Активація кори головного мозку при виконанні рухового завдання у осіб з гострим порушенням мозкового кровообігу

Автор(и)

  • Oleksii Omelchenko Навчально-науковий центр "Інститут біології та медицини" Київського національного університету імені Тараса Шевченка вул. Володимирська, 64/13, м. Київ, Україна, 01601, Україна https://orcid.org/0000-0002-0089-3166
  • Mykola Makarchuk Навчально-науковий центр "Інститут біології та медицини" Київського національного університету імені Тараса Шевченка вул. Володимирська, 64/13, м. Київ, Україна, 01601, Україна https://orcid.org/0000-0002-0982-3463

DOI:

https://doi.org/10.15587/2519-8025.2018.132992

Ключові слова:

головний мозок, гостре порушення мозкового кровообігу, функціональна МРТ, рухова зона кори

Анотація

Запропоновано аналіз особливостей гемодинамічної фМРТ відповіді при виконанні руху здоровими волонтерами і пацієнтами із гострим порушенням мозкового кровообігу (ГПМК) для оцінки можливості фМРТ картування кори головного мозку при гострому інсульті. Було досліджено п’ять груп пацієнтів: до першої групи належали 18 здорових волонтерів, другу групу склали 3 пацієнти із гострим інсультом, у яких вогнище ішемії було розташоване в області центральної борозни лівої півкулі, третя група складалася з 3 пацієнтів з ГПМК, у яких вогнище ішемії було розташоване в білій речовині лівої півкулі, четверта група складалася з 3 пацієнтів з ГПМК, у яких вогнище ішемії було розташоване в правій півкулі мозочка, до п’ятої групи ввійшли два пацієнти з ГПМК, у яких вогнище ішемії було розташоване в надкрайовій звивині лівої півкулі головного мозку. Під час фМРТ дослідження пацієнти виконували рухи правою рукою. Аналіз даних фМРТ був проведений методом загального лінійного моделювання за допомогою програмного забезпечення FSL. Загальні для всіх груп ділянки активації кори головного мозку були розташовані в контралатеральній первинній сенсомоторній корі, додатковій моторній ділянці та мозочку. Додаткові ділянки активації у пацієнтів із гострим інсультом були розташовані в іпсилатеральній сенсомоторній корі, лобно-тім’яній і премоторній корі, в обох півкулях мозочка і в субталамічних ядрах. Під час аудіо-моторної трансформації було знайдено обумовлену інсультом міграцію ділянок активації розташованих в надкрайовій звивині і вентральній премоторній корі, які відносяться до системи дзеркальних нейронів. Під час виконання рухового завдання спостерігалися зони активації прилеглі до гіперінтенсивних на дифузійно-зважених зображеннях (DWI) зонах ішемії. Але в точках найвищої інтенсивності DWI МР-сигналу фМРТ активації не було виявлено. Було виявлено кореляцію максимального зміни амплітуди BOLD сигналу і загального обсягу активації головного мозку у всіх групах. Було показано, що метод фМРТ дозволяє візуалізувати основні зони церебрального рухового контролю при їх ураженні внаслідок ГПМК. Виявлено, що церебральний контроль виконання руху при ГПМК вимагає залучення додаткових ділянок кори і підкірки. Продемонстровано, що при ГПМК зони фМРТ активації можуть спостерігатися поблизу вогнищ гіперінтенсивних на DWI

Біографії авторів

Oleksii Omelchenko, Навчально-науковий центр "Інститут біології та медицини" Київського національного університету імені Тараса Шевченка вул. Володимирська, 64/13, м. Київ, Україна, 01601

Аспірант

Кафедра фізіології та анатомії

Mykola Makarchuk, Навчально-науковий центр "Інститут біології та медицини" Київського національного університету імені Тараса Шевченка вул. Володимирська, 64/13, м. Київ, Україна, 01601

Доктор біологічних наук, професор

Кафедра фізіології та анатомії

Посилання

  1. Omel’chenko, A. N., Makarchuk, N. E. (2017). fMRI Visualization of Functional Patterns of Neural Networks during the Performance of Cyclic Finger Movements: Age-Related Peculiarities. Neurophysiology, 49 (5), 372–383. doi: http://doi.org/10.1007/s11062-018-9697-3
  2. Purves, D., Augustine, G. J., Fitzpatrick, D., Hall, W. C., LaMantia, A.-S., White, L. E. (Eds.) (2012). Neuroscience. Sunderland: Sinauer Associates, 759.
  3. Flanders, M. (2011). What is the biological basis of sensorimotor integration? Biological Cybernetics, 104 (1-2), 1–8. doi: http://doi.org/10.1007/s00422-011-0419-9
  4. Iacoboni, M., Woods, R. P., Brass, M., Bekkering, H., Mazziotta, J. C., Rizzolatti, G. (1999). Cortical mechanisms of human imitation. Science, 286 (5449), 2526–2528. doi: http://doi.org/10.1126/science.286.5449.2526
  5. Gazzola, V., Keysers, C. (2008). The Observation and Execution of Actions Share Motor and Somatosensory Voxels in all Tested Subjects: Single-Subject Analyses of Unsmoothed fMRI Data. Cerebral Cortex, 19 (6), 1239–1255. doi: http://doi.org/10.1093/cercor/bhn181
  6. Warren, J. E., Wise, R. J. S., Warren, J. D. (2005). Sounds do-able: auditory–motor transformations and the posterior temporal plane. Trends in Neurosciences, 28 (12), 636–643. doi: http://doi.org/10.1016/j.tins.2005.09.010
  7. Kuznetsova, S., Kuznetsov, V., Vorobey, M. (2005). Tiotsetam influence on CNS functional state of the patients undergone stroke. The news of medicine and pharmacy, 2, 6–7.
  8. Zozulya, I., Zozulya, A. (2011). The epidemiology of cerebrovascular diseases in Ukraine. Annuals of Ukrainian medicine, 5. Available at: https://www.umj.com.ua/article/19153/epidemiologiya-cerebrovaskulyarnix-zaxvoryuvan-v-ukraini
  9. Weimar, C., Kurth, T., Kraywinkel, K., Wagner, M., Busse, O., Haberl, R. L., Diener, H.-C. (2002). Assessment of Functioning and Disability After Ischemic Stroke. Stroke, 33 (8), 2053–2059. doi: http://doi.org/10.1161/01.str.0000022808.21776.bf
  10. Lai, S.-M., Studenski, S., Duncan, P. W., Perera, S. (2002). Persisting Consequences of Stroke Measured by the Stroke Impact Scale. Stroke, 33 (7), 1840–1844. doi: http://doi.org/10.1161/01.str.0000019289.15440.f2
  11. Gusev, E., Skvortsova, E., Martynov, M. (2003). Cerebral stroke: problems and solutions. Annals of RAMS, 11, 44–48.
  12. Van Heerden, J., Desmond, P. M., Phal, P. M. (2014). Functional MRI in clinical practice: A pictorial essay. Journal of Medical Imaging and Radiation Oncology, 58 (3), 320–326. doi: http://doi.org/10.1111/1754-9485.12158
  13. Srinivasan, A., Goyal, M., Azri, F. A., Lum, C. (2006). State-of-the-Art Imaging of Acute Stroke. RadioGraphics, 26, 75–95. doi: http://doi.org/10.1148/rg.26si065501
  14. Altamura, C., Reinhard, M., Vry, M.-S., Kaller, C. P., Hamzei, F., Vernieri, F. et. al. (2009). The longitudinal changes of BOLD response and cerebral hemodynamics from acute to subacute stroke. A fMRI and TCD study. BMC Neuroscience, 10 (1), 151. doi: http://doi.org/10.1186/1471-2202-10-151
  15. Jackman, K., Iadecola, C. (2015). Neurovascular Regulation in the Ischemic Brain. Antioxidants & Redox Signaling, 22 (2), 149–160. doi: http://doi.org/10.1089/ars.2013.5669
  16. Schlaug, G., Siewert, B., Benfield, A., Edelman, R. R., Warach, S. (1997). Time course of the apparent diffusion coefficient (ADC) abnormality in human stroke. Neurology, 49 (1), 113–119. doi: http://doi.org/10.1212/wnl.49.1.113
  17. Friston, K. J., Holmes, A. P., Worsley, K. J., Poline, J.-P., Frith, C. D., Frackowiak, R. S. J. (1994). Statistical parametric maps in functional imaging: A general linear approach. Human Brain Mapping, 2 (4), 189–210. doi: http://doi.org/10.1002/hbm.460020402
  18. Logothetis, N. K. (2008). What we can do and what we cannot do with fMRI. Nature, 453 (7197), 869–878. doi: http://doi.org/10.1038/nature06976
  19. Van Gelderen, P., Ramsey, N. F., Liu, G., Duyn, J. H., Frank, J. A., Weinberger, D. R., Moonen, C. T. (1995). Three-dimensional functional magnetic resonance imaging of human brain on a clinical 1.5-T scanner. Proceedings of the National Academy of Sciences, 92 (15), 6906–6910. doi: http://doi.org/10.1073/pnas.92.15.6906
  20. Zarahn, E., Alon, L., Ryan, S. L., Lazar, R. M., Vry, M.-S., Weiller, C. et. al. (2011). Prediction of Motor Recovery Using Initial Impairment and fMRI 48 h Poststroke. Cerebral Cortex, 21 (12), 2712–2721. doi: http://doi.org/10.1093/cercor/bhr047
  21. Jueptner, M., Weiller, C. (1995). Review: Does Measurement of Regional Cerebral Blood Flow Reflect Synaptic Activity?–Implications for PET and fMRI. NeuroImage, 2 (2), 148–156. doi: http://doi.org/10.1006/nimg.1995.1017
  22. Moonen, C. T. W., Bandettini, P. A. (2000). Functional MRI. Medical radiology. New York: Springer, 575. doi: http://doi.org/10.1007/978-3-642-58716-0
  23. Sibson, N. R., Dhankhar, A., Mason, G. F., Rothman, D. L., Behar, K. L., Shulman, R. G. (1998). Stoichiometric coupling of brain glucose metabolism and glutamatergic neuronal activity. Proceedings of the National Academy of Sciences, 95 (1), 316–321. doi: http://doi.org/10.1073/pnas.95.1.316
  24. Rijntjes, M., Dettmers, C., Buchel, C., Kiebel, S., Frackowiak, R. S. J., Weiller, C. (1999). A Blueprint for Movement: Functional and Anatomical Representations in the Human Motor System. The Journal of Neuroscience, 19 (18), 8043–8048. doi: http://doi.org/10.1523/jneurosci.19-18-08043.1999
  25. Mintzopoulos, D., Khanicheh, A., Konstas, A. A., Astrakas, L. G., Singhal, A. B., Moskowitz, M. A. et. al. (2008). Functional MRI of Rehabilitation in Chronic Stroke Patients Using Novel MR-Compatible Hand Robots. The Open Neuroimaging Journal, 2 (1), 94–101. doi: http://doi.org/10.2174/1874440000802010094
  26. Nechypurenko, N., Pashkovskaya, I., Musiyenko, Yu. (2008). Main pathophysiological mechanisms of the brain ischemia. Medical news, 1, 7–13.

##submission.downloads##

Опубліковано

2018-06-05

Як цитувати

Omelchenko, O., & Makarchuk, M. (2018). Активація кори головного мозку при виконанні рухового завдання у осіб з гострим порушенням мозкового кровообігу. ScienceRise: Biological Science, (3 (12), 4–11. https://doi.org/10.15587/2519-8025.2018.132992

Номер

№ 3 (12) (2018)

Розділ

Біологічні науки

Ліцензія

Авторське право (c) 2018 Oleksii Omelchenko, Mykola Makarchuk

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Наше видання використовує положення про авторські права Creative Commons CC BY для журналів відкритого доступу. 

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.

2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.