ЖУРНАЛ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ, 2013, том 63, № 2, с. 195-204
^ ОБЗОРЫ, ^^^^^^^^^^^^
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СТАТЬИ
УДК 616.74-009.11
ВООБРАЖЕНИЕ ДВИЖЕНИЯ И ЕГО ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИМЕНЕНИЕ
© 2013 г. О. А. Мокиенко1, 2, Л. А. Черникова2, А. А. Фролов1, 3, П. Д. Бобров1, 3
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт высшей нервной деятельности
и нейрофизиологии Российской академии наук, Москва, 2 Федеральное государственное бюджетное учреждение Научный центр неврологии Российской академии медицинских наук, Москва, 3 Остравский технический университет, Острава, Чешская Республика, e-mail: oamokienko@gmail.com Поступила в редакцию 07.09.2012 г. Принята в печать 19.10.2012 г.
Физиологические механизмы, лежащие в основе процесса воображения движения, во многом сходны с механизмами двигательного контроля, что можно использовать для реабилитации пациентов с двигательными нарушениями. У пациентов с грубым парезом воображение движения может быть единственным методом, направленным на двигательное восстановление. В связи с этим в последнее десятилетие возрос интерес к изучению функции воображения движения. Контролировать тренировки воображения движения можно с помощью технологии интерфейс мозг — компьютер.
Ключевые слова: воображение движения, двигательная система, нейрореабилитация, интерфейс мозг — компьютер.
Motor Imagery and its Practical Application
O. A. Mokienko, L. A. Chernikova, A. A. Frolov, P. D. Bobrov
Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology, Russian Academy of Sciences, Moscow, Scientific Center of Neurology, Russian Academy of Medical Sciences, Moscow, Technical University of Ostrava, Czech Republic, e-mail: oamokienko@gmail.com
The mechanisms underlying the process of motor imagery are similar to the motor control mechanisms. It can be used for motor learning in patients with movement disorders. Motor imagery may be the only one method for recovery of motor function in patients with severe paresis. It was the prerequisite of increased scientist interest in motor imagery during last decade. Brain-computer interface technology can support the motor imagery trainings.
Keywords: motor imagery, motor system, neurorehabilitation, brain — computer interface. DOI: 10.7868/S0044467713020056
Воображение движения относится к когнитивно-перцептивным процессам; это мысленное выполнение движения, не сопровождающееся какой-либо периферической (мышечной) активностью. Разделяют визуальное и кинестетическое воображение движений. В первом случае человек представляет зрительный образ собственного движения, рассматривая его как бы от третьего лица. Во втором случае он создает кинестетическое ощущение
движения. В последние годы изучению функции воображения движения уделяется особое внимание в связи с рядом предпосылок. Во-первых, показано, что при воображении движения происходит сознательная активация областей мозга, которые также участвуют в подготовке движения и в его совершении [28, 39]. Это можно использовать в нейрореабилитации пациентов с грубыми постинсультными парезами, так как существующие методики
двигательного обучения, основанные на активном использовании парализованной конечности, неприемлемы для данной категории пациентов. Также подобные тренировки могут быть использованы у пациентов с легкими двигательными нарушениями для обучения более правильному планированию движения и повышению точности его выполнения [57]. Во-вторых, кинестетическое воображение движения — самая частая парадигма для использования неинвазивных интерфейсов мозг — компьютер [1, 40], поэтому изучение физиологических основ этого процесса может способствовать их дальнейшему совершенствованию. И наконец, в-третьих, такая функция нервной системы в настоящее время мало изучена, поэтому фундаментальные нейрофизиологические исследования с использованием современных методов нейро-визуализации позволят глубже изучить физиологию двигательной нервной системы и механизмы нейропластичности.
В настоящем обзоре обсуждаются исследования, посвященные главным образом кинестетическому воображению движения, а также возможностям его применения для двигательной реабилитации.
АНАТОМО-ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
Как показано в многочисленных исследованиях с участием здоровых людей, во время воображения движения происходит активация тех же структур головного мозга, которые активируются и при произвольных движениях. Но при воображении движения степень активации ЦНС, как правило, слабее, чем при его выполнении, а конечная эфферентная команда отсутствует или подавляется. К структурам, вовлеченным в процесс воображения движения, относятся: премоторная и дополнительная моторная зоны (поле 6 по Бродману), области париетальной коры и цингулярной извилины, базальные ганглии и мозжечок [17, 38, 53]. Известна роль данных структур головного мозга в планировании и контроле выполнения движений. Также в этих исследованиях была показана активация первичной моторной коры (поле 4 по Бродману). В то же время в других аналогичных работах не наблюдалось активации данной области во время воображения движения [13, 25, 44]. В связи с этим многие авторы считают, что активация первичной двигательной
зоны необязательна для воображения движения. Эта область коры вовлечена прежде всего в совершение движений, чего не происходит при их воображении. К тому же в исследовании А. Сиригу с коллегами было показано, что пациент с очагом инсульта в области первичной моторной коры был способен воображать движение так же, как и здоровые люди [56].
Кроме того, воображение движения различных частей тела (ноги, руки, языка) сопровождается активацией коры головного мозга по соматотопическому типу, что подтверждается результатами исследований с применением функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) [12, 19, 60].
Эти данные согласуются с более ранними исследованиями, в которых с помощью транскраниальной магнитной стимуляции (ТМС) изучали влияние воображения движения на возбудимость кортико-спинального тракта. Группа ученых из Великобритании исследовала изменения амплитуды двигательных вызванных потенциалов, индуцированных транскраниальной магнитной стимуляцией левой моторной коры во время воображения движения. Амплитуда вызванных электромиографических ответов с мышц-сгибателей была выше в фазе воображения участником эксперимента сгибания кисти, чем при воображении разгибания, и наоборот — амплитуда сигналов с мышц-разгибателей была выше в фазу воображения разгибания [26]. Тем самым было показано, что во время воображения движения возбудимость кортико-спинального тракта модулируется теми же временными и пространственными характеристиками, что и при совершении фактического движения. Позднее аналогичные результаты были получены С. Стинир с соавторами в 2006 г. В данном исследовании было показано, что именно кинестетическое, но не визуальное воображение движения может модулировать возбудимость двигательных структур на супраспинальном уровне [59].
Кроме того, результаты исследования под руководством Л. Фарига с использованием ТМС дают основания предположить существование латерализации функции воображения движения с доминированием левого полушария [20]. В этом исследовании проводилась магнитная стимуляция правой и левой двигательной коры и одновременная регистрация вызванных потенциалов с мышц руки во время воображения сжатия и разжатия кисти. При магнитной стимуляции левой мо-
торной коры увеличивалась возбудимость кортико-спинального тракта во время воображения движения как правой, так и левой руки, в то время как при стимуляции правой моторной коры подобный эффект наблюдался только при воображении движения левой руки.
Каким же образом воображение движения модулирует возбудимость кортико-спиналь-ного тракта? Согласно Ж. Аббруззис с соавторами модуляция происходит за счет значительного подавления процессов ингибирова-ния на корковом уровне [2]. Показав в своем эксперименте, что воображение движения не влияет на Н-рефлекс, Р. Хашимото также предположил, что изменение возбудимости двигательного тракта имеет корковое происхождение [26].
Хотя большинство исследований в данной области ориентировано на воображение движения рук (пальцев) или языка, важно отметить, что активация соответствующих корковых представительств также происходит во время воображения крупных движений. Ф. Малоуин с соавторами сообщают об активации первичной моторной коры и зоны, прилегающей к дополнительной моторной коре во время воображения локомоторных движений, что было показано в исследовании с применением позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) [34].
Совершение движения и воображение движения также имеют общие электроэнцефалографические признаки: модуляция сенсорно-моторного ритма, или мю-ритма. Этот ритм в частотных диапазонах 7—13 Гц ("мю-альфа") и 14—26 Гц ("мю-бета") регистрируется над первичными областями соматосен-сорной и двигательной коры в покое. Во время совершения движения, подготовки к движению или воображения движения происходит уменьшение (или десинхронизация) сенсорно-моторного ритма в корковых представительствах исполняющего движение органа. Увеличение мю-ритма, т.е. синхронизация, связанная с событием, наблюдается после движения и во время расслабления [47]. Долгое время считалось, что мю-ритм может быть зарегистрирован только у небольшого процента популяции (лишь в 15% случаев), однако в последние годы, благодаря появлению новых методов обработки ЭЭГ, было показано, что мю-ритм может регистрироваться практически у всех людей [33]. Также показано, что у пациентов, перенесших инсульт, при выпол-
нении движения и при представлении движения задействованы в основном компоненты мю-ритма как для здоровой, так и для парализованной руки [37].
Между воображением движения и его выполнением существуют сходства и в поведенческой сфере. Известно, что воображение движения и его осуществление практически одинаковы по длительности. Этот феномен получил название "ментальный изохронизм". Время, затрачиваемое на мысленный поворот руки, аналогично времени совершения реального аналогичного дв
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.