МЕДИАТРЕНИНГ РАЗВИТИЯ НАВЫКОВ САМОРЕГУЛЯЦИИ И ЕГО НЕЙРОВИЗУАЛИЗАЦИЯ: ФМРТ-ИССЛЕДОВАНИЕ

МЕДИАТРЕНИНГ РАЗВИТИЯ НАВЫКОВ САМОРЕГУЛЯЦИИ
И ЕГО НЕЙРОВИЗУАЛИЗАЦИЯ: ФМРТ-ИССЛЕДОВАНИЕ

1,3К.Г. Мажирина, 1,3М.А. Покровский, 2А.А. Савелов, 1,3М.Б Штарк

1 НИИ молекулярной биологии и биофизики СО РАН, Новосибирск 

2 ФГУН НИИ Международный томографический центр СО РАН, Новосибирск

3НПФ «Компьютерные системы биоуправления», Новосибирск

Сегодня функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) является 
технологией, прочно вошедшей в медицинскую науку и практику. Вместе с 
тем процесс разработки инновационных вариантов её применения приносит 
все новые результаты. Используя достоинства технологии фМРТ, состоящие 
в 
on-line-визуализации 
процесса 
выполнения 
мозговых 
операций 
и 

определении их пространственной локализации, эту работу мы посвятили 
исследованию 
особенностей 
центральной 
организации 
процессов 

саморегуляции при помощи технологии игрового биоуправления, которую, в 
контексте 
исследования 
следует 
рассматривать 
как 
медиатренинг 

модификации деятельности физиологических систем организма, за счёт 
формирования новых и/или актуализации имеющихся нейронных сетей. 
Материалы и методы.
Исследования проводились на добровольцах после 

получения письменного согласия и инструкций этического комитета 
Института молекулярной биологии и биофизики; в них приняли участие 15 
здоровых мужчин в возрасте от 18 до 30 лет, имеющих высшее / 
неоконченное высшее образование, не обладающих предварительным опытом 
саморегуляции и не знакомых с технологией биоуправления. Использовались 
программно-аппаратный комплекс «БОС-Пульс» и игровой сюжет «Vira!» [1],
состоящий 
из 
15 
попыток. 
На 
протяжении 
всего 
эксперимента 

мониторировалась длительность кардиоинтервалов (RR в мс) –
«мишень» 

произвольного управления. Динамическое картирование проводилось на 
приборе Achieva Nova Dual (Филипс, Нидерланды) с индукцией магнитного 
поля 1.5 Т. Основные рабочие Т2*-взвешенные изображения получены с 
помощью метода 3D EPI (Echo Planar Imaging) с матрицей 64х64х32, 
размером воксела 4х4х4 мм, время повторения TR=3500 мс, время эха ТЕ=50 
мс. Кадр 3.5 сек. = TR. Статистическая обработка и получение фМРТ 
изображений выполнялись с помощью Matlab (Mathworks Inc.) + SPM8 
(Wellcome Trust Centre for Neuroimaging UC London), пакета Статистики
9.0.
Результаты. Ранее, в результате анализа динамики кардионтервалов в 
процессе решения задач игрового биоуправления, нами были выявлены шесть 
стратегий 
саморегуляции 
в 
режиме 
биоуправления 
[2]. 
Настоящее 

исследование показало устойчивость предложенной классификации. Анализ 
динамики вегетативных показателей в ходе игры и сопоставление её с 
данными фМРТ-исследования позволили визуализировать мозговой механизм в 
виде совокупности распределенных вокселей – зон активности (ЗА). Было 
показано, что «эпицентры» постепенно по мере формирования оптимальной 
когнитивной стратегии сосредотачиваются на корковой территории (зоны 
Бродмана) в мозжечке и стволовой области мозга. Здесь растет число ЗА, 
увеличивается их объем, что говорит о последовательном вовлечении новых 
и/или 
рекрутировании 
предсуществующих 
нейронных 
ансамблей 
(НА). 

Проекция медиатренинга на карте
архитектонических зон
коры БП по 

Бродману
выглядит 
следующим 
образом: 
на 
первом 
этапе 
это 

преимущественно 37 поле (ср. объем активации=30,8 вокселей), 2, 7, 39 и 
44 поля, второй и третий этапы характеризуются дальнейшим вовлечением 
ЗА структур коры в области 6, 9, 19, 22, 40 полей, на последующих 
этапах идет снижение объёмов активации, сохраняя их в 6, 7, 37 и 40 
полях. Т.о. основная активность наблюдается в отделах, ответственных за 
запоминание слов, понимание речи, оценку значения увиденного, а также 
целенаправленное 
внимание. 
На 
начальных 
этапах 
активированы 
ЗБ 

связанные 
с 
двигательным, 
зрительным
анализатором,
акустико
гностическим
центром
речи;
в
последующем
усиливается
активация
ЗБ

ответственных
за
функции
внимания,
а
также
премоторной
области,
в

которой,
как
известно,
формируется
план
и
последовательность

необходимых движений. Локализация динамики зон активности в мозжечке,
позволяет высказать предположение о том, что мозжечок здесь выполняет
роль
модулятора
когнитивных
функций,
влияя,
в
нашем
случае,
на

скорость,
силу,
ритм
и
точность
мышления
аналогично
перечню
свойств

регулирования
им же
двигательных
функций,
последовательно
развертывая

во
времени
программу
когнитивных
операций
в
игровом
режиме,

организованном адаптивной обратной связью.
Заключение.
Интегративная деятельность мозга в курсе медиатренинга 

игрового биоуправления, указывают на то, что формирование навыков 
саморегуляции психофизиологических функций сопровождается активацией 
сенсорных и высших интегративных структур коры (префронтальной и 
теменной), субкортикальных структур (мозжечок) и не исчерпывается лишь 
областями мозга, традиционно связанными с когнитивными действиями и 
операциям. В ходе обучения локализация ЗА смещается в сторону сенсорных 
областей мозга. 
Литература:
1. Мажирина К.Г., Джафарова О.А., Первушина О.Н. // Бюллетень сибирской 
медицины. 2010. Т. 9. № 2. С. 129-133.
2. Mark B. Shtark, Kseniya Mazhirina, Mariya Rezakova // Journal of 
Behavioral and Brain Science, 2014, 4, PP. 58-68.

THE MEDIA TRAINING FOR THE DEVELOPMENT OF SELF-REGULATION 

SKILLS

AND ITS NEUROIMAGING: FMRI-STUDY

1,3Mazhirina K.G., 3Pokrovskiy M.A., 2Savelov A.A., 1,3Shtark M.B.

1Research Institute
for Molecular Biology and Biophysics, SB RAMS, 

Novosibirsk

2Research Instititue "International Tomographic Centre", SB RAMS, 

Novosibirsk

3Company "Biofeedback Computer Systems", Novosibirsk

The contemporary functional magnetic resonance imaging (fMRI) is a 
technology closely related to the medical science and practice. The 
continuing process of further development of new ways of its 
application allows us to gain more and more data. Using the strong 

sides of the fMRI technology such as possibility of the online imaging 
of brain activity and its spatial localization, we devoted the current 
paper to investigation of the specialties of the central organization 
of the self-regulation processes supported by the game biofeedback, 
which may be considered as a media training leading to the modification 
of activity of various physiological systems by creating new or 
activating some of the existing neuronal networks.
Materials and Methods: The study was conducted on volunteers, after 
their written consent and instructions from the Ethics Committee of the 
Institute of Molecular Biology and Biophysics SB RAMS were obtained. 
Fifteen healthy men, aged 18 to 30 years, with higher/incomplete higher 
education and without any prior experience of self-regulation and 
unfamiliar with the technology of biofeedback, were involved
in the 

study. The hardware and software complex ‘BOS-Pulse’ and the game 
‘Vira!’ [1] were used, including 15 attempts. Dynamic mapping was 
carried out using the Achieva Nova Dual (Philips, the Netherlands) MRI 
system with the magnetic field induction equal to 1.5 T. The main 
working T2*-weighted images were obtained using the 3D EPI (Echo Planar 
Imaging) with the 64x64x32 matrix, voxel size of 4x4x4 mm, repetition 
time TR = 3500 ms, echo time TE = 50 ms, and frame 3.5 seconds = TR. 
Statistical analysis and obtaining the fMRI images was performed using 
the software package Matlab (Mathworks Inc.) + SPM8 (Wellcome Trust 
Centre for Neuroimaging UC London, Statistics 9.0 package.
Results: In the previous studies of the heart rate changes in subjects 
who underwent some game biofeedback sessions we revealed six basic 
strategies of self-regulation [2]. The current investigation supported 
our earlier results and proved the reliability of the suggested 
classification. The analysis of the dynamics of vegetative indicies 
during the game and its matching to the fMRI data allowed us to 
visualize the underlying cerebral network as a set of voxels in the 
areas of activation (AA). It was shown that the “epicenters” of the AAs 
were prone to shift into the cerebellum and the brainstem at the same 
time that optimal cognitive strategy was found by the subject. The 
growth of the AAs quantity and volume indicate the successive 
involvement of the “newborn” networks or/and recruiting the existing 
ones. The projection of mediatraining
onto the map of architectonic 

areas of the cortex, according to Brodmann, is as follows: it is mainly 
the 37th area during the first stage (average activation volume = 30.8 
voxels), areas 2, 7, 39 and 44, with the second and the third stages 
characterized
by further involvement of activation areas of the 

cortical structures of areas 6, 9, 19, 22 and 40. During the subsequent 
stages, the activation volumes decline and AA are maintained in areas 
6, 7, 37 and 40. Thus, the most significant activity was revealed in 
the areas associated with verbal memory, speech semantic processing, 
evaluation of the meaning of the seen objects, and with targeted 
attention. The Brodmann areas which were active on the initial stages 
were mostly ones involved in the visual perception, the semantic 
procession of the oral speech. On the further stages activation 
augmented in the Brodmann areas linked to the attention and in the 
premotor area, a well-known cerebral center of planning and defining 
the sequence of the future moving. The localization of the dynamics of 

the activity areas in the cerebellum allows us to hypothesize that the 
cerebellum acts here as a modulator of cognitive function, controlling, 
in this case, the speed, strength, rhythm and precision of thought, 
similar to the list of properties of the motor functions that it 
controls, sequentially deploying the program of cognitive operations in 
the gaming mode, organized by the adaptive feedback.
Conclusion: The integrative brain activity related to the course of the 
biofeedback media training points to the fact that developing of the 
skills of physiological functions self-regulation is accompanied by the 
activation of the sensory and associative (prefrontal and parietal) 
cortical areas, subcortical regions (the cerebellum) and is not limited 
to the cerebral structures that are traditionally considered as 
cognitive ones. During the learning to self-regulate the heart-rate AAs 
shifted to the sensory brain areas.
References:
1. Mazhirina К.G, Jafarova О.А., Pervushina O.N. // Bulletin of the 
Siberian medicine. 2010. V. 9. № 2. P. 129-133. 
2. Mazhirina К, Rezakova M, Mark B. Shtark  // Journal of Behavioral 
and Brain Science, 2014, 4, PP. 58-68.
DOI:10.12737/12412

РАЗРАБОТКА ВИРТУАЛЬНОЙ СРЕДЫ ДЛЯ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИ ОЦЕНКЕ 

СОСТОЯНИЯ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖАНИЯ РАВНОВЕСИЯ ЧЕЛОВЕКА

М.А. Медведев1, И.В. Толмачев2, Я.С. Пеккер3

1: Государственное бюджетное образовательное учреждение высшего 

профессионального образования «Сибирский государственный медицинский 

университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации

2: Федеральное государственное автономное образовательное учреждение 

высшего образования

«Национальный исследовательский Томский государственный университет»
3: федеральное государственное автономное образовательное учреждение 

высшего образования «Национальный исследовательский Томский 

политехнический университет»

ivantolm@mail.ru

Реферат.
Разработана динамическая виртуальная среда с возможностью
проведения 

тестов для оценки влияния зрительного анализатора на постуральную 
функцию. 
Разработана 
система, 
интегрирующая 
в 
себе 
виртуальное 

окружение пациента и безмаркерный захват движения. Разработана методика 
оценки функционального состояния вестибулярного аппарата, проведено 
исследование влияния виртуальной среды на равновесие человека
Ключевые слова: вестибулярный аппарат, постуральные тесты, оценка 
движений, виртуальная реальность.
Введение.
Проблемы сохранения равновесия, ориентации, координации движений в 
вертикальной стойке, ходьбе и других действиях в существующих условиях 
технического прогресса занимают всё более значительное место. Вождение