НЕЙРОВИЗУАЛИЗАЦИЯ И НАУКИ О МОЗГЕ (фМРТ-ЭЭГ СИНЕРГИЯ)

Штарк М.Б.
ФИЦ ФТМ, НИИ молекулярной биологии и биофизики, ул.Тимакова, 2, Новосибирск, 630117, Россия, mark@niimbb.ru

1. Прижизненное нейровизуализационное неинвазивное исследование активных зон мозговых структур в момент их деятельности (функциональная магнитно-резонансная томография - фМРТ) базируется на различии магнитных свойств оксигемоглобина – носителя кислорода и дезоксигемоглобина - продукта, образующегося в местах потребления кислорода, т.е. в паренхиме мозга. Эти соотношения отражает физический феномен BOLD (blood oxygenation level dependent). Когнитивные, сенсомоторные, зрительно-слуховые и речевые операции в норме и патологии обеспечиваются формированием новых и/или реорганизацией предсуществующих нейронных ансамблей (НА). Вызванная внешнесредовыми воздействиями или их (НА) спонтанная активность сопровождается увеличением локального (регионального) кровенаполнения мозговой ткани и изменениями соотношения окси- и дезоксигемоглобина на территории нейрососудистого сцепления.
2. Конкурентоспособность фМРТ в сравнении с существующими технологиями исследования нервной деятельности, в первую очередь, определяется ее исключительным пространственным разрешением и возможностью многократного повторения исследования, что позволяет реконструировать последовательность формирования и внутримозговую стереометрию вновь образующихся и/или актуализацию потенциально предсуществующих НА в режиме восстановительного лечения (нейрореабилитации).
3. Синергичное одномоментное сопряжение фМРТ и ЭЭГ в online создает принципиально новое качество оценки работы реального мозга и лечебно-диагностических вмешательств в широкий круг заболеваний - цереброваскулярную патологию (инфаркт мозга – инсульт), хроническую боль, депрессии, аддиктивные расстройства, болезни Альцгеймера и Паркинсона, делает возможным реализацию «интерактивной стимуляции мозга» – новое поколение нейротерапии. В ней объединяются мониторинг в реальном времени и обучение пациентов одновременному или раздельному когнитивному(волевому) управлению ЭЭГ-фМРТ сигналами мозга. «Мишенью» такого воздействия становятся корковые и подкорковые области –регионы интереса, сконструированные средствами фМРТ-сети, встроенные в ключевые механизмы мозга, а целью – новые знания о нейрофизиологических ресурсах, механизмах их совершенствования и оптимизации деятельности мозга. На наших глазах рождается сетевая нейронаука и новая сетевая лексика. Работа поддержана грантами РФФИ No 17-04-01368 и РНФ No16-15-00183.

NEUROIMAGING AND THE BRAIN SCIENCE (fMRI-EEG SYNERGY)

Stark M.B.
FRC FTM, Research Institute of Molecular Biology and Biophysics, 2, Timakova str., Novosibirsk, 630117, Russia, mark@niimbb.ru

1. In vivo non-invasive neuroimaging of active zones of the brain structures during their activity (functional magnetic resonance imaging, fMRI) is based on the difference of the magnetic properties of oxyhemoglobin, an oxygen carrier, and deoxyhemoglobin, that is produced in oxygen consumption areas, in the brain parenchyma. These relations are reflected as the BOLD (blood oxygenation level dependent) physical phenomenon. Cognitive, sensorimotor, visual, auditory, and speech operations under normal and pathology conditions are provided by a formation of new and/or a reorganization of pre-existing neural ensembles (NE). The spontaneous activity caused by external influences or NE own activity is accompanied by an increase in local (regional) blood circulation of the brain tissue and by the changes of oxyhemoglobin and deoxyhemoglobin ratio at the territory of neurovascular coupling.
2. The competitiveness of fMRI in comparison with the existing technologies of nervous activity studying is primarily determined by its exceptional spatial resolution and the possibility of multiple repetition of the study, which allows reconstructing the sequence of formation and the intracerebral stereometry of newly formed and/or actualization of potentially pre-existing HE during neurorehabilitation.
3. The synergistic one-time online conjugation of fMRI and EEG creates a principally new quality of evaluation of real brain operation, therapy and diagnostics of a wide range of diseases (cerebrovascular pathology (cerebral infarction - stroke), chronic pain, depression, addictive disorders, Alzheimer and Parkinson diseases). It allows implementing "interactive brain stimulation", a new generation of neurotherapy. It combines real time monitoring and patients training based on simultaneous or separate EEG-fMRI cognitive (volitional) control of brain signals. This influence targets cortical and subcortical areas (regions of interest); networks constructed by means of fMRI built into the key mechanisms of the brain, and the aim of it is obtaining a new knowledge about neurophysiological resources, mechanisms of their improvement, and optimization of the brain activity. The network neuroscience and new network vocabulary are created before our very eyes. The work is supported by RFBR grants No. 17-04-01368 and RNF No 16-15-00183.
 

Search