medvisМедицинская визуализацияMedical Visualization1607-07632408-9516RDS-Media Ltd.medvis-233Research ArticleГОЛОВА И ШЕЯHEAD AND NECKСопоставление фМРТ-реакций мозга здоровых людей при активных, пассивных и воображаемых движениях рукойComparison of fMRI Brain Responses in Healthy Subjects while Active, Passive and Imagined Hand MovementsБолдыреваГалина НиколаевнаBoldyrevaGalina NikolaevnaGBoldyreva@nsi.ruШароваЕлена ВасильевнаSharovaElena Vasilievnanoemail@neicon.ruЖаворонковаЛюдмила АлексеевнаZhavoronkovaLyudmila Alekseevnanoemail@neicon.ruЧеляпинаМарина ВикторовнаChelyapinaMarina Victorovnanoemail@neicon.ruДубровскаяЛада ПавловнаDubrovskayaLada Pavlovnanoemail@neicon.ruСмирновАлександр СергеевичSmirnovAleksandr Sergeevichnoemail@neicon.ruТрошинаЕлена МихайловнаTroshinaElena Mihaylovnanoemail@neicon.ruПронинИгорь НиколаевичProninIgor Nikolaevichnoemail@neicon.ruКорниенкоВалерий НиколаевичKornienkoValeriy Nikolaevichnoemail@neicon.ruФГБУ науки “Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии Российской академии наук”РоссияInstitute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology of the Russian Academy of SciencesRussian FederationМосковский государственный университет им. М.В. ЛомоносоваРоссияM.V. Lomonosov Moscow State UniversityRussian FederationФГБУ “Научно-исследовательский институт нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко”РоссияN.N. Burdenko research Institute of NeurosurgeryRussian Federation20152810201505100112Copyright © Болдырева Г.Н., Шарова Е.В., Жаворонкова Л.А., Челяпина М.В., Дубровская Л.П., Смирнов А.С., Трошина Е.М., Пронин И.Н., Корниенко В.Н., 20152015Болдырева Г.Н., Шарова Е.В., Жаворонкова Л.А., Челяпина М.В., Дубровская Л.П., Смирнов А.С., Трошина Е.М., Пронин И.Н., Корниенко В.Н.Boldyreva G.N., Sharova E.V., Zhavoronkova L.A., Chelyapina M.V., Dubrovskaya L.P., Smirnov A.S., Troshina E.M., Pronin I.N., Kornienko V.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://medvis.rdsmedia.ru/jour/article/view/233

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.

Objective: identify the structural features of the brain provision during motor loads of different complexity in healthy subjects. Material and methods. Comparison of fMRI cerebral reactions (individual and group) while active, passive and imagined right or left hand movement were analyzed in 20 right-handed healthy subjects by using paired t-test. Results. During active movements to clenching-unclenching the fingers motor fMRI responses were the more local and reproducible in comparison the bust fingers ones. This fact allows us to recommend this motor task as the most adequate at study of patients with cerebral disorders. The lower intensity of cortical responses and the more activation of subcortical structures was observed during left hand movement in comparison right hand one. During passive movements was observed the low volume of cerebral activation especially in cerebellum and primary motor cortex in comparison active ones. The main cortex fMRI response topography was similar while both active and passive tasks that allowed to use passive paradigm for patients with motor disorders and disturbance of consciousness. During imagined hand movements changes dramatically interplay of activated cerebral structures in comparison real movements: fMRI responses in the sensory-motor area and cerebellum were attenuated while activation of frontal zones and structures of ipsilateral hemisphere was increased. Conclusion. Comparative analysis of fMRI responses during active, passive and imagined hand movements showed that structural specificity of cerebral activity were determined by complexity of motor paradigms and by different including of motor and cognitive programs in their realization.

фМРТактивныепассивныевоображаемые движения рукойfMRIactivepassiveimagined hand movementsReferencesBabiloni 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.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.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.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.Mulert C., Lemieux L. EEG-fMRI Physiological Basis, Technique and Applications. Berlin; Heidelberg: Springer-Verlag, 2010. 539 p.Mulert C., Lemieux L. EEG-fMRI Physiological Basis, Technique and Applications. Berlin; Heidelberg: Springer-Verlag, 2010. 539 p.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.Andre J.S. Motor imagery of complex everyday movements. An fMRI study. NeuroImage. 2007; 34: 702-713.Andre J.S. Motor imagery of complex everyday movements. An fMRI study. NeuroImage. 2007; 34: 702-713.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.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.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.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.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.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.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.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.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.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.Evans А., Collins D., Milner B. An MRI-based stereotactic atlas from 250 young normal subjects. J. Soc. Neurosci. Abstr. 1992; 18: 408.Evans А., Collins D., Milner B. An MRI-based stereotactic atlas from 250 young normal subjects. J. Soc. Neurosci. Abstr. 1992; 18: 408.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.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.Wu T., Liu J., Hallett M. et al. Cerebellum and integration of neural networks in dual-task processing. NeuroImage. 2013; 65: 466-475.Wu T., Liu J., Hallett M. et al. Cerebellum and integration of neural networks in dual-task processing. NeuroImage. 2013; 65: 466-475.Лурия А.Р. Основы нейропсихологии. М.: Akademiya, 2002: 88-128.Лурия А.Р. Основы нейропсихологии. М.: Akademiya, 2002: 88-128.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.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.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.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.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.