Развитие технологии функциональной МРТ в начале XXI в. на примере Международного томографического центра СО РАН

Главная

Статья в Elpub

РУС ENG

Вестник Томского государственного университета. 2017; : 156-162

Развитие технологии функциональной МРТ в начале XXI в. на примере Международного томографического центра СО РАН

Савелова О. А.

https://doi.org/10.17223/15617793/421/23

Аннотация

Рассматриваются некоторые области применения функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) в Международном томографическом центре (МТЦ) СО РАН. Автор предлагает краткий экскурс в историю развития метода и его институционализацию, с точки зрения социальной значимости характеризует проекты МТЦ, включающие различные аспекты применения этой нейровизуализационной технологии, используемой при изучении мозговой деятельности в норме и патологии, а также показывает возможности фМРТ в биоуправлении, процессе развития навыков саморегуляции индивида и в лечении с помощью разработанной в МТЦ технологии интерактивной нейротерапии.

Список литературы

1. Куперштох Н.А. История Международного томографического центра СО РАН // Философия науки. 2008. № 1 (36). С. 169-179.

2. Куперштох Н.А. История Института химической кинетики и горения Сибирского отделения РАН // Философия науки. 2009. № 1 (40). С. 168-180.

3. Савелова О. А. История развития метода магнитно-резонансной томографии в СО АН СССР / СО РАН // IV International School for Young Scientists «Magnetic Resonance and Magnetic Phenomena in Chemical and Biological Physics» : материалы конференции. Новосибирск, 48 сентября 2016 г. Новосибирск, 2016. 178 с.

4. Савелова О. А. История ЯМР-исследований в СО АН СССР / СО РАН во второй половине ХХ века // Международная научная конферен ция «Азиатская Россия: проблемы социально-экономического, демографического и культурного развития (XVII-XXI вв.)». Новосибирск, 2016.

5. Магнитный резонанс в медицине: осн. учеб. Европ. форума по магнит. резонансу в комплекте с компьютер. прогр. / пер. с англ. М. : Гэотар-мед, 2003. 245 с.

6. Синицын В.Е., Терновой С.К. Магнитно-резонансная томография в новом столетии // Радиология-практика. 2005. № 4. С. 23-29.

7. Архив МТЦ СО РАН. Отчёт заведующего Диагностическим отделом Летягина А.Ю. 2010 г.

8. Архив МТЦ СО РАН. Отчёты о научной и научно-организационной деятельности за 1993-2013 гг.

9. Архив МТЦ СО РАН. Отчёты о научной и научно-организационной деятельности за 2004-2013 гг.

10. Bandettini P.A. Twenty years of functional MRI: The science and the stories // Neuroimage. 2012. № 62. Р. 575-588.

11. Huettel S.A., Song A.W., McCarthy G. Functional Magnetic Resonance Imaging. Massachusetts : Sinauer, 2009. Р. 208-214.

12. Ogawa S. Brain magnetic resonance imaging with contrast dependent on blood oxygenation // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1990. № 87. P. 98689872.

13. Штарк М.Б., Коростышевская А.М., Резакова М.В., Савелов А.А. Функциональная магнитно-резонансная томография и нейронауки // Успехи физиологических наук. 2012. Т. 43, № 1. С. 3-29.

14. Архив МТЦ СО РАН. Отчёты о научной и научно-организационной деятельности за 2010-2015 гг.

15. Штарк М.Б., Савелов А.А., Резакова М.В., Мажирина К.Г. Как увидеть мысли: неортодоксальные приложения магнитно-резонансной томографии // Наука из первых рук. 2013. Спец. Выпуск. С. 56-67.

16. Мажирина К.Г., Покровский М.А., Резакова М.В., Савелов А. А., Савелова О. А., Штарк М.Б. Нейровизуализация динамики реального и имитационного биоуправления в контуре функциональной магнитно-резонансной томографии // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2012. Т. 154, № 12. С. 664-668.

17. Резакова М.В., Мажирина К.Г., Покровский М.А., Савелов А.А., Савелова О.А., Штарк М.Б. Динамическое картирование головного мозга и когнитивное управление виртуальным игровым сюжетом (исследование методами функциональной магнитно-резонансной томографии) // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2012. Т. 154, № 12. С. 669-673.

18. Резакова М.В., Мажирина К.Г., Покровский М.А., Савелов А.А., Савелова О.А., Штарк М.Б. Функциональная магнитно-резонансная томография в исследовании динамического картирования головного мозга и когнитивного управления виртуальным игровым сюжетом // Бюллетень сибирской медицины. 2012. Т. 11, № 5-1. С. 105-107.

19. Петровская И.В. Информация // Бюллетень СО РАМН. 2013. Т. 33, № 5. С. 89-90.

20. Архив МТЦ СО РАН. Отчёты о научной и научно-организационной деятельности за 2011-2015 гг.

21. Архив МТЦ СО РАН. Отчёты о научной и научно-организационной деятельности за 2011-2013 гг.

22. Савелов А.А., Петровский Е.Д., Карамамед-Оглы Э.С., Штарк М.Б. Функции гемодинамического отклика при гиперкапнии. Функциональное МРТ-исследование // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2013. Т. 155, № 1. С. 4-8.

23. Архив МТЦ СО РАН. Отчёты о научной и научно-организационной деятельности за 2013-2015 гг.

24. Дума С.Н., Резакова М.В., Мажирина К.Г., Петровский Е.Д., Покровский М.А., Джафарова О.А., Савелов А.А., Штарк М.Б. О возможных роли и месте фМРТ в структуре скрининга релиз-активных лекарственных препаратов // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2014. Т. 158, № 10. С. 452-456.

25. Архив МТЦ СО РАН. Отчёты о научной и научно-организационной деятельности за 2012-2014 гг.

26. Архив МТЦ СО РАН. Отчёты о научной и научно-организационной деятельности за 2013-2014 гг.

27. Мельников М.Е., Штарк М.Б., Коростышевская А.М., Савелов А.А., Петровский Е.Д., Покровский М.А., Резакова М.В., Ганенко Ю.А., Ильчевский И.Н., Мажирина К.Г., Мезенцева М.П., Косых Е.П. Динамическое картирование мозга у химически зависимых лиц: функциональное МРТ-исследование // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2014. Т. 158, № 8. С. 230-234.

28. Летягин А.Ю., Ганенко Ю.А., Уртегешев Н.С. Анатомо-функциональные мышечные механизмы формирования голосового тракта при произнесении аутентичных гласных сибирско-татарского языка по данным магнитно-резонансной томографии // Бюллетень СО РАМН. 2013. № 33 (5). С. 10-17.

29. Архив ФГБУ СО РАМН. Постановление Президиума СО РАМН № 1 от 23 января 2013 г.

30. Архив МТЦ СО РАН. Отчёты о научной и научно-организационной деятельности за 2011-2014 гг.

31. Материалы семинара «Функциональная МРТ головного мозга: наука и практика». М., 2014.

Tomsk State University Journal. 2017; : 156-162

Development of functional MRI technology in the early 21st century using the example of the International Tomography Center of SB RAS

Savelova O. A.

https://doi.org/10.17223/15617793/421/23

Abstract

The article deals with some areas of application of functional magnetic resonance imaging (fMRI) in the International Tomography Center (ITC) of the SB RAS. The author offers a brief excursion into the history of the development of the method and its insti-tutionalization. From the point of view of social significance, she characterizes ITC projects which include various aspects of the application of this neuroimaging technology used in the study of brain activity in norm and pathology. She shows the possibilities of fMRT in biocontrol, the process of development of self-regulation skills of the individual and in treatment with the technology of interactive neurotics developed in ITC. Functional magnetic resonance imaging is an in-vivo noninvasive dynamic study of active brain structures at the time of their activity, based on the difference in the magnetic properties of the oxyhemoglobin, the O2 carrier, and deoxy-hemoglobin, a product formed in the parenchyma of the brain. These ratios reflect the BOLD-phenomenon (blood oxy-genation level dependent), a marker of neural activity. The main experimental models in fMRI determine the themes of research projects of the ITC SB RAS and concern three directions: biophysical modeling using sensorimotor paradigms; modeling and analysis of BOLD-effect in conditions of permanent and / or temporary disturbance of blood circulation of the brain associated with neurological diseases (strokes, convulsions, Parkinson's disease, Alzheimer's, etc.); complex forms of behavior and analysis of their cognitive mechanisms. Studies using modern technologies of magnetic resonance imaging, including functional MRI, convincingly attest the priority position of the Center in the institutionalization of the fMRI method for Russian science in general and the regional Siberian aspect in particular. The main results obtained at the ITC SB RAS demonstrate the correspondence between the psychological, psy-chophysiological functions and the localization of the brain structures involved in the formation of various skills, expand and revise the fundamental concepts of the relationship between mental and physiological functions, allowing to dynamically "brain map" exact information about their localization. During the research, a significant step was taken in the development and implementation of the modern method of neuroimaging - fMRI in the fundamental science in the region, as well as in medical diagnostic practice. A software and hardware complex was developed for recording the activation of the central nervous system using the method of functional MRI based on the BOLD effect, which includes an MR tomograph, an installation for software generation of stimuli of own design and a software package for processing the results based on MATLAB. In the course of the work, all the variants of functional magnetic resonance imaging for the design of the experiments were optimized.

References

1. Kupershtokh N.A. Istoriya Mezhdunarodnogo tomograficheskogo tsentra SO RAN // Filosofiya nauki. 2008. № 1 (36). S. 169-179.

2. Kupershtokh N.A. Istoriya Instituta khimicheskoi kinetiki i goreniya Sibirskogo otdeleniya RAN // Filosofiya nauki. 2009. № 1 (40). S. 168-180.

3. Savelova O. A. Istoriya razvitiya metoda magnitno-rezonansnoi tomografii v SO AN SSSR / SO RAN // IV International School for Young Scientists «Magnetic Resonance and Magnetic Phenomena in Chemical and Biological Physics» : materialy konferentsii. Novosibirsk, 48 sentyabrya 2016 g. Novosibirsk, 2016. 178 s.

4. Savelova O. A. Istoriya YaMR-issledovanii v SO AN SSSR / SO RAN vo vtoroi polovine KhKh veka // Mezhdunarodnaya nauchnaya konferen tsiya «Aziatskaya Rossiya: problemy sotsial'no-ekonomicheskogo, demograficheskogo i kul'turnogo razvitiya (XVII-XXI vv.)». Novosibirsk, 2016.

5. Magnitnyi rezonans v meditsine: osn. ucheb. Evrop. foruma po magnit. rezonansu v komplekte s komp'yuter. progr. / per. s angl. M. : Geotar-med, 2003. 245 s.

6. Sinitsyn V.E., Ternovoi S.K. Magnitno-rezonansnaya tomografiya v novom stoletii // Radiologiya-praktika. 2005. № 4. S. 23-29.

7. Arkhiv MTTs SO RAN. Otchet zaveduyushchego Diagnosticheskim otdelom Letyagina A.Yu. 2010 g.

8. Arkhiv MTTs SO RAN. Otchety o nauchnoi i nauchno-organizatsionnoi deyatel'nosti za 1993-2013 gg.

9. Arkhiv MTTs SO RAN. Otchety o nauchnoi i nauchno-organizatsionnoi deyatel'nosti za 2004-2013 gg.

10. Bandettini P.A. Twenty years of functional MRI: The science and the stories // Neuroimage. 2012. № 62. R. 575-588.

11. Huettel S.A., Song A.W., McCarthy G. Functional Magnetic Resonance Imaging. Massachusetts : Sinauer, 2009. R. 208-214.

12. Ogawa S. Brain magnetic resonance imaging with contrast dependent on blood oxygenation // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1990. № 87. P. 98689872.

13. Shtark M.B., Korostyshevskaya A.M., Rezakova M.V., Savelov A.A. Funktsional'naya magnitno-rezonansnaya tomografiya i neironauki // Uspekhi fiziologicheskikh nauk. 2012. T. 43, № 1. S. 3-29.

14. Arkhiv MTTs SO RAN. Otchety o nauchnoi i nauchno-organizatsionnoi deyatel'nosti za 2010-2015 gg.

15. Shtark M.B., Savelov A.A., Rezakova M.V., Mazhirina K.G. Kak uvidet' mysli: neortodoksal'nye prilozheniya magnitno-rezonansnoi tomografii // Nauka iz pervykh ruk. 2013. Spets. Vypusk. S. 56-67.

16. Mazhirina K.G., Pokrovskii M.A., Rezakova M.V., Savelov A. A., Savelova O. A., Shtark M.B. Neirovizualizatsiya dinamiki real'nogo i imitatsionnogo bioupravleniya v konture funktsional'noi magnitno-rezonansnoi tomografii // Byulleten' eksperimental'noi biologii i meditsiny. 2012. T. 154, № 12. S. 664-668.

17. Rezakova M.V., Mazhirina K.G., Pokrovskii M.A., Savelov A.A., Savelova O.A., Shtark M.B. Dinamicheskoe kartirovanie golovnogo mozga i kognitivnoe upravlenie virtual'nym igrovym syuzhetom (issledovanie metodami funktsional'noi magnitno-rezonansnoi tomografii) // Byulleten' eksperimental'noi biologii i meditsiny. 2012. T. 154, № 12. S. 669-673.

18. Rezakova M.V., Mazhirina K.G., Pokrovskii M.A., Savelov A.A., Savelova O.A., Shtark M.B. Funktsional'naya magnitno-rezonansnaya tomografiya v issledovanii dinamicheskogo kartirovaniya golovnogo mozga i kognitivnogo upravleniya virtual'nym igrovym syuzhetom // Byulleten' sibirskoi meditsiny. 2012. T. 11, № 5-1. S. 105-107.

19. Petrovskaya I.V. Informatsiya // Byulleten' SO RAMN. 2013. T. 33, № 5. S. 89-90.

20. Arkhiv MTTs SO RAN. Otchety o nauchnoi i nauchno-organizatsionnoi deyatel'nosti za 2011-2015 gg.

21. Arkhiv MTTs SO RAN. Otchety o nauchnoi i nauchno-organizatsionnoi deyatel'nosti za 2011-2013 gg.

22. Savelov A.A., Petrovskii E.D., Karamamed-Ogly E.S., Shtark M.B. Funktsii gemodinamicheskogo otklika pri giperkapnii. Funktsional'noe MRT-issledovanie // Byulleten' eksperimental'noi biologii i meditsiny. 2013. T. 155, № 1. S. 4-8.

23. Arkhiv MTTs SO RAN. Otchety o nauchnoi i nauchno-organizatsionnoi deyatel'nosti za 2013-2015 gg.

24. Duma S.N., Rezakova M.V., Mazhirina K.G., Petrovskii E.D., Pokrovskii M.A., Dzhafarova O.A., Savelov A.A., Shtark M.B. O vozmozhnykh roli i meste fMRT v strukture skrininga reliz-aktivnykh lekarstvennykh preparatov // Byulleten' eksperimental'noi biologii i meditsiny. 2014. T. 158, № 10. S. 452-456.

25. Arkhiv MTTs SO RAN. Otchety o nauchnoi i nauchno-organizatsionnoi deyatel'nosti za 2012-2014 gg.

26. Arkhiv MTTs SO RAN. Otchety o nauchnoi i nauchno-organizatsionnoi deyatel'nosti za 2013-2014 gg.

27. Mel'nikov M.E., Shtark M.B., Korostyshevskaya A.M., Savelov A.A., Petrovskii E.D., Pokrovskii M.A., Rezakova M.V., Ganenko Yu.A., Il'chevskii I.N., Mazhirina K.G., Mezentseva M.P., Kosykh E.P. Dinamicheskoe kartirovanie mozga u khimicheski zavisimykh lits: funktsional'noe MRT-issledovanie // Byulleten' eksperimental'noi biologii i meditsiny. 2014. T. 158, № 8. S. 230-234.

28. Letyagin A.Yu., Ganenko Yu.A., Urtegeshev N.S. Anatomo-funktsional'nye myshechnye mekhanizmy formirovaniya golosovogo trakta pri proiznesenii autentichnykh glasnykh sibirsko-tatarskogo yazyka po dannym magnitno-rezonansnoi tomografii // Byulleten' SO RAMN. 2013. № 33 (5). S. 10-17.

29. Arkhiv FGBU SO RAMN. Postanovlenie Prezidiuma SO RAMN № 1 ot 23 yanvarya 2013 g.

30. Arkhiv MTTs SO RAN. Otchety o nauchnoi i nauchno-organizatsionnoi deyatel'nosti za 2011-2014 gg.

31. Materialy seminara «Funktsional'naya MRT golovnogo mozga: nauka i praktika». M., 2014.

Развитие технологии функциональной МРТ в начале XXI в. на примере Международного томографического центра СО РАН

Аннотация

Development of functional MRI technology in the early 21st century using the example of the International Tomography Center of SB RAS

Abstract

События