$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Моторная информация организована в соответствии с анатомическими подразделениями в первичной моторной коре, создавая топографическую карту в мозге.
Расположенные в прецентральной извилине, корковые репрезентации тела организованы в моторного гомункула. и расположены перевернутым образом, так что области, контролирующие пальцы ног, находятся в медиальной стенке, а язык расположен рядом с боковой бороздой.
Кроме того, части тела, требующие более тонкого произвольного моторного контроля, такие как руки и связанные с ними пальцы, имеют большее представительство в коре головного мозга по сравнению с анатомическими особенностями, которые не требуют таких точных манипуляций, как бедро.
Гомункулус также латерализован, с нейронами в левой первичной моторной коре, которые контролируют правую сторону тела, и наоборот. Таким образом, когда человек двигает правым бедром, происходит повышенная корковая активация на его левой прецентральной извилине в дискретной области.
В этом видео подробно описывается эксперимент, в котором используется современная функциональная нейровизуализация для демонстрации картографированной организации первичной моторной коры головного мозга человека, в том числе о том, как собирать и анализировать активность мозга, когда участники двигают руками или ногами.
В этом эксперименте активность мозга измеряется с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии, сокращенно фМРТ, в то время как участникам постоянно предлагается двигать различными частями тела, такими как пальцы на левой или правой руке.
Этот метод основан на изменениях уровня оксигенации крови, называемых BOLD? Реакция, зависящая от уровня оксигенации крови. Для более подробного ознакомления с принципами, лежащими в основе этого метода, обратитесь к другому видео из коллекции JOVE SciEd Essentials of Neuroscience, fMRI: Functional Magnetic Resonance Imaging.
В представленном здесь контексте, когда часть тела, такая как левая нога, сгибается вперед и назад, насыщенный кислородом мозговой кровоток, снабжаемый артериями мозга, увеличивается к нейронным областям, которые активны во время этого движения, таким как первичная моторная кора.
Однако эта гемодинамическая реакция происходит медленнее, чем собственно физическое движение, что требует разделения действий периодами отдыха.
Таким образом, каждое движение тела точно рассчитано по времени, чтобы отличать четыре состояния друг от друга: левую руку, левую ногу, правую руку и правую ногу.
Например, участников аппарата фМРТ просят начать жестикулировать левой рукой, когда она появляется в левой части экрана презентации.
Требуемое движение руки на самом деле сложное и включает в себя прикосновение большим пальцем к каждому пальцу, по порядку, начиная с указателя. Затем участник должен повторить эти действия в обратном направлении, начиная с мизинца.
Движение прекращается, когда кий – в данном случае изображение левой руки – исчезает с экрана.
Точно так же, когда они видят ногу справа, им приказывают двигать правой ногой, многократно нажимая на нее, пока изображение не исчезнет.
Здесь зависимая переменная — это интенсивность реакции BOLD после движения руки или ноги, которая затем может быть локализована в определенных областях мозга.
При движении левой руки активация мозга в первую очередь ожидается на правой дорсолатеральной поверхности прецентральной извилины. Напротив, при движении правой руки активация мозга ожидается на левой дорсолатеральной поверхности. Эти результаты согласуются с латерализованным моторным гомункулусом.
Перед началом эксперимента набирайте участников, которые являются правшами, имеют нормальное или скорректированное до нормального зрение, не имеют металлических имплантатов в своем теле или страдают клаустрофобией из-за экспериментального контроля и проблем безопасности.
Попросите их заполнить документы перед сканированием, которые включают вопросы, связанные с вопросами здоровья и безопасности во время сеанса, такие как согласие радиолога на просмотр их изображений в случае случайных находок, а также подробное описание рисков и преимуществ исследования.
Попросите участника также убрать со своего тела все металлические предметы, включая часы, телефоны, кошельки, ключи, ремни и монеты, чтобы подготовиться к входу в комнату сканирования.
Далее объясните правила выполнения задания: придаток, которым нужно пошевелить — в данном случае их нога — появится в виде визуальной подсказки на соответствующей стороне экрана. Покажите, как они должны двигать ногой, многократно нажимая на нее, как будто нажимая на воображаемую педаль.
Когда появляется сигнал рукой, они должны коснуться большим пальцем каждого пальца одной и той же руки по порядку, а затем повторить эту последовательность в обратном порядке.
Теперь приведите участника в комнату визуализации. Предоставьте беруши для защиты ушей от громких шумов и наушники, чтобы они могли слышать любые дополнительные коммуникации во время сеанса. Пусть они лягут на кровать, положив голову в катушку, и закрепите ее поролоновыми прокладками, чтобы избежать лишних движений и размытия во время сканирования.
Над участниками? глаз, разместите зеркало, отражающее экран, в задней части отверстия сканера. Затем дайте им сжимающий шарик, чтобы использовать его в случае чрезвычайной ситуации. Также напомните им, что очень важно оставаться как можно более неподвижным все время.
Проведя участника внутрь машины, сначала соберите анатомические изображения с высоким разрешением. Чтобы приступить к функциональной части, синхронизируйте предъявление стимула с запуском сканера.
Представьте визуальные подсказки с помощью ноутбука, подключенного к проектору, каждый в течение 12 с, а затем 12 с в состоянии покоя. Чередуйте четыре условия: левую руку, правую руку, левую ногу и правую ногу, повторяя каждое четыре раза в течение 6,5 мин.
После завершения сканирования выведите участника из комнаты. Проведите с ними брифинг и предоставьте компенсацию за участие в исследовании.
В качестве первого шага анализа выполните предварительную обработку данных, выполнив коррекцию движения для уменьшения артефактов, временную фильтрацию для устранения дрейфа сигнала и пространственное сглаживание для увеличения отношения сигнал/шум.
Используя эти данные, создать модель ожидаемого гемодинамического ответа для каждого условия задачи. Затем подгоняем данные под эту модель, в результате чего получаем статистическую карту для каждого субъекта, где значение каждого воксела — 3D-пикселя объема — представляет степень, в которой этот воксель был вовлечен в условие задачи.
Зарегистрируйте мозг участника в стандартном атласе, чтобы объединить данные по каждому участнику. Затем объедините все статистические карты участников для анализа на уровне группы. Отметим, что изменения в кровотоке представлены разными цветами на поверхности мозга.
Движения правой руки, показанные синим цветом, вызывали наибольшую активацию на левой боковой поверхности прецентральной извилины, в то время как задействование левой руки, обозначенной зеленым цветом, вызывало наибольшую активацию на правой боковой поверхности.
Кроме того, сгибание правой ноги, обозначенное светло-голубым цветом, вызывало активацию на левой медиальной поверхности, в то время как наибольшая активация движений левой стопы, обозначенных желтым цветом, была на правой медиальной поверхности.
Эти результаты позволяют предположить, что двигательные действия могут быть локализованы в дискретных областях первичной моторной коры в обоих полушариях, поддерживающих моторного гомункулуса.
Теперь, когда вы знакомы с проведением эксперимента с помощью фМРТ для наблюдения за организацией первичной моторной коры, давайте рассмотрим, как мозг управляет движением после повреждения или после прикрепления протезов конечностей.
Повреждение левой прецентральной извилины, например, в результате инсульта, может привести к затруднению движений правой стороны тела.
Как вы узнали из этого видео, конкретные части тела, которые подвергаются воздействию, зависят от степени травмы: нарушения могут быть небольшими и затрагивать один палец, или достаточно большими, чтобы повлиять на все пальцы и всю руку.
В то время как представления кажутся простыми, первичная моторная кора не работает в одиночку, поскольку это всего лишь сегмент в более широкой сети областей, которые участвуют в выборе, планировании и координации движения. Таким образом, локализовать повреждение может быть не так просто, как кажется.
Один из потенциальных терапевтических подходов к улучшению функции конечностей у людей с ампутированными конечностями включает в себя интерфейсы мозг-компьютер. Этот технически продвинутый метод основан на электромиографических, или ЭМГ, сигналах – электрической связи между двигательными нейронами и мышечными движениями.
Исследователи разрабатывают способы интеграции записей ЭМГ с протезами конечностей, чтобы более плавно контролировать двигательное поведение, такое как стояние или даже ходьба по пандусу.
Вы только что посмотрели введение JoVE в автомобильные карты. Теперь у вас должно быть хорошее понимание того, как планировать и проводить эксперимент с фМРТ, и, наконец, как анализировать и интерпретировать результаты активации мозга.
Спасибо за просмотр!
