Функциональная магнитно-резонансная томография в исследовании динамического картирования головного мозга и когнитивного управления виртуальным игровым сюжетом

Достижения современной лучевой диагностики в клинической практике, г. Томск, 27—28 сентября 2012 г.

Функциональная магнитно-резонансная томография в исследовании динамического картирования головного мозга и когнитивного управления виртуальным игровым сюжетом

1 7 Л -J 1

Резакова М.В. , Мажирина К.Г. ' , Покровский М.А. ' , Савелов А.А. , Савелова О.А. , Штарк М.Б. '

Functional magnetic-resonance tomography in investigation of dynamic brain mapping and cognitive control of virtual gameplay

Rezakova M. V., Mazhirina K. G., Pokrovsky M.A., Savelov A.A., Savelova O.A., Shtark M.B.

1 Институт «Международный томографический центр» СО РАН, г. Новосибирск

2 НИИ молекулярной биологии и биофизики СО РАМН, г. Новосибирск

3 НПФ «Компьютерные системы биоуправления», г. Новосибирск

© Резакова М.В., Мажирина К.Г., Покровский М.А. и др.

Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) — прижизненное неинвазивное динамическое исследование активных мозговых структур в момент их деятельности, базирующееся на различии в магнитном поле свойств оксигемоглобина — носителя кислорода и дезоксигемоглобина — продукта, образующегося в паренхиме мозга. Эти соотношения отражает BOLD-феномен (blood oxygenation level independent) — маркер нейронной активности.

Сформированный мозговой механизм в виде совокупности распределенных вокселей — зон активности, проявляемый средствами фМРТ, является предметом настоящего исследования, посвященного ней-ровизуализации когнитивного управления

виртуальными игровыми сюжетами.

В исследовании приняли участие 16 человек (пра-ворукие добровольцы — мужчины от 20 до 33 лет) с высшим, неоконченным высшим образованием, не имевшие предварительного опыта саморегуляции и не знакомые с технологией биоуправления.

Исследования функциональной стереотопогра-фии когнитивно-мнестических действий проводи-

лись на приборе Achieva Nova Dual (Philips, Нидерланды) с индукцией магнитного поля 1,5 Тл. Основные рабочие Т2*-взвешенные изображения получены с помощью метода 3D Echo Planar Imaging (EPI) с матрицей 64 х 64 х 48, размером воксела 3 х 3 х 3 мм, время повторения TR 1 700 мс, время эха ТЕ 25 мс, что обеспечивало длительность сканирования одного кадра 5 с.

Выполнение обследуемым экспериментального задания предполагает чередование фаз активности и покоя, в связи с чем между игровыми попытками конструировались минутные периоды отдыха. На протяжении всего эксперимента регистрировалась длительность кардиоинтервалов (мс) — мишень произвольного управления.

Играющий волевым усилием управляет одним из аквалангистов, опускающихся на дно, с целью обогнать соперника, скорость которого — это скорость игрока, достигнутая в предыдущей попытке; чтобы победить, испытуемому нужно продемонстрировать развивающиеся навыки саморегуляции — научиться замедлять сердечный ритм.

РезаковаМ.В., МажиринаК.Г., Покровский М.А. и др. фМРТв исследовании динамического картирования головного мозга...

-45

4В

-35

-30

-25

-20

-15

У*

' 'М*

V

10

-5 ^ 0 ^

5 - 10

О «

15 гЛЯ 20 Уш • ♦ /

»

V » ^ » ¥

25

V

о

30 35 40

I «

С >

* ?

~ I

45 50

/ОАЛ

V * •

А *

55

Ч N Л>

До и после процедуры эксперимента испытуемый проходил психолого-диагностическое исследование, предполагавшее оценку его текущего психоэмоционального статуса по шкале реактивной тревожности (РТ) Ч.Д. Спилбергера и Ю.Л. Ханина; опроснику нервно-психического напряжения (НПН) Т.А. Немчина; методике измерения уровня тревожности Тейлора.

Анализ динамики психоэмоционального статуса испытуемых в ходе выполнения основного экспериментального задания показал, что ситуация исследования не несла отрицательной эмоциональной нагрузки, психологический статус испытуемых характеризуется низкими и средними значениями измеряемых свойств: средние баллы по методике НПН равны 51,3 и 50,7; уровень РТ 34,3 и 32,4 балла до и после соответственно.

Анализ материала, полученный у 16 испытуемых, каждый из которых не менее двух раз проходил сеанс обучения когнитивным управлением ЧСС, свидетельствует о следующей последовательности возникновения и развития зон активности.

Исходное состояние (так называемый дефолт) характеризуется предсуществованием в поле 37 по Брод-ману, а также активированных вокселей в средне -височной извилине с двух сторон.

Пик соревновательного сюжета (8—9-я попытка): рост числа и локализации зон активации структур коры: 19, 37, 39, 40, 47 по Бродману — увеличение числа активированных вокселей, их объемов, появление новых зон активации в корковых, мозжечковых и стволовых образованиях; среднетеменной, передне-лобной извилинах, симметричном прекунсусе. По мере развития игрового сюжета вовлекаются зоны активации в парацентральной, лобной и супрамар-гинальной зонах (5, 7, 40, 43 по Бродману), затылоч-но-теменных бороздах (37), парагиппокампальной, средней затылочной, височной и фузиформной извилинах, поясной извилине (зоны Бродмана 23, 24). Наконец, зоны активности возникают симметрично в полушариях мозжечка (черве, миндалине, пирамиде, скате) (рисунок).

Финиш: зоны активности сохраняются в симметричных полушариях: задних долях мозжечка, пирамидах, скате, средних лобных и затылочных извилинах. Размеры сохранившихся вокселей уменьшаются.

Таким образом, стартовая и финишная «территории», создаваемые управляемым игровым сюжетом, существенно отличаются друг от друга.

Основой участия мозжечка в когнитивных процессах, связанных с формированием в результате вир-

Материалы съезда лучевых диагностов Сибири

туального игрового медиатренинга системы согласованных и когнитивных навыков управления, являются его (мозжечка) двусторонние связи с ассоциативными зонами коры, преимущественно контрлатеральных полушарий мозга и с лимборетикулярным комплексом. Речь, видимо, идет о нисходящих и восходящих перекрещенных (двусторонних) кортикопонтоцере-беллярных трактах, т.е. об относительно изолированном существовании путей, идущих к моторной коре и префронтальным отделам мозга. Это обстоятельство, очевидно, определяет возможность автономного ре-

ципрокного взаимодействия когнитивных и двигательных функций.

Локализация динамики зон активности в мозжечке, корковых зонах Бродмана позволяет высказать предположение о том, что мозжечок здесь может выполнять роль модулятора когнитивных функций, регулируя скорость, силу, ритм и точность мышления аналогично перечню свойств регулирования им же двигательных функций, последовательно развертывая во времени программу когнитивных операций в игровом режиме, организованном адаптивной обратной связью.

Поступила в редакцию 24.05.2012 г.

Утверждена к печати 27.06.2012 г.

Для корреспонденции

E-mail: avmavik@tomo.nsc.ru

1 кор.