CC BY
43
Достижения современной лучевой диагностики в клинической практике, г. Томск, 27—28 сентября 2012 г.
Функциональная магнитно-резонансная томография в исследовании динамического картирования головного мозга и когнитивного управления виртуальным игровым сюжетом
1 7 Л -J 1
Резакова М.В. , Мажирина К.Г. ' , Покровский М.А. ' , Савелов А.А. , Савелова О.А. , Штарк М.Б. '
Functional magnetic-resonance tomography in investigation of dynamic brain mapping and cognitive control of virtual gameplay
Rezakova M. V., Mazhirina K. G., Pokrovsky M.A., Savelov A.A., Savelova O.A., Shtark M.B.
1 Институт «Международный томографический центр» СО РАН, г. Новосибирск
2 НИИ молекулярной биологии и биофизики СО РАМН, г. Новосибирск
3 НПФ «Компьютерные системы биоуправления», г. Новосибирск
© Резакова М.В., Мажирина К.Г., Покровский М.А. и др.
Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) — прижизненное неинвазивное динамическое исследование активных мозговых структур в момент их деятельности, базирующееся на различии в магнитном поле свойств оксигемоглобина — носителя кислорода и дезоксигемоглобина — продукта, образующегося в паренхиме мозга. Эти соотношения отражает BOLD-феномен (blood oxygenation level independent) — маркер нейронной активности.
Сформированный мозговой механизм в виде совокупности распределенных вокселей — зон активности, проявляемый средствами фМРТ, является предметом настоящего исследования, посвященного ней-ровизуализации когнитивного управления
виртуальными игровыми сюжетами.
В исследовании приняли участие 16 человек (пра-ворукие добровольцы — мужчины от 20 до 33 лет) с высшим, неоконченным высшим образованием, не имевшие предварительного опыта саморегуляции и не знакомые с технологией биоуправления.
Исследования функциональной стереотопогра-фии когнитивно-мнестических действий проводи-
лись на приборе Achieva Nova Dual (Philips, Нидерланды) с индукцией магнитного поля 1,5 Тл. Основные рабочие Т2*-взвешенные изображения получены с помощью метода 3D Echo Planar Imaging (EPI) с матрицей 64 х 64 х 48, размером воксела 3 х 3 х 3 мм, время повторения TR 1 700 мс, время эха ТЕ 25 мс, что обеспечивало длительность сканирования одного кадра 5 с.
Выполнение обследуемым экспериментального задания предполагает чередование фаз активности и покоя, в связи с чем между игровыми попытками конструировались минутные периоды отдыха. На протяжении всего эксперимента регистрировалась длительность кардиоинтервалов (мс) — мишень произвольного управления.
Играющий волевым усилием управляет одним из аквалангистов, опускающихся на дно, с целью обогнать соперника, скорость которого — это скорость игрока, достигнутая в предыдущей попытке; чтобы победить, испытуемому нужно продемонстрировать развивающиеся навыки саморегуляции — научиться замедлять сердечный ритм.
РезаковаМ.В., МажиринаК.Г., Покровский М.А. и др. фМРТв исследовании динамического картирования головного мозга...
-45
4В
-35
-30
-25
-20
-15
У*
' 'М*
V
■10
-5 ^ 0 ^
5 - 10
О «
15 гЛЯ 20 Уш • ♦ /
»
V » ^ » ¥■
25
V
о
30 35 40
I «
С >
* ?
~ I
45 50
/ОАЛ
V * •
А *
55
Ч N Л>
До и после процедуры эксперимента испытуемый проходил психолого-диагностическое исследование, предполагавшее оценку его текущего психоэмоционального статуса по шкале реактивной тревожности (РТ) Ч.Д. Спилбергера и Ю.Л. Ханина; опроснику нервно-психического напряжения (НПН) Т.А. Немчина; методике измерения уровня тревожности Тейлора.
Анализ динамики психоэмоционального статуса испытуемых в ходе выполнения основного экспериментального задания показал, что ситуация исследования не несла отрицательной эмоциональной нагрузки, психологический статус испытуемых характеризуется низкими и средними значениями измеряемых свойств: средние баллы по методике НПН равны 51,3 и 50,7; уровень РТ 34,3 и 32,4 балла до и после соответственно.
Анализ материала, полученный у 16 испытуемых, каждый из которых не менее двух раз проходил сеанс обучения когнитивным управлением ЧСС, свидетельствует о следующей последовательности возникновения и развития зон активности.
Исходное состояние (так называемый дефолт) характеризуется предсуществованием в поле 37 по Брод-ману, а также активированных вокселей в средне -височной извилине с двух сторон.
Пик соревновательного сюжета (8—9-я попытка): рост числа и локализации зон активации структур коры: 19, 37, 39, 40, 47 по Бродману — увеличение числа активированных вокселей, их объемов, появление новых зон активации в корковых, мозжечковых и стволовых образованиях; среднетеменной, передне-лобной извилинах, симметричном прекунсусе. По мере развития игрового сюжета вовлекаются зоны активации в парацентральной, лобной и супрамар-гинальной зонах (5, 7, 40, 43 по Бродману), затылоч-но-теменных бороздах (37), парагиппокампальной, средней затылочной, височной и фузиформной извилинах, поясной извилине (зоны Бродмана 23, 24). Наконец, зоны активности возникают симметрично в полушариях мозжечка (черве, миндалине, пирамиде, скате) (рисунок).
Финиш: зоны активности сохраняются в симметричных полушариях: задних долях мозжечка, пирамидах, скате, средних лобных и затылочных извилинах. Размеры сохранившихся вокселей уменьшаются.
Таким образом, стартовая и финишная «территории», создаваемые управляемым игровым сюжетом, существенно отличаются друг от друга.
Основой участия мозжечка в когнитивных процессах, связанных с формированием в результате вир-
Материалы съезда лучевых диагностов Сибири
туального игрового медиатренинга системы согласованных и когнитивных навыков управления, являются его (мозжечка) двусторонние связи с ассоциативными зонами коры, преимущественно контрлатеральных полушарий мозга и с лимборетикулярным комплексом. Речь, видимо, идет о нисходящих и восходящих перекрещенных (двусторонних) кортикопонтоцере-беллярных трактах, т.е. об относительно изолированном существовании путей, идущих к моторной коре и префронтальным отделам мозга. Это обстоятельство, очевидно, определяет возможность автономного ре-
ципрокного взаимодействия когнитивных и двигательных функций.
Локализация динамики зон активности в мозжечке, корковых зонах Бродмана позволяет высказать предположение о том, что мозжечок здесь может выполнять роль модулятора когнитивных функций, регулируя 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.
Поступила в редакцию 24.05.2012 г.
Утверждена к печати 27.06.2012 г.
Для корреспонденции
E-mail: [email protected]
1 кор.
