Scientific journal

International Journal of Applied and fundamental research

ISSN 1996-3955

ИФ РИНЦ = 0,593

Важнейшей составляющей психической деятельности человека является спонтанность (лат. spontaneus – самопроизвольный) – способность активно действовать под влиянием внутренних побуждений [1]. Это свойство характерно для человека с достаточно высоким уровнем сознания и коммуникативных возможностей, мысли и действия которого, по мнению И.М. Сеченова, «направлены делом, мотивом». В то же время разные формы церебральной патологии могут сопровождаться нарушениями этой способности [2] или аспонтанностью (АСП), т.е. нарушением программируемого целенаправленного поведения, внутренней бездеятельностью пациента, существенно затрудняя процесс нейрореабилитации. Наличие АСП связывается в литературе с дисфункцией (повреждением) медиальных отделов лобных, а также теменно-затылочных областей мозга [3].

Выявление признаков АСП возможно при общении пациента с врачом (нейропсихологом) либо с помощью специальных нейропсихологических тестов [4]. Вместе с тем объективные маркеры, как спонтанности поведения, так и нарушений этого свойства, базирующиеся на нейрофизиологических или нейровизуализационных методах, исследованы недостаточно.

В нашей предыдущей работе по определению нейрофизиологических коррелятов произвольного компонента двигательного акта [5] было проведено сопоставление ЭЭГ-ответов в задачах «сжимание-разжимание пальцев руки в кулак» и «обратный счет в уме» у здоровых испытуемых. Выявлено, что топографические паттерны когерентности ЭЭГ, сходные для обоих тестов в норме (изменения в лобных корковых областях, преобладающие слева, а также в симметричных теменных отведениях), нарушались при аспонтанности поведения после черепно-мозговой травмы (ЧМТ). Отличия от нормы заключались в отсутствии согласованных билатеральных изменений когерентности в симметричных лобно-полюсных корковых областях и выраженном ослаблении реактивности в теменной зоне, сконцентрированной при патологии справа. Выявленные пространственные паттерны ЭЭГ, согласующиеся по топографии с данными литературы [3], были отнесены к числу нейрофизиологических маркеров произвольности двигательного акта.

Можно полагать, что более сложной задачей для пациентов с аспонтанностью является не реальное выполнение моторного акта разной сложности, а его представление. Эта парадигма подразумевает понимание человеком условия задачи, ее удержание в памяти и включенность в задание. Кроме того, предполагается, что человек хорошо представляет схему своего тела и способен мысленно воспроизвести именно движение, а не его стороннее созерцание. Показана эффективность приема мысленного представления движений для нейрореабилитации разных форм церебральной патологии [6, 7]. При использовании данного теста в норме и при патологии многие исследователи для лучшего представления о структурно-функциональном церебральном обеспечении реализации воображения движения привлекают метод фМРТ [8], обладающий лучшим пространственным разрешением по сравнению с ЭЭГ.

Цель работы – выявление особенностей церебрального структурно-функционального обеспечения воображаемого движения руки у пациентов с черепно-мозговой травмой при наличии и отсутствии признаков аспонтанности поведения.

Задачи работы: 1) исследовать фМРТ-ответы при реальном и воображаемом движении руки у пациентов с черепно-мозговой травмой а) при наличии и б) при отсутствии признаков аспонтанности поведения; 2) сопоставить двигательные фМРТ-ответы пациентов и здоровых испытуемых.

Материалы и методы исследования

Основную группу наблюдений составили 12 пациентов (мужчины в возрасте 27,33±9,8 лет), обследованных в период от 1 недели до 11 месяцев после ЧМТ. Клинически травма расценивалась как тяжелая или среднетяжелая (4 наблюдения). По данным структурной нейровизуализации (КТ, МРТ), она сопровождалась множественными повреждениями головного мозга: различные варианты ушибов с отеком, интракраниальные гематомы (у 8 пациентов) в сочетании с диффузным аксональным повреждением (ДАП).

При исследовании все пациенты были доступны контакту и способны выполнять простые двигательные акты по инструкции врача. Согласно нейропсихологической оценке (беседа с пациентом и родственниками), у 4 человек выявлялась аспонтанность в поведении (сложность в произвольном начале деятельности, безынициативность в быту, проблематичность удержания программы действий, равнодушие к происходящему), тогда как у 12 она не проявлялась.

Группу контроля составили 13 здоровых испытуемых (8 мужчин, 5 женщин) в возрасте 24,5±5 лет. У всех испытуемых, согласно опроснику Аннетт, ведущей была правая рука.

Были проанализированы фМРТ-ответы при выполнении реального движения (сжимание в кулак – разжимание пальцев правой руки) и его мысленном представлении.

ФМРТ-исследования проводили на МР-томографе GE Healthcare (США) с напряженностью магнитного поля 3Т, по единому стандартизированному протоколу получения и анализа данных [9]. Использовалась блоковая парадигма эксперимента: чередование периодов покоя и выполнения двигательной пробы длительностью по 30 с – все при закрытых глазах. Усреднялись результаты пятикратного проведения каждой пробы. Данные фМРТ обрабатывались с помощью программы SPM 8 в среде Matlab 7.0. Коррекция артефактов движения выполнялась по стандарту generalized linear model (GLM).

В каждом исследовании оценивали статистически (по критерию Стьюдента) увеличение локального кровенаполнения мозговой ткани (+BOLD-эффект) в коре и подкорковых образованиях при выполнении двигательного теста по сравнению с фоном. Для определения пространственного нахождения активированных зон (MNI координаты) и их объема (Vox) использовался программный пакет AAL (Automated Anatomical Labeling).

Были проанализированы индивидуальные (в норме и патологии) и групповые (в норме) изменения гемодинамики при двигательных тестах. Учитывались результаты обработки фМРТ на уровне достоверности p < 0,001: с поправкой на множественность сравнений FWE в индивидуальных ответах, без этой поправки – в групповых. В группе нормы активацию отдельных мозговых структур при реальном и воображаемом движении сопоставляли с помощью парного t-теста (paired t-test).

Проводили сравнительную оценку топографии фМРТ-ответов при реальном и воображаемом движении у здоровых людей и пациентов с наличием и отсутствием аспонтанности (АСП) поведения.

Исследования были выполнены в соответствии с принципами Хельсинкской декларации, после получения информированного согласия и одобрения этическим комитетом ФГАУ «НМИЦ нейрохирургии», а также ИВНД и НФ РАН.

Результаты исследования и их обсуждение

На рис. 1 приводятся усредненные данные группового анализа двигательных фМРТ-ответов – реальных и воображаемых, выполненного у здоровых испытуемых. Эти данные были использованы в качестве эталонных для исследований при патологии.

Было установлено, что в норме при сжимании пальцев в кулак правой руки к числу характерных зон активации относятся: сенсомоторная кора левого полушария (области пре- и постцентральной извилин контралатерального по отношению к работающей руке полушария) – основной корковый ответ; дополнительная моторная кора (медиальные отделы верхней лобной извилины), ответственная за подготовку действия и расположенная, а также правое (ипсилатеральное движению) полушарие мозжечка (рис 1, 2). В табл. 1 эти активированные структуры представлены в формализованном виде.

Рис. 1. Усредненные по группе здоровых испытуемых данные функциональной магнитно-резонансной томографии при реальном и воображаемом движении правой рукой (n = 13, p < 0,001): А – реальное движение; Б – воображаемое движение. 1–4 – идентичные для двух проб срезы объемного изображения мозга. Над рисунком – Z-координаты доминирующих на срезах зон активации (в мм). Желтый цвет – зоны активации при нагрузке по сравнению с фоном

Рис. 2. Отличия объема фМРТ-активации разных структур мозга при реальных и воображаемых движениях правой рукой по результатам парного t-теста (n = 13, p < 0,001, Т = 3,79). По оси ординат – объем активации Vox. Темные столбики: представление меньше движения. Светлые столбики: представление больше движения

Анализ фМРТ-ответов при мысленном представлении выполнения движения здоровыми людьми показал выраженную индивидуальную вариативность активации разных отделов мозга. Это может быть объяснено различиями как стратегии реализации данного теста, так и тренированности испытуемых.

Сравнительная оценка групповых фМРТ-ответов (с использованием парного t-теста) выявила 1) значительно меньшую интенсивность активации при воображаемом движении по сравнению с реальным; 2) неидентичность топографии ответов с появлением при воображаемом движении дополнительных зон активации в теменной и лобной коре (на рис. 1 отмечено стрелками), а также в левой островковой зоне; 3) практическое отсутствие при воображаемом движении ответов в мозжечке. Таким образом, изменяется как соотношение активируемых структур, так и их топография при воображаемом движении по сравнению с реальным: ослабление фМРТ-ответов, наиболее резко выраженное в мозжечке и сенсомоторной области, наряду с вовлечением областей правого (ипсилатерального движению) полушария и лобных долей.

Выявленное усиление участия в фМРТ-ответе при воображении движения лобных и теменных отделов полушарий согласуется с топографией ЭЭГ-маркеров произвольного компонента движения [5] и может отражать преобладание активации компонентов сети управляющих функций при представлении движения по сравнению с реальным его выполнением.

В группе с ЧМТ при выполнении реального движения правой рукой у всех пациентов отмечалось сходство топографии фМРТ-ответа с нормой (рис. 3–5 I). В демонстрируемых наблюдениях с ЧМТ показана активация таких структур, как левая пре- и постцентральная извилины, дополнительная моторная кора и правая гемисфера мозжечка, а также ряд других областей, характерная для здоровых испытуемых (табл. 1). Наибольшей вариативностью при патологии характеризуется вовлеченность нижней лобной извилины, нетипичная для двигательного ответа в норме.

ФМРТ-ответы при воображаемом движении правой руки у пациентов с ЧМТ отличались большей индивидуальной вариативностью по сравнению со здоровыми людьми: от полного отсутствия активации до идентичности изменений гемодинамики при реальном и воображаемом двигательных тестах. К числу объяснений этого факта можно отнести различия индивидуальных стратегий: вероятное игнорирование инструкции либо выполнение реального движения на просьбу его представления. Указанная вариативность подтверждала обоснованность индивидуализированного подхода к анализу «воображаемых» фМРТ-ответов.

Таблица 1

Представленность активированных структур при реальном движении правой руки у здоровых испытуемых и пациентов с черепно-мозговой травмой по данным функциональной магнитно-резонансной томографии

По горизонтали – наименование структур. В ячейках: (+) – активация выражена, (-) – активация отсутствует. По вертикали – наблюдения; жирным шрифтом – пациенты с аспонтанностью поведения.

Рис. 3. Данные функциональной магнитно-резонансной томографии при двигательных тестах пациента Б. с аспонтанностью поведения после черепно-мозговой травмы. I – реальное сжимание пальцев правой руки в кулак. II – воображаемое движение. А – активация в объемном изображении больших полушарий мозга. Б – активация на аксиальных срезах объемного изображения мозга. р (FWE-corr) < 0,01. Желтый и красный цвет – зоны активации при нагрузке по сравнению с фоном

В случаях выраженности «воображаемого» фМРТ-ответа в патологии характерным для него являлось: резкое ослабление уровня активации по сравнению с реальным движением, а также присущее норме наличие гемодинамических сигналов в дополнительной моторной коре при практическом отсутствии активации мозжечка (рис. 3–5, табл. 2). Хотя вариативность «воображаемых» фМРТ-ответов затрудняла их систематизацию, отмечен ряд специфических особенностей у пациентов с наличием и отсутствием АСП.

У пациентов с аспонтанностью поведения, выявляемой в период наблюдения от одной недели до двух месяцев после ЧМТ, «воображаемый» фМРТ-ответ ограничивался лишь дополнительной моторной корой (рис. 3 II), либо сочетался с небольшого объема изменениями в правой прецентральной и теменной (рис. 4, табл. 2) и/или лобной области (2 наблюдения). ЧМТ пациентов с АПС характеризовалась наличием локальных повреждений разного типа в правой гемисфере: в теменно-затылочной, височной, лобно-височной областях, а также в проекции бедра внутренней капсулы.

Пациенты без аспонтанности поведения были обследованы в период от 2 недель до 11 месяцев после ЧМТ. Поражение мозга у этих пострадавших носило вариативный и диффузный характер: ДАП, множественные двухсторонние корково-подкорковые контузионные или геморрагические очаги, субарахноидальное кровоизлияние. На этом фоне более локальное повреждение у двух пациентов выявлялось в височной и затылочной областях левого полушария, еще у двух (обследованных через 3 и 8 месяцев после травмы) в остром периоде оно обнаруживалось в правой гемисфере.

В «воображаемых» фМРТ-ответах пациентов без АСП, на фоне также значительного разнообразия изменений, отмечена активация, наряду с дополнительной моторной корой, правой прецентральной (рис. 5 I) и теменной (рис. 5 II) областей, также зон левого полушария: прецентральной, теменной и височной зоны Брока (рис. 5, табл. 2). В одном наблюдении была выявлена, кроме того, двухсторонняя активация гиппокампа.

В литературе к числу распространенных относится представление о том, что структурное обеспечение воображаемого движения аналогично реально выполняемому движению [8, 10, 11]. Однако накопление экспериментальных данных приводит к представлению о том, что в теоретическом плане нейрофизиология воображаемого движения исследована недостаточно [12].

Рис. 4. Данные функциональной магнитно-резонансной томографии при двигательных тестах пациента О-ва с аспонтанностью поведения после черепно-мозговой травмы. А – активация в объемном изображении мозга. Б – активация на аксиальных срезах. р (FWE-corr) < 0,01. Желтый и красный цвет – зоны активации при нагрузке по сравнению с фоном

Рис. 5. Примеры функциональной магнитно-резонансной томографии при воображаемом движении правой руки у пациентов с ЧМТ без признаков аспонтанности поведения. I – пациент Ф-ров через 1 месяц после травмы, II – пациент Ф-ев через 2 месяца после травмы. А – активация в объемном изображении мозга. Б – активация на аксиальных срезах. р (FWE-corr) < 0,01. Красный цвет – зоны активации при нагрузке по сравнению с фоном

Таблица 2

Представленность активированных структур при воображаемом движении правой руки у здоровых испытуемых и пациентов с черепно-мозговой травмой по данным функциональной магнитно-резонансной томографии

По горизонтали – наименование структур (согласно верификации по атласу AAL).

В ячейках: (+) – активация выражена, (-) – активация отсутствует. По вертикали – наблюдения; жирным шрифтом – пациенты с аспонтанностью поведения.

Продемонстрированная в настоящей работе неидентичность функциональной нейроанатомии реального и воображаемого движений в норме и при церебральной патологии подтверждается также данными фМРТ-ЭЭГ и ЭЭГ-исследований [9, 13]. Отличительными особенностями нейроанатомии воображаемого движения нормы являются меньшая сфокусированность ответа, двухсторонняя активация премоторной коры, вовлечение теменных отделов полушарий, а также левой лобной доли. Данные когерентного анализа ЭЭГ свидетельствуют об участии в обеспечении воображаемого движения здорового человека правого полушария – независимо от представления движения правой или левой руки [9]. Указанный факт может быть обусловлен преимущественной значимостью правой гемисферы в организации пространственно-образной деятельности, саморегуляции [14] и ощущении владения телом [15].

В нашем исследовании показано, что у пациентов с ЧМТ без аспонтанности поведения основные черты нейроанатомии «воображаемого» фМРТ-ответа, хотя и ослабленного, обедненного по составу по сравнению с нормой, сходны со здоровыми испытуемыми: активация разных отделов правой гемисферы, а также перицентральной коры обоих полушарий. Характерной для пациентов с АСП является ограниченность «воображаемого» фМРТ-ответа либо дополнительной моторной корой, либо в сочетании с активацией прецентральной или теменной коры только правого полушария. Сопоставляя полученные данные с литературными [3, 5], можно полагать, что способность к согласованной деятельности лобных, прецентральных и теменных областей обоих полушарий является функциональной основой спонтанного поведения.

Заключение

К числу фМРТ-маркеров аспонтанности поведения у пациентов с ЧМТ можно отнести ограниченность «воображаемого» гемодинамического ответа дополнительной моторной корой либо в сочетании с активацией отдельных регионов правого полушария – при ареактивности левой гемисферы. Способность к согласованной деятельности лобных, прецентральных и теменных областей обоих полушарий является функциональной основой программируемого, целенаправленного (спонтанного) поведения.

Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 19-29-01002 мк.