjects. J. Soc. Neurosci. Abstr. 1992; 18: 408.

21. Van de Winckel A., Kilngeis K., Bruyninckx F. et al. How does brain activation differ in children with unilateral cerebral palsy compared to typically developing children, during active and passive movements, and tactile stimulation? An fMRI study. Res. Dev. Disabil. 2013; 34 (1): 183-197.

22. Wu T., Liu J., Hallett M. et al. Cerebellum and integration of neural networks in dual-task processing. NeuroImage. 2013; 65: 466-475.

23. Лурия А.Р. Основы нейропсихологии. М.: Akademiya, 2002: 88-128.

24. Болдырева Г.Н., Жаворонкова Л.А., Шарова Е.В. и др. ЭЭГ-фМРТ оценка реакций на двигательные нагрузки при опухолевом поражении мозга. Физиология человека. 2010; 36 (5): 66-75.

25. Formaggio E., Storti S., Galazzo I. et al. Modulation of event-related desynchronization in robot-assisted hand performance: brain oscillatory changes in active, passive and imagined movements. Neuro Engineering and Rehabil. 2013; 10 (1): 24-34.