medvisМедицинская визуализацияMedical Visualization1607-07632408-9516RDS-Media Ltd.10.24835/1607-0763-2018-1-7-16medvis-502Research ArticleГОЛОВА И ШЕЯHEAD AND NECKСОВРЕМЕННЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ МАГНИТНО-РЕЗОНАНСНОЙ ТОМОГРАФИИ В НЕЙРОВИЗУАЛИЗАЦИИMODERN POSSIBILITIES OF FUNCTIONAL MAGNETIC RESONANCE IMAGING IN NEUROIMAGINGБеляевскаяА. А.BelyaevskayaA. A.

Беляевская Алена Антоновна – студентка медико-профилактического факультета по специальности “медицинская биофизика”.

Alena A. Belyaevskaya – a student of the medical and preventive faculty, specializing in medical biophysics Federal State Autonomous Educational Institution of Higher Education.

Moscow

МеладзеН. В.MeladzeN. V.

Меладзе Нино Вахтанговна – кандидат медицинских наук, лаборант-исследователь отдела томографии.

121500 Москва, ул. 3-я Черепковская, 15а, +79161733656

Nino V. Meladze – cand. of med. sci., researcher in Tomography department.

121500 Moscow, 3-rd Cherepkovskaya str. 15a, +79161733656

meladze_nina@mail.ruШарияМ. А.ShariaM. A.

Шария Мераб Арчилович – доктор медицинских наук, ведущий научный сотрудник отдела томографии.

Москва

Merab A. Sharia – dokt. of med. sci., professor, Leading researcher, in Tomography department.

Moscow

УстюжанинД. В.UstyuzhaninD. V.

Устюжанин Дмитрий Владимирович – кандидат медицинских наук, старший научный сотрудник отдела томографии.

Москва

Dmitry V. Ustyuzhanin – cand. of med. sci., researcher in Tomography department.

ЗашезоваМ. Х.ZashezovaМ. H.

Зашезова Марианна Хамидбиевна – аспирант отдела томографии.

Marianna K. Zashezova – postgraduate student in Tomography department.

Moscow

ФГАОУ ВО Первый МГМУ им. И.М. Сеченова Минздрава России (Сеченовский Университет)РоссияI.M. Sechenov First Moscow State Medical University (Sechenov University)Russian FederationИнститут клинической кардиологии им. А.Л. Мясникова ФГБУ «НМИЦ кардиологии» Минздрава РоссииРоссияMyasnikov A.L Institute of Clinical Cardiology, Russian Cardiological CentreRussian Federation20182802201801716Copyright © Беляевская А.А., Меладзе Н.В., Шария М.А., Устюжанин Д.В., Зашезова М.Х., 20182018Беляевская А.А., Меладзе Н.В., Шария М.А., Устюжанин Д.В., Зашезова М.Х.Belyaevskaya A.A., Meladze N.V., Sharia M.A., Ustyuzhanin D.V., Zashezova М.H.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/502

Функциональная МРТ (ФМРТ) в настоящее время стала одной из основных методик визуализации мозговой деятельности. Это единственная методика, которая позволяет провести анализ деятельности мозга, изучив активацию локального кровотока коры мозга в покое или в ответ на какие-либо стимулы. В настоящее время фМРТ не получила широкого клинического применения, хотя успешно используется в ведущих неврологических и нейрохирургических клиниках, а также в научных исследованиях, изучающих мозговую деятельность. Наиболее часто в клинической практике фМРТ применяется для предоперационного картирования основных функций перед нейрохирургическими вмешательствами, однако существуют и другие перспективные направления использования фМРТ. В данной обзорной статье рассмотрены технические аспекты выполнения различных видов фМРТ и представлены возможности методики при различных неврологических заболеваниях.

Functional MRI has now become one of the main methods of brain activity imaging. This is the only technique that allows you to analyze brain activity by studying the activation of the local blood flow of the cerebral cortex at rest or in response to any stimulus. Currently, fMRI is not widely used in routine clinical practice, although it has been successfully used in leading neurological and neurosurgical clinics, as well as in scientific research studies for brain activity evaluation. Main goal of using fMRI in clinical practice is preoperative mapping of the brain functions before neurosurgical interventions; however, there are other promising areas of fMRI. This review paper describes the technical aspects of the various fMRI techniques and discusses the possibilities of fMRI in different neurological diseases.

функциональная магнитно-резонансная томографияBOLD-контрастfunctional magnetic resonance imagingBOLD-contrastReferencesMosso A. Uber den Kreislauf des blutes im menschlichen Gehirn. Leipzig: Veit, 1881. 222 S.Mosso A. Uber den Kreislauf des blutes im menschlichen Gehirn. Leipzig: Veit, 1881. 222 S.Roy C.S., Sherrington C.S. On the Regulation of the Bloodsupply of the Brain. J. Physiol. 1890; 11 (2): 85–108.Roy C.S., Sherrington C.S. On the Regulation of the Blood-supply of the Brain. J. Physiol. 1890; 11 (2): 85–108.Belliveau J.W., Kennedy D.N., Jr., McKinstry R.C., Buchbinder B.R., Weisskoff R. M., Cohen M. S., Vevea J. M., Brady T.J., Rosen B.R. Functional mapping of the human visual cortex by magnetic resonance imaging. Science. 1991; 254: 716–719. https://doi.org/10.1126/science.1948051.Belliveau J.W., Kennedy D.N., Jr., McKinstry R.C., Buchbinder B.R., Weisskoff R. M., Cohen M. S., Vevea J. M., Brady T.J., Rosen B.R. Functional mapping of the human visual cortex by magnetic resonance imaging. Science. 1991; 254: 716–719. https://doi.org/10.1126/science.1948051.Ogawa S., Lee T.M., Nayak A.S., Glynn P. Oxygenationsensitive contrast in magnetic resonance imaging of rodent brain at high magnetic fields. Magn. Reson. Med. 1990; 14: 68–78. https://doi.org/10.1002/mrm.1910140108.Ogawa S., Lee T.M., Nayak A.S., Glynn P. Oxygenationsensitive contrast in magnetic resonance imaging of rodent brain at high magnetic fields. Magn. Reson. Med. 1990; 14: 68–78. https://doi.org/10.1002/mrm.1910140108.Ogawa S., Menon R.S., Tank D.W., Menon R., Ellermann J. M., Kim S. G., Merkle H., Ugurbil K. Intrinsic signal changes accompanying sensory stimulation – functional brain mapping with magnetic resonance imaging. Proc. Natl. Acad. Sci. 1992; 89: 5951–5955.Ogawa S., Menon R.S., Tank D.W., Menon R., Ellermann J. M., Kim S. G., Merkle H., Ugurbil K. Intrinsic signal changes accompanying sensory stimulation – functional brain mapping with magnetic resonance imaging. Proc. Natl. Acad. Sci. 1992; 89: 5951–5955.Kim S.-G., Jennings J.E., Strupp J.P., Andersen P., Ugurbil K. Functional MRI of human cortices during overt and imagined finger movements. Int. J. Imaging Syst. Technol. 1995; 6: 271-279. http://dx.doi.org/10.1002/ima.1850060218.Kim S.-G., Jennings J.E., Strupp J.P., Andersen P., Ugurbil K. Functional MRI of human cortices during overt and imagined finger movements. Int. J. Imaging Syst. Technol. 1995; 6: 271–279. http://dx.doi.org/10.1002/ima.1850060218.Krings T., Reul J., Spetzger U., Klusmann A., Roessler F., Gilsbach J. M., Thron A..Functional magnetic resonance mapping of sensory motor cortex for image-guided neurosurgical intervention. Acta Neurochir. 1998: 140 (3): 215–222. https://doi.org/10.1007/s007010050088.Krings T., Reul J., Spetzger U., Klusmann A., Roessler F., Gilsbach J. M., Thron A..Functional magnetic resonance mapping of sensory motor cortex for image-guided neurosurgical intervention. Acta Neurochir. 1998: 140 (3): 215–222. https://doi.org/10.1007/s007010050088.Зашезова М.Х., Шария М.А., Устюжанин Д.В., Терновой С.К., Белькинд М.Б. Функциональная магнитно-резонансная томография в изучении центров нейрональной активации в ответ на психоэмоциональный стресс. REJR. 2017; 7 (1): 101–107. https://doi.org/10.21569/2222-7415-2017-7-1-101-107.Zashezova M.Kh., Shariya M.A., Ustyuzhanin D.V., Ternovoy S.K., Belkind M.B. Functional magnetic resonance imaging in the study of neuronal activation centers in response to psychoemotional stress. REJR. 2017; 7 (1): 101–107. https://doi.org/10.21569/22227415-2017-7-1-101-107. (In Russian)Кремнева Е.И., Коновалов Р.Н., Кротенкова М.В., Кадыков А.С., Боголепова И.Н., Белопасова А.В. Картирование речевых структур головного мозга у здоровых людей с помощью фМРТ. Лучевая диагностика и терапия. 2012; 2 (3): 65–72.Kremneva E.I., Konovalov R.N., Krotenkova M.V., Kadykov A.S., Bogolepova I.N., Belopasova A.V. Mapping speech structures of the brain in healthy people with fMRI. Luchevaya diagnostika i terapiya. 2012; 2 (3): 65–72. (In Russian)Беляев А., Пек Кюнг К., Бреннан Н., Холодный А. Применение функциональной магнитно-резонансной томографии в клинике. REJR. 2014; 1: 14–23.Belyaev A., Peck Kyung K., Brennan N., Holodny А. Clinical application of functional magnetic resonance imaging. REJR. 2014; 1: 14–23. (In Russian)Attwell D., Iadecola С. The neural basis of functional brain imaging signals. Trends Neurosci. 2002; 25 (12): 621– 625. https://doi.org/10.1016/S0166-2236(02)02264-6.Attwell D., Iadecola С. The neural basis of functional brain imaging signals. Trends Neurosci. 2002; 25 (12): 621–625. https://doi.org/10.1016/S0166-2236(02)02264-6.Пирадов М.А., Танашян М.М., Кротенкова М.В. Брюхов В.В., Кремнева Е.И., Коновалов Р.Н. Передовые технологии нейровизуализации. Анналы клинической и экспериментальной неврологии 2015; 9 (4): 11–18.Piradov M.A., Tanashyan M.M., Krotenkova M.V., Bryukhov V.V., Kremneva E.I., Konovalov R.N. Advanced technologies of neuroimaging. Annali clinicheskoy i experimentalnoy nevrologii. 2015; 9 (4): 11–18. (In Russian)Bogomolny D.L., Petrovich N.M., Hou B.L,. Peck K.K., Kim M.J., Holodny A. I. Functional MRI in the brain tumor patient. Top. Magn. Reson. Imaging. 2004; 15 (5): 325–335.Bogomolny D.L., Petrovich N.M., Hou B.L,. Peck K.K., Kim M.J., Holodny A. I. Functional MRI in the brain tumor patient. Top. Magn. Reson. Imaging. 2004; 15 (5): 325–335.Buckner R.L., Vincent J.L. Unrest at rest: default activity and spontaneousnetwork correlations. Neuroimage. 2007; 37 (4): 1091–1096. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2007.01.010.Buckner R.L., Vincent J.L. Unrest at rest: default activity and spontaneousnetwork correlations. Neuroimage. 2007; 37 (4): 1091–1096. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2007.01.010.Doucet G., Naveau M., Petit L., Delcroix N., Zago L., Crivello F., Jobard G., Tzourio-Mazoyer N., Mazoyer B., Mellet E., Joliot M. Brain activity at rest: a multiscale hierarchical functional organization. J. Neurophysiol. 2011; 105: 2753–2763. https://doi.org/10.1152/jn.00895.2010.Doucet G., Naveau M., Petit L., Delcroix N., Zago L., Crivello F., Jobard G., Tzourio-Mazoyer N., Mazoyer B., Mellet E., Joliot M. Brain activity at rest: a multiscale hierarchical functional organization. J. Neurophysiol. 2011; 105: 2753–2763. https://doi.org/10.1152/jn.00895.2010.McKeown M.J., Hansen L.K., T.J. Sejnowsk, Independent Component Analysis of Functional MRI: What Is Signal and What Is Noise? Curr. Opin. Neurobiol. 2003; 13: 620–629. https://doi.org/10.1016/j.conb.2003.09.012.McKeown M.J., Hansen L.K., SejnowskT.J., Independent Component Analysis of Functional MRI: What Is Signal and What Is Noise? Curr. Opin. Neurobiol. 2003; 13: 620–629. https://doi.org/10.1016/j.conb.2003.09.012.Терновой С.К., Синицын В.Е., Морозов С.П., Притыко А.Г., Симерницкий Б.П. Функциональная магнитно-резонансная томография в нейрохирургии супратенториальных опухолей головного мозга. Современная онкология. 2002; 4 (2): 5–10.Ternovoy S.K., Sinitsyn V.E., Morozov S.P., Prityko A.G., Simernitsky B.P. Functional magnetic resonance imaging in neurosurgery of supratentorial tumors of the brain. Sovremennaya oncologiya. 2002; 4 (2): 5–10. (In Russian)Терновой С.К., Синицын В.Е., Евзиков Г.Ю., Морозов С.П., Холодов Б.В. Локализация моторной и речевой зон коры головного мозга с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии. Российский физиологический журнал им. И.М. Се че нова. 2002;11: 1412–1422.Ternovoy S.K., Sinitsyn V.E., Evzikov G.Yu., Morozov S.P., Holodov B.V. Localization of motor and speech zones of the cerebral cortex by means of functional magnetic resonance imaging. Rossiyskiy phiziologicheskiy zhurnal. im. I.M. Sechenova. 2002; 11: 1412–1422. (In Russian)Буклина С.Б., Баталов А.И., Фадеева А.М., Смирнов А.С., Горяйнов С.А., Жуков В.Ю., Поддубская А.А., Огурцова А.А., Куликов А.С., Чумакова А.П., Пронин И.Н., Корниенко В.Н., Потапов А.А. Структура актив ации речевых зон у больных с внутримозговыми опухолями по данным функциональной магнитнорезо нансной томографии в сопоставлении с локализацией опухоли и профилем функциональной асимметрии. Журнал вопросы нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко. 2015; 3: 60–68. https://doi.org/10.17116/neiro201579360-68.Buclina S.B., Batalov A.I., Fadeeva A.M., Smirnov A.S., Goryainov S.A., Zhukov V.Yu., Poddubskaya A.A., Ogurtsova A.A., Kulikov A.S., Chumakova A.P., Pronin I.N., Kornienko V.N., Potapov A.A. Structure of activation of speech zones in patients with intracerebral tumors according to functional magnetic resonance imaging in comparison with tumor localization and the functional asymmetry profile. Zhurnal voprosi neyrokhirurgii im. N.N. Burdenko. 2015; 3: 60–68. https://doi.org/10.17116/neiro201579360-68. (In Russian)Буклина С.Б., Подопригора А.Е., Пронин И.Н., Шишкина А.В., Болдырева Г.Н., Бондаренко А.А., Фадеева Л.М., Корниенко В.Н., Жуков В.Ю. Функциональные МРТ-исследования доминантности полушария по речи у больных с опухолями головного мозга. Журнал вопросы нейрохирургии им. Н.Н. Бурденко. 2013; 5: 30–37.Buclina S.B., Podoprigora A.E., Pronin I.N., Shishkina A.V., Boldyreva G.N., Bondarenko A.A., Fadeeva L.M., Kornienko V.N., Zhukov V.Yu. Functional MRI studies of the dominance of the hemisphere in speech in patients with brain tumors. Zhurnal voprosi neyrokhirurgii im. N.N. Burdenko. 2013; 5: 30–37. (In Russian)Calvert G.A., Brammer M.J., Morris R.G., Williams S.C., King N., Matthews P. M. Using fMRI to study recovery from acquired dysphasia. Brain and Language. 2000; 71: 391–399.Calvert G.A., Brammer M.J., Morris R.G., Williams S.C., King N., Matthews P. M. Using fMRI to study recovery from acquired dysphasia. Brain and Language. 2000; 71: 391–399.Добрынина Л.А., Коновалов Р.Н., Кремнева Е.И., Кадыков А.С. МРТ в оценке двигательного восстановления больных с супратенториальными инфарктами. Анналы клинической и экспериментальной невро логии. 2012; 2: 4–10.Dobrynina L.A., Konovalov R.N., Kremneva E.I., Kadykov A.S. MRI in the assessment of motor recovery of patients with supratentorial infarcts. Annali clinicheskoy i experimentalnoy nevrologii. 2012; 2: 4–10. (In Russian)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. Сопоставление фМРТ-реакций мозга здоровых людей при активных, пассивных и воображаемых движениях рукой. Медицинская визуализация. 2015; 5: 100–112.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. Comparison of fMRI reactions of the brain of healthy people with active, passive and imaginary hand movements. Medical Visualization. 2015; 5: 100–112. (In Russian)Боголепова И.Н., Малофеева Л.И. Гендерные особенности цитоархитектоники речедвигательных полей 44 и 45 мозга. Морфология. 2011; 140 (6): 19–24.Bogolepova I.N., Malofeeva L.I. Gender peculiarities of cytoarchitectonics of speech motor fields 44 and 45 of the brain. Morphologiya. 2011; 140 (6): 19–24. (In Russian)Кротенкова М.В., Кугоев А.И., Коновалов Р.Н., Трифанова В.А., Завалишин И.А., Переседова А.В. Магнитно-резонансная томография при рассеянном склерозе. Медицинская визуализация. 2001; 1: 62–66.Krotenkova M.V., Kugoev A.I., Konovalov R N., Trifanova V.A., Zavalishin I.A., Peresedova A.V. Magnetic resonance imaging for multiple sclerosis. Medical Visualization. 2001; 1: 62–66. (In Russian)Palmer S.M., Crewther S.G., Carey L.M. A meta-analysis of changes in brain activity in clinical depression. Front. Hum. Neurosci. 2015; 14(8): 1045. https://doi.org/10.3389/fnhum.2014.01045.Palmer S.M., Crewther S.G., Carey L.M. A meta-analysis of changes in brain activity in clinical depression. Front. Hum. Neurosci. 2015; 14(8): 1045. https://doi. org/10.3389/fnhum.2014.01045.Hu X., Chen S., Huang C. B., Qian Y., Yu Y. Frequencydependent changes in the amplitude flow-frequency fluctuations in patients with Wilson's disease: a restingstate fMRI study. Metab. Brain Dis. 2017; 32(3): 685–692. https://doi.org/10.1007/s11011-016-9946-3.Hu X., Chen S., Huang C. B., Qian Y., Yu Y. Frequencydependent changes in the amplitude flow-frequency fluctuations in patients with Wilson's disease: a restingstate fMRI study. Metab. Brain Dis. 2017; 32(3): 685–692. https://doi.org/10.1007/s11011-016-9946-3.Wang Z., Chen H., Ma H., Ma L., Wu T., Feng T. Restingstate functional connectivity of subthalamic nucleus in different Parkinson's disease phenotypes. J. Neurol Sci. 2016; 371: 137–147. https://doi.org/10.1016/j.jns.2016.10.035.Wang Z., Chen H., Ma H., Ma L., Wu T., Feng T. Restingstate functional connectivity of subthalamic nucleus in different Parkinson's disease phenotypes. J. Neurol Sci. 2016; 371: 137–147. https://doi.org/10.1016/j.jns.2016.10.035.Karunanayaka P.R., Lee E.Y., Lewis M.M., Sen S.K., Eslinger P.J., Yang Q. X., Huang X. Default mode network differences between rigidity- and tremor-predominant Parkinson's disease. Cortex. 2016; 81: 239–250. https://doi.org/10.1016/j.cortex.2016.04.021.Karunanayaka P.R., Lee E.Y., Lewis M.M., Sen S.K., Eslinger P.J., Yang Q. X., Huang X. Default mode network differences between rigidity- and tremor-predominant Parkinson's disease. Cortex. 2016; 81: 239–250. https://doi.org/10.1016/j.cortex.2016.04.021.Селиверстова Е.В., Селиверстов Ю.А., Коновалов Р.Н., Кротенкова М.В., Иллариошкин С.Н. Реорганизация сети пассивного режима работы головного мозга у пациентов с болезнью Паркинсона. Анализ индивидуальных компонент. 2015; 2: 4–9.Seliverstova E.V., Seliverstov Yu.A., Konovalov R.N., Krotenkova M.V., Illarionishkin S.N. Reorganization of the network of passive mode of brain work in patients with Parkinson's disease. Analis individualnikh komponent. 2015; 2: 4–9. (In Russian)Nuttall R., Pasquini L., Scherr M., Sorg C. Degradation in intrinsic connectivity networks across the Alzheimer's disease spectrum. Alzheimers Dement. 2016; 5: 35–42. https://doi.org/10.1016/j.dadm.2016.11.006.Nuttall R., Pasquini L., Scherr M., Sorg C. Degradation in intrinsic connectivity networks across the Alzheimer's disease spectrum. Alzheimers Dement. 2016; 5: 35–42. https://doi.org/10.1016/j.dadm.2016.11.006.Teipel S.J., Wohlert A., Metzger C., Grimmer T., Sorg C., Ewers M., Meisenzahl E., Klöppel S., Borchardt V., Grothe M. J., Walter M., Dyrba M. Multi center stability of resting state fMRI in the detection of Alzheimer's disease and amnestic MCI. Neuroimage Clin. 2017; 14: 183–194. https://doi.org/10.1016/j.nicl.2017.01.018.Teipel S.J., Wohlert A., Metzger C., Grimmer T., Sorg C., Ewers M., Meisenzahl E., Klöppel S., Borchardt V., Grothe M. J., Walter M., Dyrba M. Multi center stability of resting state fMRI in the detection of Alzheimer's disease and amnestic MCI. Neuroimage Clin. 2017; 14: 183–194. https://doi.org/10.1016/j.nicl.2017.01.018.Wang L., Shen H., Lei Y., Zeng L. L., Cao F., Su L., Yang Z., Yao S., Hu D. Altered default mode, fronto-parietal and salience networks in adolescents with Internet addiction. Addict. Behav. 2017; 70: 1–6. https://doi.org/10.1016/j.addbeh.2017.01.021.Wang L., Shen H., Lei Y., Zeng L. L., Cao F., Su L., Yang Z., Yao S., Hu D. Altered default mode, fronto-parietal and salience networks in adolescents with Internet addiction. Addict. Behav. 2017; 70: 1–6. https://doi.org/10.1016/j.addbeh.2017.01.021.Du X., Yang Y., Gao P., Qi X., Du G., Zhang Y., Li X., Zhang Q. Compensatory increase of functional connectivity density in adolescents with internet gaming disorder. Brain Imaging Behav. 2016; 1 (6): 1901–1909. https://doi.org/10.1007/s11682-016-9655-x.Du X., Yang Y., Gao P., Qi X., Du G., Zhang Y., Li X., Zhang Q. Compensatory increase of functional connectivity density in adolescents with internet gaming disorder. Brain Imaging Behav. 2016; 1 (6): 1901–1909. https://doi.org/10.1007/s11682-016-9655-x.Kumar V.J., Van Oort E., Scheffler K., Beckmann C.F., Grodd W. Functional Anatomy of the Human Thalamus at Rest. Neuro Image. 2017; 147: 678–691. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2016.12.071.Kumar V.J., Van Oort E., Scheffler K., Beckmann C.F., Grodd W. Functional Anatomy of the Human Thalamus at Rest. Neuro Image. 2017; 147: 678–691. https://doi.org/10.1016/j.neuroimage.2016.12.071.Yang Y., Jia F., Siok W.T., Tan L.H. The role of anxiety in stuttering: Evidence from functional connectivity. Neuroscience. 2016; 346: 216–225. https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2016.11.033.Yang Y., Jia F., Siok W.T., Tan L.H. The role of anxiety in stuttering: Evidence from functional connectivity. Neuroscience. 2016; 346: 216–225. https://doi.org/10.1016/j.neuroscience.2016.11.033.

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