ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2012, том 62, № 5, с. 629-640
= МЕТОДИКА =
УДК 612.821
ЛОКАЛИЗАЦИЯ МОТОРНЫХ ЗОН КОРЫ МОЗГА ЧЕЛОВЕКА МЕТОДОМ
МАГНИТОЭНЦЕФАЛОГРАФИИ
© 2012 г. Н. В. Чаянов1, А. О. Прокофьев2, А. А. Морозов3, Т. А. Строганова1
1Московский городской психолого-педагогический университет, 2Учреждение РАО Психологический институт, 3Институтрадиотехники и электроники РАН, Москва, e-mail: vpf_child@mail.ru Поступила в редакцию 16.01.2012 г.
Принята в печать 29.02.2012 г.
В опытах на 16 здоровых добровольцах исследовали магнитные ответы мозга, вызванные произвольным движением указательного пальца левой или правой руки. Вызванный моторный ответ получали усреднением относительно момента, связанного с началом движения, который определяли по актограмме. Результаты дипольного моделирования показали, что при групповом усреднении максимум поля готовности (Bereitschaftspotential) объясняется источником, локализующимся в контралатеральных движению областях коры, соответствующих по анатомическим маркерам представительству кисти руки в первичной моторной коре. Поле готовности у отдельных испытуемых локализовалось как в пре-, так и в постцентральной извилине. Выявленные межиндивидуальные различия в локализации этого поля могут быть связаны с одновременной активацией зон коры, составляющих сенсомоторный комплекс. Исследование показало, что однодипольное моделирование может быть использовано для локализации сен-сомоторного комплекса в целом, однако недостаточно для разделения его компонентов у отдельных испытуемых.
Ключевые слова: актограмма, магнитоэнцефалография, первичная моторная кора, дипольное моделирование, поле готовности.
Localization of Cortical Motor Areas in Humans by Magnetoencephalography
N. V. Chayanov, A. O. Prokofyev, A. A. Morozov, T. A. Stroganova
Moscow State University of Psychology and Education, Psychological Institute, Russian Academy of Education, Institute of Radio Engineering and Electronics, Russian Academy of Sciences, Moscow,
e-mail: vpf_child@mail.ru
Movement-related MEG activity initiated by voluntary unilateral index finger movement was studied in 16 normal volunteers. Evoked motor field response was obtained by averaging with respect to movement onset detected by the actogram. Group averaging of single dipole solutions for the peak of the readiness field (Bereitschaftspotential) revealed activation of the cortical area corresponding to typical motor representation of the hand. Individual data showed strong individual differences in dipole localization, which may be associated with simultaneous activation of sensorimotor cortical areas. Readiness field obtained from each individual was localized either in the pre- or post-central gyrus. Individual differences in the localization may be related to simultaneous activation of the cortical areas incorporated in the sensorimotor complex. The study demonstrates that single dipole modeling may be used for the localization of the sensorimotor complex, but it is insufficient to separate the activity components of this complex.
Keywords: actogram, MEG, primary motor cortex, dipole modeling, readiness field.
Одной из главных задач обследования пациентов, ожидающих нейрохирургической операции на головном мозге, является анатомическое сопоставление зоны предполагаемой резекции c невосполнимыми в случае повреждения зонами коры мозга [6], такими как первичная моторная кора (М1, поле 4 по Бродману [5]). Наиболее востребованным в клинической практике является локализация представительства руки в зоне М1. Моторное представительство руки в зоне М1 обладает соматотопическим строением [20] и, как правило, находится в изгибе центральной извилины, на сагиттальном срезе, напоминающем греческую букву "омега" или (в ряде случаев) "эпсилон" [30].
Вместе с тем идентификация местоположения первичной моторной коры (М1) с помощью неинвазивных методов обследования является до конца нерешенной задачей и не сводится к поиску анатомического маркера. Различные индивидуальные морфологические изменения — последствия поражений ЦНС, оперативного вмешательства, результат пластических изменений ЦНС и ее реорганизации (например, при эпилепсии [15]) — могут приводить к смещению локализации функциональных зон коры относительно их "стандартного" расположения [13].
Попытки локализации моторных зон с помощью метода функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) дают результаты, иллюстрирующие сложность и мно-госоставность изменений локального кровотока в коре мозга, связанных с организацией движения [21], в том числе активацию моторных зон в коре полушария, ипсилатерального движению [18]. Описаны случаи аномальной активации при ряде нарушений работы мозга и связанных с этим сложностей интерпретации данных фМРТ [19].
Магнитоэнцефалография (МЭГ), обладая высоким пространственно-временным разрешением, при корегистрации с МРТ может использоваться для локализации корковых источников мозговой активности и, в частности, при точном определении местоположения моторных зон коры. Методика вызванных потенциалов/полей, применяемая в ЭЭГ- и МЭГ-исследованиях, представляет собой событийно-зависимое усреднение энцефалограммы [10], где в качестве событий могут быть использованы как внешние стимулы, так и произвольная активность испытуемого (например, движение). Вызванные
потенциалы относительно момента времени, соответствующего началу движения, содержат несколько компонентов, в том числе компонент, предшествующих началу движения, — потенциал готовности (Bereitschaftspotential, readiness field), — медленный подъем амплитуды сигнала, возникающий за сотни миллисекунд до начала движения и обрывающийся непосредственно перед ним [2, 7, 27].
Активность собственно первичной моторной коры (зоны М1) связывают с пиком " потенциал а/поля готовности" [7, 27]. По данным исследований с использованием ко-регистрации МЭГ и МРТ и методики ди-польной локализации источник активности в пике поля готовности (ПГ) находится в зоне предполагаемого моторного представительства руки — "омеговидном" участке центральной извилины [24, 26].
В настоящей работе мы попытались воспроизвести стандартную экспериментальную парадигму получения ПГ. С этой целью испытуемые осуществляли серию произвольных движений указательным пальцем руки с интервалом между движениями от 2 до 4 с (см, например, [7]). Мы применили метод определения начала движения по актограмме — сигналу акселерометра, прикрепленного к пальцу руки. Ранее было показано, что этот прибор пригоден для исследований, целью которых является точное определение местоположения зоны М1 [3, 4]. Мы предполагали, что актограмма позволит точнее определить момент начала движения, чем оптический датчик и электромиограмма (ЭМГ). Аналогичный подход на основе анализа вызванных магнитных полей, связанных с произвольным движением пальца, уже применялся прежде [4], поэтому мы ожидали получить результаты, сходные с полученными ранее.
МЕТОДИКА
Испытуемые. В исследовании приняли участие 16 здоровых добровольцев (9 мужчин, 7 женщин) в возрасте от 18 до 32 лет (средний возраст 23 года 6 мес.). Все испытуемые были правшами и дали информированное согласие на участие в исследовании.
Процедура. Перед началом эксперимента с помощью устройства трехмерной оцифровки "FASTRAK" ("Polhemus", США) определяли координаты анатомических реперных точек (левая и правая преаурикулярные точки и на-зион), а также четырех индикаторных кату-
шек индуктивности, прикрепленных к поверхности скальпа испытуемого в верхней части лба и за ушными раковинами. Магнитоэнцефалограмму регистрировали с помощью 306-канального аппаратно-программного комплекса "VfectorView" ("Elekta Neuromag Oy", Финляндия), сенсорный массив которого покрывает всю поверхность головы и состоит из 102 триплетов по два пла-нарных градиентометра и магнитометр, измеряющих взаимно ортогональные компоненты магнитного поля.
Ускорение пальца при движении измеряли с помощью акселерометра "ADXL330 iM-EMS" ("Analog Devices Inc.", США), прикрепленного к ногтю указательного пальца. У 7 испытуемых также записывали сигнал от прерывания пальцем светового потока на световом датчике — имитаторе кнопки (в момент подъема пальца фиксировали размыкание отраженного светового потока между приемным и передающим световодами). У 12 испытуемых регистрировали электромио-грамму в биполярном отведении, расположенном над разгибателем указательного пальца (musculus extensor indicis) на тыльной стороне предплечья.
Во время эксперимента испытуемый сидел в магнитоэкранированной камере, его голова была помещена под сенсорный массив таким образом, чтобы поверхность головы находилась максимально близко к сенсорам. Испытуемого просили положить ладони перед собой на специальный столик, расслабиться и произвольно совершать указательным пальцем резкие движения подъема с частотой раз в 2—4 с, а затем возвращать палец в исходное положение.
Запись сигналов МЭГ, ЭМГ и акселерометра производилась с частотой дискретизации 1000 Гц при полосе пропускания 0.1—330 Гц. Положение головы относительно массива сенсоров в ходе эксперимента отслеживалось в реальном времени с помощью индикаторных катушек индуктивности. Экспериментальные сессии проводили раздельно для левой и правой руки, длительность каждой сессии составляла около 8 мин.
МЭГ-МРТ-корегистрация (наложение системы координат МЭГ на индивидуальные МРТ-изображения мозга) проводилась для индивидуальных последовательностей из 160 структурных Т1-взвешенных изображений МРТ в сагиттальной плоскости, сделанных
при помощи 1.5Т сканера "Siemens" (Германия), толщина среза 1 мм. Координаты анатомических точек использовали при совмещении данных МЭГ с изображением головного мозга испытуемого, полученным с помощью МРТ.
Обработка данных. Удаление артефактов записи и коррекцию положения головы проводили с помощью метода пространственно-времен^го разделения сигналов (программа "MaxFilter", "Elekta Neuromag Oy", Финляндия). Вызванные поля усредняли относительно момента предполагаемого начала движения по сигналу, получаемому с оси Y
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.