ФМРТ-КОРРЕЛЯТЫ БИОУПРАВЛЕНИЯ С ФИКСИРОВАННОЙ И СВОБОДНОЙ СТРАТЕГИЯМИ
Бесплатно
Основная коллекция
Издательство:
НИИ ноpмальной физиологии им. П.К. Анохина
Год издания: 2015
Кол-во страниц: 4
Дополнительно
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
ФМРТ-КОРРЕЛЯТЫ БИОУПРАВЛЕНИЯ С ФИКСИРОВАННОЙ И СВОБОДНОЙ СТРАТЕГИЯМИ Мельников М.Е.1, Савелов А.А.2, Штарк М.Б.1, Петровский Е.Д.2, Покровский М.А.1, Козлова Л.И.1 1ФГБНУ «Научно-исследовательский институт молекулярной биологии и биофизики» 2ФГБУН Институт «Международный томографический центр» СО РАН mikhail-melnikov@mail.ru Реферат: Проведена фиксация сигнала фМРТ у 13 условно здоровых людей в течение 2 10-минутных сеансов, сопряжённых с попытками произвольной активации моторной коры. В одном случае испытуемые были проинструктированы представлять сжатие кисти руки, в другом – им была предоставлена свобода в выборе наилучшей стратегии. При фиксированной стратегии отмечена активация как в областях мозга, связанных с реальным движением, так и билатерально во вторичной моторной коре и поясной извилине. При свободной стратегии достоверных кластеров активации не обнаружено. Ключевые слова: нейробиоуправление (НБУ), функциональная магнитнорезонансная томография (фМРТ), фМРТ в реальном времени (rtfMRI), первичная моторная область. * Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (№14-35-00020) Одним из важнейших приложений rt-fMRIявляется биоуправление [4], связанное с обучением испытуемых волевому контролю регионального кровотока в выбранной области головного мозга. Одним из любопытных методических вопросов является роль инструкции: следует ли предлагать испытуемым потенциально успешные стратегии или предоставить им полную свободу в их поиске. В работах [1;2] приводятся аргументы в поддержку наличия инструкций. В других, более поздних публикациях (например, [3]) продемонстрирована возможность обучения контролю сигнала фМРТ без предоставления чёткого руководства к действию. Sulzer et al.[4] добавляют, что пациенты могут игнорировать или недопонимать предписанную им стратегию. Цель настоящего исследования – сравнить паттерны активации головного мозга испытуемых, включённых в контур биоуправления с конкретной предписанной эффективной стратегией или с возможностью найти таковую самостоятельно. В данном случае речь идёт о сравнительно простой для управления области (первичной моторной коре) и об измерениях в пределах одного короткого сеанса. Методика исследования. Выборку составили 13 здоровых добровольцев (4 мужчин, 9 женщин, средний возраст 26,5±3,7 лет). Предварительная задача состояла в ритмичном сжатии в кисти правой руки резинового мячика и использовалась для индивидуальной локализации зоны мозга, связанной с этим движением. Далее уровень активности визуализировался в виде жёлтого круга, выведенного на экран на фоне среза головного мозга. Величина и насыщенность цвета круга зависели от локального кровотока в выбранной области. В одной из основных задач от испытуемых требовалось, ориентируясь на эту обратную связь, любым способом (кроме движений) увеличивать активность целевого региона. Вдругой – предлагалась
стратегия: представлять движение, которое выполнялось на предварительном этапе. Порядок основных задач рандомизировался. Исследование проведено на 1,5 Тл МР-томографе Philips Achieva Nova в МТЦ СО РАН. Анатомические изображения получены методом T1 TFE (256х256, 64 среза, воксел 1х1х2 мм); для фМРТ использовалась EPI последовательность (64х64, 32-35 срезов, воксел 4х4х4 мм, TR=3500 мс, ТЕ=50 мс). Изображения приведены к координатному пространству Montreal Neurological Institute. Исследованы активации в ходе различных задач, а также реализованы их сравнения друг с другом (t–критерий). Принимались различия приp<0,05 с поправкой FDR.Результаты представлены в виде кластеров достоверно активированных вокселов. Результаты исследования. В ходе предварительной задачи испытуемые предсказуемо активировали один крупный кластер (2813 вокселов, координаты пика –38 –22 54, T=9,3), захвативший преимущественно левую G. postcentralis (1519), G. precentralis (876) и G. parietalis inferior (251). Большинство активированных в условиях биоуправления с фиксированной стратегией областей также объединялись в один кластер (4943 воксела, координаты пика –10 63 8, T=8,2). К нему относились такие структуры, как левая G. precentralis (1026), G. parietalis inferior (421) и superior (102), G. postcentralis (406), G. frontalis superior (367) и medius (110). Этот же кластер включал билатерально активированные вторичную моторную область (слева – 1012, справа – 704) и среднюю часть G. cinguli (слева – 324, справа – 174). Кластеров достоверной активации при биоуправлении со свободной стратегией не обнаружено. Таким образом, в случае rt-fMRI-тренинга активности первичной двигательной области один сеанс биоуправления с фиксированной стратегией может быть более продуктивным, чем без таковой. Заметим, что для других регионов мозга, длительности курса и прочих условий результаты могут существенно отличаться. Литература: 1.Caria A., Veit R., et al. Regulation of anterior insular cortex activity using real-time fMRI. Neuroimage. 2007. V.35.P.1238–1246. 2.deCharms R.C., Maeda F. et al. Control over brain activation and pain learned by using real-time functional MRI. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2005. V.102.P.18626–18631. 3.Shibata K., Watanabe T., et al. Perceptual learning incepted by decoded fMRI neurofeedback without stimulus presentation. Science. 2011.V.334.P.1413–1415. 4.Sulzer J., Haller S., et al. Real-time fMRI neurofeedback: progress and challenges. NeuroImage. 2013. V.76.P.386–399. FMRI-CORRELATES OF BIOFEEDBACK WITH FIXED AND FREE STRATEGIES* Melnikov M.E.1, Savelov A.A.2, Shtark M.B1, Petrovsky E.D.2, Pokrovsky M.A.1, Kozlova L.I.1
1FSBSI "Research Institute for Molecular Biology and Biophysics" 2FSBSI "International Tomography Center" SB RAS mikhail-melnikov@mail.ru Abstract: The fixation of fMRI signal was carried out in 13 conditionally healthy people during 2 10-minutes sessions which were associated with the attempts of voluntary activation of the motor cortex. In one case the subjects were instructed to imagine the compression of their hand, in the other case they were free to choose the best strategy. For the fixed strategy activation was detected both in the brain areas associated with the real movement and bilaterally in the secondary motor cortex and cingulate gyrus. For the free strategy significant activation clusters were not found. Keywords: neurobiofeedback (NBF), functional magnetic resonance tomography (fMRI), real time fMRI (rt-fMRI), primary motor area. * This work was financially supported by the Russian Science Foundation (project # 14-35-00020) One of the major applications of rt-fMRI is biofeedback [4] which relates to training subjects to volitionally control the regional blood flow in a selected area of the brain. One of the interesting methodological problems is the role of instructions: whether to offer the subjects a potentially successful strategy or to give them a freedom in their search. In [1, 2] the arguments for providing the instructions were presented. Later publications (e.g. [3]) demonstrated the possibility of learning to control fMRI signal without providing clear instructions. Sulzer et al. [4] added that patients may ignore or misunderstand the suggested strategy. The aim of this study is to compare brain activation patterns of the subjects’ included in the biofeedback contour with a specifically prescribed effective strategy or the chance to find it on their own. In this case we are talking about the area that is relatively easy to control (the primary motor cortex), and the measurement within a single short session. Methods. 13 healthy volunteers (4 men, 9 women, mean age 26,5±3,7 years old) were included into the study. The introductory task was to squeeze rhythmically a rubber ball in the right hand, in order to localize the individual area of the brain associated with this movement. Further, the level of activity was visualized as a yellow circle displayed on the background of the brain slice. Size and color intensity depended on the local blood flow in the selected area. One of the basic tasks for the subjects suggested to increase the activity of the target region in any way (except motions) by focusing on this feedback. The other task proposed a strategy: to imagine the movement that was performed at the introductory stage. The order of the basic tasks was randomized. The study was performed on 1.5 Tl MR scanner Philips Achieva Nova in ITC SB RAS. Anatomical images were obtained by T1 TFE (256x256, 64 slice, voxel 1х1х2 mm); fMRI was used for EPI-sequence (64x64, 32-35 slices, voxel 4x4x4 mm, TR = 3500 ms, TE = 50 ms). The images were modified according to the Montreal Neurological Institute coordinate space. Activations during different tasks were studied, and their comparing with each other (t-test) was realized. The p<0.05 differences
were accepted with FDR correction. Results were presented in the form of clusters of significantly activated voxels. Results. During the introductory task the subjects predictably activated one large cluster (2813 voxels, peak coordinates -38 -22 54, T=9,3) that occupied mostly left G. postcentralis (1519), G. precentralis (876), and G. parietalis inferior (251). Most areas activated during a biofeedback with fixed strategy also were combined into a single cluster (4943 voxels, peak coordinates -10 63 8, T=8,2). It included the following structures: left G. precentralis (1026), G. parietalis inferior (421) and superior (102), G. postcentralis (406), G. frontalis superior (367) and medius (110). The same cluster included bilaterally activated secondary motor area (on the left - 1012, on the right - 704) and middle part of G. cinguli (on the left – 324, on the right – 174). No clusters with significant activation for the free strategy biofeedback were detected. Thus, in case of rt-fMRI-training of the primary motor area activity one session of biofeedback with a fixed strategy can be more productive than without it. Note that for other regions of the brain, duration of the course and other conditions the results may differ significantly. References: 1.Caria A., Veit R., et al. Regulation of anterior insular cortex activity using real-time fMRI. Neuroimage. 2007. V.35.P.1238–1246. 2.deCharms R.C., Maeda F. et al. Control over brain activation and pain learned by using real-time functional MRI. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2005. V.102.P.18626–18631. 3.Shibata K., Watanabe T., et al. Perceptual learning incepted by decoded fMRI neurofeedback without stimulus presentation. Science. 2011.V.334.P.1413–1415. 4.Sulzer J., Haller S., et al. Real-time fMRI neurofeedback: progress and challenges. NeuroImage. 2013. V.76.P.386–399. DOI:10.12737/12416 ВЛИЯНИЕ ПИНЕАЛОНА НА НЕЙРОХИМИЧЕСКИЕ И ПОВЕДЕНЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ У КРЫС РАЗНОГО ВОЗРАСТА В МОДЕЛЯХ ГИПОКСИИ МОЗГА А.М. Менджерицкий, Г.В. Карантыш, , М.П. Фоменко, В.Н. Прокофьев ФГАОУ ВО «Южный федеральный университет» karantyshgv@mail.ru В данной работе представлены результаты анализа влияния пинеалона и кортексина (препарата сравнения) на поведение и нейрохимические показатели крыс. Нарушение поведения в модели острой гипоксии зависит от возраста животного. В отличие от кортексина введение пинеалона 3-4месячным крысам перед острой гипоксией способствует снижению времени сна. У 18-месячных крыс введение пинеалона перед острой гипоксией влияет на мотивационное поведение и релаксированное бодрствование. Установлены особенности влияния пинеалона на содержание норадреналина и