운동 지도

모터 정보는 1 차적인 모터 피질의 해부학 적 분열에 따라 조직되어 뇌의 지형지도를 만듭니다.

중앙 지방 자이루스에 위치한 신체의 피질 표현은 모터 homunculus로 구성됩니다 -"작은 사람"-그리고 발가락을 제어하는 영역이 내측 벽에서 발견되고 혀가 측면 황액 근처에 위치하도록 반전 된 방식으로 배치됩니다.

또한 손과 관련 숫자와 같은 보다 미세한 자발적 모터 제어를 필요로 하는 신체 부위는 엉덩이와 같은 정밀한 조작을 필요로 하지 않는 해부학적 특징에 비해 피질에 더 큰 표현을 가지고 있습니다.

homunculus는 또한 측면화, 왼쪽 기본 모터 피질의 뉴런으로-본체의 오른쪽을 제어 하는 여기 표시, 그리고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 따라서, 개인이 오른쪽 엉덩이를 움직일 때, 이산 영역 내에서 왼쪽 중앙 자이루스에 피질 활성화가 증가한다.

이 비디오는 참가자가 손이나 발을 움직일 때 뇌 활동을 수집하고 분석하는 방법을 포함하여 인간의 1 차 모터 피질의 신체 매핑 조직을 시연하기 위해 현대 기능 신경 이미징을 사용하는 실험을 자세히 설명합니다.

이 실험에서 뇌 활동은 fMRI로 축약된 기능성 자기 공명 이미징을 사용하여 측정되며, 참가자들은 왼쪽 또는 오른손의 숫자와 같이 다른 신체 부위를 반복적으로 움직입니다.

이 기술은 BOLD-혈액-산소-수준-의존-응답이라고 하는 혈액 산소화 수준에 있는 변경에 의존합니다. 방법 의 원리를 자세히 보려면 JOVE의 신경 과학 컬렉션, fMRI : 기능적 자기 공명 이미징의다른 비디오를 참조하십시오.

여기에 제시된 맥락에서, 왼발과 같은 신체 부위가 앞뒤로 구부러질 때, 뇌의 동맥에 의해 공급되는 산소대뇌 혈류는 1차 운동 피질과 같은 이 운동 중에 활성화되는 신경 영역으로 증가합니다.

그러나, 이 혈역학 반응은 실제 물리적 운동 보다는 더 느리게 생깁니다, 이는 행동이 휴식의 기간으로 분리될 것을 보증합니다.

따라서, 각 신체 운동은 왼손잡이, 왼발, 오른손 및 오른발의 네 가지 조건을 구별하는 데 정확하게 시간이 정해져 있습니다.

예를 들어 fMRI 기계의 참가자는 프레젠테이션 화면왼쪽에 나타날 때 왼손을 제스처하기 시작하도록 요청받습니다.

필요한 손 움직임은 실제로 복잡하며 포인터부터 시작하여 엄지 손가락을 순서대로 각 손가락에 터치하는 것을 포함합니다. 그런 다음 참가자는 핑키로 시작하여 반대 방향으로 이러한 작업을 반복해야 합니다.

이 경우 왼쪽 그림이 화면에서 사라지면 움직임이 중지됩니다.

마찬가지로, 오른쪽에 발을 볼 때 이미지가 사라질 때까지 반복적으로 아래로 밀어 오른발을 움직이라는 지시를 받습니다.

여기서, 종속 변수는 손이나 발에서 의한 운동 후 BOLD 반응의 강도이며, 이는 특정 뇌 영역으로 국한될 수 있다.

왼손 운동의 경우, 뇌 활성화는 주로 중앙 지방 자이러스의 오른쪽 등측 표면에 기대됩니다. 대조적으로, 오른손 의 움직임에 대 한, 뇌 활성화 왼쪽 등측 표면에 예상 된다. 이러한 결과는 측면 모터 homunculus와 일치합니다.

실험에 앞서, 오른손잡이이거나, 정상 또는 교정된 시력을 가지고 있거나, 몸에 금속 임플란트가 없거나, 실험적 통제 및 안전 문제로 밀실 공포증을 앓고 있는 참가자를 모집합니다.

방사선 전문의가 부수적 인 발견의 경우 자신의 이미지를 보고뿐만 아니라 연구의 위험과 이점을 자세히 설명하는 동의와 같은 세션 중 건강 및 안전 문제와 관련된 질문을 포함하는 사전 스캔 서류를 작성하도록하십시오.

또한 참가자에게 시계, 휴대폰, 지갑, 열쇠, 벨트, 동전 등 모든 금속 물체를 몸에서 제거하여 스캔룸에 들어갈 준비를 하도록 요청합니다.

다음으로 작업 규칙을 설명합니다: 이동해야 하는 부속체(이 경우 발은 화면의 해당 측면에 시각적 신호로 나타납니다). 상상의 페달을 밟는 것처럼 반복적으로 누르고 발을 움직여야 하는 방법을 보여 준다.

손 큐가 나타나면 엄지손가락을 같은 손의 각 손가락에 순서대로 터치한 다음 이 시퀀스를 반대로 반복해야 합니다.

이제 참가자를 이미징 룸으로 데려오십시오. 귀마개를 제공하여 시끄러운 소음과 이어폰으로부터 귀를 보호하여 세션 중에 추가 통신을 들을 수 있도록 합니다. 코일에 머리를 대고 침대에 누워 스캔 하는 동안 과도한 움직임과 흐림을 피하기 위해 거품 패드로 고정하십시오.

참가자의 눈 위에 는 스캐너 보어 뒤쪽에 화면을 반사하는 거울을 놓습니다. 그런 다음 비상 시 사용할 스퀴즈 볼을 제공합니다. 또한 전체 시간을 가능한 한 계속 유지하는 것이 매우 중요하다는 것을 상기시켜줍니다.

기계 내부의 참가자를 안내한 후 먼저 고해상도 해부학 이미지를 수집합니다. 기능적 부분을 시작하려면 자극 프레젠테이션을 스캐너의 시작과 동기화합니다.

프로젝터에 연결된 랩톱을 통해 시각적 신호를 12s에 각각 표시하고 12s의 휴식 기준선을 제시합니다. 왼손, 오른손, 왼발, 오른발 등 네 가지 조건 간의 번갈아 가며 6.5분 이내에 각각 4회 반복됩니다.

스캔이 완료되면 참가자를 방에서 내쫓습니다. 그들을 브리핑하고 연구에 참여한 것에 대한 보상을 제공합니다.

분석의 첫 번째 단계로, 아티팩트를 줄이기 위해 모션 보정을 수행하여 데이터를 사전 처리, 신호 드리프트를 제거하는 시간적 필터링, 공간 스무딩을 통해 신호 대 잡음 비율을 증가시.

이러한 데이터를 사용하여 각 작업 조건에 대해 예상되는 혈역학 적 반응 모델을 만듭니다. 그런 다음 이 모델에 데이터를 맞게 각 주체에 대한 통계 맵이 생성되며, 각 복셀의 값(3D 볼륨 픽셀)은 해당 복셀이 작업 조건에 관여하는 정도를 나타냅니다.

참가자의 뇌를 표준 아틀라스에 등록하여 각 참가자에 걸쳐 데이터를 결합합니다. 그런 다음 참가자 간에 모든 통계 맵을 결합하여 그룹 수준 분석을 합니다. 혈류의 변화는 뇌 표면의 다른 색상으로 표시됩니다.

파란색으로 표시된 오른손의 움직임은 중앙 자이러스의 왼쪽 측면 표면에 가장 큰 활성화를 일으켰고, 녹색으로 표현된 왼손을 교감하는 한편 오른쪽 측면 표면에서 가장 큰 활성화를 일으켰습니다.

또한, 라이트 블루로 표시된 오른발을 구부리면 왼쪽 내측 표면에 활성화가 생성되었으며, 왼쪽 발 움직임에 대한 가장 큰 활성화는 노란색으로 오른쪽 내측 표면에 있었습니다.

이러한 결과는 모터 동작이 두 반구의 1차 모터 피질의 이산 영역으로 국소화될 수 있음을 시사하며, 이는 모터 호문큘러스를 지원합니다.

이제 fMRI 실험을 실행하여 1차 모터 피질의 조직을 관찰하고, 뇌가 손상 후 또는 보철 사지의 부착 후 의움직임을 관리하는 방법을 생각해 봅시다.

뇌졸중과 같은 왼쪽 중앙 자이루스의 손상은 신체의 오른쪽 이동에 어려움을 초래할 수 있습니다.

이 비디오에서 배운 바와 같이, 영향을 받는 특정 부품은 부상의 정도에 따라 달라집니다: 손상은 작고 한 손가락에 영향을 미치거나 모든 숫자와 전체 팔에 영향을 줄 만큼 충분히 커질 수 있습니다.

표현은 간단해 보이지만, 기본 모터 피질은 운동의 선택, 계획 및 조정에 관여하는 영역의 광범위한 네트워크 내에서 세그먼트이기 때문에 단독으로 작동하지 않습니다. 따라서, 지역화 손상은 보이는 만큼 쉽지 않을 수 있습니다.

수족 절단에 사지 기능을 개선 하기 위한 한 가지 잠재적인 치료 접근 은 뇌 컴퓨터 인터페이스를 포함. 이 기술적으로 진보 된 방법은 전기 동, 또는 EMG 신호 -모터 뉴런과 근육 운동 사이의 전기 통신을 기반으로합니다.

연구원은 EMG 기록을 사지 보철물과 통합하여 서 있거나 경사로를 걷는 것과 같은 모터 행동을 보다 원활하게 제어하는 방법을 개발하고 있습니다.

당신은 모터지도에 JoVE의 소개를 보았다. 지금 당신은 설계하고 fMRI 실험을 수행하는 방법에 대한 좋은 이해를 가지고 있어야합니다, 마지막으로 분석하고 뇌 활성화 결과를 해석하는 방법.

시청해 주셔서 감사합니다!