מפות מנוע

מידע מוטורי מאורגן על פי חטיבות אנטומיות בקליפת המוח המוטורית העיקרית, ויוצר מפה טופוגרפית במוח.

ממוקם בgyrus precentral, ייצוגים קליפת המוח של הגוף מאורגנים לתוך homunculus מוטורי - "איש קטן" - ומסודרים באופן הפוך, כך שהאזורים השולטים בהונות נמצאים בקיר המתיווך והלשון ממוקמת ליד סולקוס לרוחב.

יתר על כן, לחלקי גוף הדורשים שליטה מוטורית מרצון עדינה יותר, כגון הידיים והספרות הנלוות להן, יש ייצוגים גדולים יותר בקליפת המוח, בהשוואה לתכונות אנטומיות שאינן דורשות מניפולציה כה מדויקת – כמו הירך.

ההומונקולוס הוא גם לרוחב, עם נוירונים בקליפת המוח המוטורית העיקרית השמאלית – המוצגת כאן – השולטת בצד ימין של הגוף, ולהיפך. לכן, כאשר אדם מזיז את הירך הימנית שלו, יש הפעלה קליפתית מוגברת על gyrus הקדם-מרכזי השמאלי שלהם בתוך אזור נפרד.

סרטון זה מפרט ניסוי המשתמש בהדמיה מוחית תפקודית מודרנית כדי להדגים את הארגון הממופה בגוף של קליפת המוח המוטורית העיקרית האנושית, כולל כיצד לאסוף ולנתח פעילות מוחית כאשר המשתתפים מזיזים את ידיהם או רגליהם.

בניסוי זה, פעילות המוח נמדדת באמצעות הדמיית תהודה מגנטית תפקודית, מקוצרת כ- fMRI, בעוד המשתתפים נקראים לחזור על המידה להזיז חלקי גוף שונים - כמו הספרות על ידיהם השמאלית או הימנית.

טכניקה זו מסתמכת על שינויים ברמות חמצון הדם, המכונה תגובת BOLD - רמת חמצון בדם - תלויה בדם. למבט מעמיק על העקרונות שמאחורי השיטה, אנא עיין בסרטון אחר באוסף יסודות המדע של JOVE למדעי המוח, fMRI: הדמיית תהודה מגנטית תפקודית.

בהקשר המוצג כאן, כאשר חלק גוף, כגון כף הרגל השמאלית, מכופף הלוך ושוב, זרימת הדם המוחית המחומצנת – המסופקת על ידי העורקים במוח – עולה לאזורים עצביים הפעילים במהלך תנועה זו, כמו קליפת המוח המוטורית העיקרית.

עם זאת, תגובה המודינמית זו מתרחשת לאט יותר מאשר התנועה הפיזית בפועל, המצדיקה כי פעולות יופרדו עם תקופות של מנוחה.

לכן, כל תנועת גוף מתוזמן בדיוק להבחין בין ארבעת התנאים זה מזה: יד שמאל, רגל שמאל, יד ימין וכף רגל ימין.

לדוגמה, משתתפים במכונת fMRI מתבקשים להתחיל להתפעל מידם השמאלית כאשר אחד מהם מופיע בצד שמאל של מסך מצגת.

תנועת היד הנדרשת היא למעשה מורכבת, וכוללת נגיעה באגודל לכל אצבע, לפי הסדר, החל מהמצביע. לאחר מכן, המשתתף חייב לחזור על פעולות אלה בכיוון ההפוך, החל עם הזרת.

התנועה מופסקת כאשר הסימן - במקרה זה, התמונה של יד שמאל - נעלם מהמסך.

כמו כן, כאשר הם רואים רגל בצד ימין, הם מונחים להזיז את רגל ימין שלהם על ידי דחיפתה למטה שוב ושוב, עד שהתמונה נעלמת.

כאן, המשתנה התלוי הוא עוצמת התגובה BOLD לאחר תנועה מהיד או הרגל, אשר לאחר מכן ניתן למקם לאזורי מוח ספציפיים.

עבור תנועה ביד שמאל, הפעלת המוח צפויה בעיקר על פני השטח הימניים של gyrus precentral. לעומת זאת, עבור תנועה ביד ימין, הפעלת המוח צפויה על פני השטח הדו-צדדי השמאלי. תוצאות אלה יתיישרו עם ההומונקולוס המוטורי לרוחב.

לפני הניסוי, לגייס משתתפים שהם ימניים, יש ראייה נורמלית או מתוקנת לנורמלית, אין להם שתלים מתכתיים בגופם, או סובלים מקלסטרופוביה בגלל שליטה ניסיונית וחששות בטיחות.

יש להם למלא ניירת טרום סריקה, הכוללת שאלות הקשורות לבעיות בריאות ובטיחות במהלך הפגישה, כגון הסכמה רדיולוג להסתכל על התמונות שלהם במקרה של ממצאים מקריים, כמו גם פירוט הסיכונים ואת היתרונות של המחקר.

בקש מהמשתתף להסיר גם את כל חפצי המתכת מגופו – כולל שעונים, טלפונים, ארנקים, מפתחות, חגורות ומטבעות – כדי להתכונן לכניסה לחדר הסריקה.

לאחר מכן, הסבר את כללי המשימה: התוספת שהם צריכים להזיז - במקרה זה את כף רגלם - תופיע כסימן חזותי בצד המתאים של המסך. הדגימו כיצד עליהם להזיז את רגלם על ידי לחיצה חוזרת ונשנית עליה, כאילו הם לוחצים על דוושה דמיונית.

כאשר מופיע סימן יד, עליהם לגעת באגודל לכל אצבע של אותה יד לפי הסדר ולאחר מכן לחזור על רצף זה הפוך.

עכשיו, להביא את המשתתף לחדר ההדמיה. ספק אטמי אוזניים כדי להגן על אוזניהם מפני רעשים חזקים ואוזניות, כך שיוכלו לשמוע כל תקשורת נוספת במהלך הפגישה. יש להם לשכב על המיטה עם הראש שלהם ב סליל ולאבטח אותו עם רפידות קצף כדי למנוע תנועה עודפת לטשטש במהלך הסריקה.

מעל עיני המשתתפים, הנח מראה המשקפת מסך בחלק האחורי של הסורק. לאחר מכן, תן להם כדור סחיטה לשימוש במקרה חירום. כמו כן להזכיר להם כי חשוב מאוד להישאר עדיין ככל האפשר כל הזמן.

לאחר הנחיית המשתתף בתוך המכונה, אסוף תחילה תמונות אנטומיות ברזולוציה גבוהה. כדי להתחיל את החלק הפונקציונלי, סנכרן את מצגת הגירוי עם תחילת הסורק.

הצג את הרמזים החזותיים באמצעות מחשב נייד המחובר למקרן, כל אחד עבור 12 s, ואחריו 12 s של קו בסיס מנוחה. לסירוגין בין ארבעת התנאים: יד שמאל, יד ימין, רגל שמאל וכף רגל ימין – חוזרים על כל אחת ארבע פעמים תוך 6.5 דקות.

לאחר השלמת הסריקה, יש לכוון את המשתתף אל מחוץ לחדר. לתחקר אותם ולספק פיצוי על השתתפותם במחקר.

כצעד הראשון של הניתוח, מעבד מראש את הנתונים על-ידי ביצוע תיקון תנועה כדי להפחית חפצים, סינון זמני להסרת סחף אותות והחלקה מרחבית כדי להגדיל את יחס האות לרעש.

באמצעות נתונים אלה, צור מודל של התגובה המודינמית הצפויה עבור כל תנאי פעילות. לאחר מכן, התאם את הנתונים למודל זה, והתוצאה היא מפה סטטיסטית עבור כל נושא, כאשר הערך בכל voxel - פיקסל תלת-ממדי של נפח - מייצג את המידה שבה voxel זה היה מעורב במצב המשימה.

רשום את מוח המשתתף באטלס סטנדרטי על מנת לשלב נתונים על פני כל משתתף. לאחר מכן, שלב את כל המפות הסטטיסטיות בין המשתתפים לניתוח ברמת הקבוצה. שים לב כי שינויים בזרימת הדם מיוצגים על ידי צבעים שונים על פני השטח של המוח.

תנועות יד ימין, המוצגות בכחול, יצרו את ההפעלה הגדולה ביותר על פני השטח לרוחב השמאלי של הג'ירוס שלפני ההצתה, בעוד שמעורבות יד שמאל, המיוצגת בירוק, הפיקה את ההפעלה הגדולה ביותר על המשטח לרוחב הימני.

בנוסף, כיפוף רגל ימין, המצוינת בכחול בהיר, יצר הפעלה על המשטח המהודל השמאלי, בעוד ההפעלה הגדולה ביותר לתנועות רגל שמאל, בצהוב, היו על המשטח הממצעי הימני.

תוצאות אלה מצביעות על כך שניתן למקם פעולות מוטוריות לאזורים נפרדים של קליפת המוח המוטורית העיקרית בשתי ההמיספרות, התומכות בהונקולוס המוטורי.

כעת, כאשר אתם מכירים ביצוע ניסוי fMRI כדי לבחון את הארגון של קליפת המוח המוטורית העיקרית, בואו נשקול כיצד המוח מנהל תנועה לאחר נזק, או לאחר התקשרות של גפיים תותבות.

נזק לג'ירוס הקדם-מרכזי השמאלי, כגון משבץ, עלול להוביל לקושי להזיז את צד ימין של הגוף.

כפי שלמדתם בסרטון זה, החלקים הספציפיים המושפעים תלויים בהיקף הפגיעה: הליקויים יכולים להיות קטנים ולהשפיע על אצבע אחת, או גדולים מספיק כדי להשפיע על כל הספרות ועל הזרוע כולה.

בעוד הייצוגים נראים פשוטים, קליפת המוח המוטורית העיקרית אינה פועלת לבדה, שכן היא רק פלח בתוך רשת רחבה יותר של אזורים המעורבים בבחירה, תכנון ותיאום תנועה. לכן, לוקליזציה נזק לא יכול להיות קל כמו שזה נראה.

גישה טיפולית פוטנציאלית אחת לשיפור תפקוד הגפיים בקטועי גפיים כוללת ממשקי מוח-מחשב. שיטה מתקדמת זו מבוססת על אותות אלקטרומיוגרפיים או EMG – התקשורת החשמלית בין נוירונים מוטוריים לתנועות שרירים.

חוקרים מפתחים דרכים לשלב הקלטות EMG עם תותבות גפיים כדי לשלוט בצורה חלקה יותר בהתנהגויות מוטוריות, כמו עמידה, או אפילו הליכה במעלה רמפה.

הרגע צפית בהקדמה של ג'וב למפות מנוע. עכשיו אתה צריך הבנה טובה של איך לעצב ולנהל את הניסוי fMRI, ולבסוף איך לנתח ולפרש את תוצאות הפעלת המוח.

תודה שצפיתם!