Методика фМРТ анализа двигательной функциональной системы у пациентов после тяжелой черепно-мозговой травмы

Цель исследования — выявить изменения структуры двигательной функциональной системы в норме и у пациентов при разной степени гемипареза после тяжелой черепно-мозговой травмы (ЧМТ).

Материал и методы. В исследование включили 52 человека (29 пациентов в возрасте от 18 до 35 лет, перенесших ЧМТ, и 23 здоровых испытуемых в возрасте от 20 до 32 лет). Проводили комплексное клиническое и нейровизуализационное исследование. Нарушение движений исследовали по пятибалльной шкале оценки мышечной силы. Данные фМРТ обрабатывали с помощью специализированного пакета программ CONN. Создавали «маску» двигательной функциональной системы по заданным зонам интереса (regions of interest, ROI) в объеме головного мозга. Затем вычисляли групповые показатели коннективности (статистическая значимость связи).

Результаты. Установили, что при самостоятельном движении правой (ведущей) рукой у здоровых людей структура связей определяется формированием фокуса корковых и подкорковых зонах интереса контралатерального движению полушария. При пассивном движении правой рукой в дополнение к активированным областям функционально активным становится бледный шар. По мере нарастания пареза при активном движении появлялась активность структур стриопаллидарной системы с двух сторон, появлялась связанность дополнительной моторной коры и моторной коры ипсилатерального полушария. При пассивном движении определяли фокус двигательной активности в моторной коре и скорлупе, что позволяет применять пассивную пробу у пациентов с грубыми двигательными нарушениями или без сознания для полноценной оценки всей двигательной функциональной системы головного мозга.

Заключение. По мере нарастания гемипареза у пациентов после тяжелой черепно-мозговой травмы отметили уменьшение общего количества связанностей; при этом включались более древние структуры в виде активизации бледного шара с двух сторон, что отражает нейропластические процессы.

1. Лихтерман Л.Б., Кравчук А.Д., Охлопков В.А. Учение о последствиях черепно-мозговой травмы Часть I. Дефиниции, классификация, клиническая и количественно-томографическая синдромология. Клинический разбор в общей медицине. 2021; 2 (5): 25-29. DOI: 10.47407/kr2021.2.5.00067.

2. D'Souza M.M., Kumar M., Choudhary A., Kaur P., Kumar P., Rana P., Trivedi R. et al. Alterations of connectivity patterns in functional brain networks in patients with mild traumatic brain injury: a longitudinal resting-state functional magnetic resonance imaging study. Neuroradioly J. 2020; 33 (2): 186-197. DOI: 10.1177/1971400920901706. PMID: 31992126.

3. Shi J., Teng J., Du X., Li N. Multi-modal analysis of restingstate fMRI data in mTBI patients and association with neuropsychological outcomes. Front Neurol. 2021; 12: 639760. DOI: 10.3389/fneur.2021.639760. PMID: 34079510.

4. Zhang J., Safar K., Emami Z., Ibrahim G.M., Scratch S.E., da Costa L., Dunkley B.T. Local and large-scale beta oscillatory dysfunction in males with mild traumatic brain injury. J Neurophysiol. 2020; 124 (6): 1948-1958. DOI: 10.1152/jn.00333.2020. PMID: 33052746.

5. Boone D.R., Weisz H.A., Willey H.E., Torres K.E.O., Falduto M.T., Sinha M., Spratt H. et al. Traumatic brain injury induces long-lasting changes in immune and regenerative signaling. PLoS One. 2019; 14 (4): e0214741. DOI: 10.1371/journal.pone.0214741. PMID: 30943276.

6. Caeyenberghs K., Verhelst H., Clemente A., Wilson P.H. Mapping the functional connectome in traumatic brain injury: what can graph metrics tell us? Neuroimage. 2017; 160: 113-123. DOI: 10.1016/j.neuroimage.2016.12.003. PMID: 27919750.

7. Chaban V., Clarke G.J.B., Skandsen T., Islam R., Einarsen C.E., Vik A., Damas J.K. et al. Systemic inflammation persists the first year after mild traumatic brain injury: results from the prospective Trondheim mild traumatic brain injury study. J Neurotrauma. 2020; 37 (19): 2120-2130. DOI: 10.1089/neu.2019.6963. PMID: 32326805.

8. Кирячков Ю.Ю., Гречко А.В., Колесов Д.Л., Логинов А.А., Петрова М.В., Рубанес М., Пряников И.В. Мониторинг эффективности интенсивной терапии и реабилитации по функциональной активности автономной нервной системы у пациентов с повреждениями головного мозга. Общая реаниматология. 2018; 14 (4): 21-34. DOI: 10.15360/1813-9779-2018-4-21-34.

9. Кондратьева Е.А., Синкин М.В., Шарова Е.В., Лоуренс С., Кондратьев А.Н. Действие золпидема при длительном нарушении сознания (клиническое наблюдение). Общая реаниматология. 2019; 15 (5): 44-60. DOI: 10.15360/1813-9779-2019-58.

10. Екушева Е.В., Комазов А.А. Нарушение тонкой моторики кисти после латерализованного инсульта: процессы нейропластичности и сенсомоторной интеграции. Клиническая практика. 2019; 10 (1): 16-22. DOI: 10.17816/clin-pract10116-22.

11. Кадыков А.С., Шахпаронова Н.В., Белопасова А.В., Пряников И.В. Нейропластичность и восстановление нарушенных функций после инсульта. Физическая и реабилитационная медицина, медицинская реабилитация. 2019; 1 (2): 32-36. DOI: 10.36425/2658-6843-19184.

12. Hallett M.L., de Haan W., Deco G., Dengler R., Di Iorio R., Gallea C., Gerloff C. et al. Human brain connectivity: clinical applications for clinical neurophysiology. Clin Neurophysiol 2020; 131 (7): 1621-1651. DOI: 10.1016/j.clinph.2020.03.031. PMID: 32417703.

13. Штарк М.Б. Коростышевская А.М. Резакова М.В., Савелов А.А. Функциональная магнитно-резонансная томография и нейронауки. Успехи физиологических наук. 2012; 43 (1): 3-29. УДК: 612.82; 616-073.8: 611.81.

14. Rispoli V., Schreglmann S.R., Bhatia K.P. Neuroimaging advances in Parkinson's disease. Curr Opin Neurol. 2018; 31 (4): 415-424. DOI: 10.1097/WCO.0000000000000584. PMID: 29878908.

15. Sharova E.V., Pogosbekian E.L., Korobkova E.V., Zaitsev O.S., Zakharova N.E., Chelyapina M.V., Fadeeva L.M. et al. Inter hemispheric connectivity and attention in patients with disorders of consciousness after severe traumatic brain injury. J Neurol Stroke. 2018; 8 (4): 245-253. DOI: 10.15406/jnsk.2018.08.00319.

16. Teasdale G., Jennett B. Assessment of coma and impaired consciousness. A practical scale. Lancet. 1974; 2 (7872): 81-84. DOI: 10.1016/S0140-6736 (74)91639-0. PMID: 4136544.

17. Wade D.T. Measurement in neurological rehabilitation. Curr Opin Neurol Neurosurg. 1992; 5 (5): 682-686. PMID: 1392142.

18. Шарова Е.В., Болдырева Г.Н., Лысачев Д.А., Куликов М.А., Жаворонкова Л.А., Челяпина-Постникова М.В., Попов В.В. и соавт. ЭЭГ-корреляты пассивного движения руки у пациентов с черепно-мозговой травмой при сохранном двигательном фМРТ-ответе. Физиология человека. 2019; 45 (5): 30-40. DOI: 10.1134/S0131164619050175.

19. Болдырева Г.Н., Шарова Е.В., Жаворонкова Л.А., Челяпина М.В., Дубровская Л.П., Симонова О.А., Смирнов А.С. и соавт. ФМРТ и ЭЭГ реакции мозга здорового человека при активных и пассивных движениях ведущей рукой. Журнал высшей нервной деятельности им. И.П. Павлова. 2014; 64 (5): 488-488. DOI: 10.7868/S0044467714050049.

20. Шарова Е.В., Котович Ю.В., Дезаараюо Я.И., Смирнов А.С., Гаврон А.А., Фадеева Л.М., Челяпина-Постникова М.В. и соавт. Визуализация сетей покоя (resting state) фМРТ у пациентов с тяжелой черепно-мозговой травмой. Медицинская визуализация. 2020; 24 (1): 68-84. DOI: 10.24835/1607-0763-2020-1-68-84.

21. Жаворонкова Л.А., Морареску С.И., Болдырева Г.Н., Шарова Е.В., Купцова С.В., Смирнов А.С., Машеров С.Л. и соавт. ФМРТ-реакции мозга при выполнении двигательных нагрузок у пациентов с черепно-мозговой травмой. Физиология человека. 2018; 44 (5): 5-13. DOI: 10.1134/S0131164619050175.

22. Lee S. H., Jin S. H., An J. Distinction of directional coupling in sensorimotor networks between active and passive finger movements using fNIRS. Biomed Opt Express. 2018; 9 (6): 2859-2870. DOI: 10.1364/BOE.9.002859. PMID: 30258695.

23. Casiraghi L., Alahmadi A.A.S., Monteverdi A., Palesi F., Castellazzi G., Savini G., Friston К., Wheeler-Kingshott C.A.M.G. et al. I see your effort: force-related BOLD effects in an extended action execution-observation network involving the cerebellum. Cerebr Cortex. 2019; 29 (3): 1351-1368. DOI: 10.1093/cercor/bhy322. PMID: 30615116.

24. Zhavoronkova L.A., Boldyreva G.N., Sharova E.V., Kuptsova S.V., Smirnov A.S., Pronin I.N. fMRI responses of the brain during active and passive movements in left-handed subjects. Human Physiology. 2017; 43 (2): 191-198. DOI: 10.1134/S0362119717010108. https://link.springer.com/article/10.1134/s0362119717010108.

25. Дамулин И.В., Екушева Е.В. Клиническое значение феномена нейропластичности при ишемическом инсульте. Анналы клинической и экспериментальной неврологии. 2016; 10 (1): 57-64. DOI: 10.36425/2658-6843-19184.

26. Zhavoronkova L., Moraresku S., Boldyreva G., Sharova E., Kuptsova S., Smirnov A., Masherov E.L. et al. FMRI and EEG reactions to hand motor tasks in patients with mild traumatic brain injury: left-hemispheric sensitivity to trauma. J Behav Brain Sci. 2019; 9 6): 273. DOI: 10.4236/jbbs.2019.96020. https://www.scirp.org/journal/paperinformation.aspx?paperid=93489.

27. Boldyreva G.N., Yarets M.Y., Sharova E.V., Zhavoronkova L.A., Kuptsova S.V., Chelyapina-Postnikova M.V., Kulikov M.A. et al. Characteristics of brain fMRI responses to motor loads in patients with mild posttraumatic hemiparesis. Neuroscience and Behavioral Physiology. 2021; 51 (4): 450-457. DOI 10.1007/s11055-021-01091-5. https://link.springer.com/article/10.1007/s11055-021-01091-5.