Мозговая деятельность во время производства движения

Произвольные движения человека связаны по крайней мере с двумя различными типами электроэнцефалографических (ЭЭГ) изменений скальпа. Потенциалы, связанные с событием, медленные, при этом сигналы постоянного тока развиваются в бифронтальной области уже за 1,5 секунды до движения. Они обнаруживаются путем усреднения нескольких событий во временной области, и обычно требуется не менее 40-50 событий, чтобы можно было обнаружить сигнал в шуме. Однако изменения частоты являются более устойчивыми и могут быть достоверно видны на отдельных трассах. Изменения частоты происходят в альфа-диапазоне (8-13 Гц), а также в бета-диапазоне (13-30 Гц) и могут происходить за 2 секунды до движения. Это приводит к мысли, что анализ ЭЭГ в реальном времени может позволить предсказать индивидуальное движение. Если бы это можно было сделать надежно, это могло бы дать дополнительное представление о том, как мозг готовится к движению, а также о потенциальных терапевтических возможностях, таких как управление протезом на основе коры головного мозга.

Наше начальное исследование, далее Фаза 1, представляет собой предварительное исследование с использованием ЭЭГ в реальном времени для выявления факторов, которые позволяют надежно прогнозировать нормальные произвольные движения человека. Субъектами будут нормальные добровольцы, которых изучают в лаборатории ЭЭГ в Отделе управления моторикой человека. Субъектам будет предложено выполнить простую двигательную задачу, включающую последовательность движений пальцев, во время обычной записи ЭЭГ с помощью поверхностной электромиографии. Затем ЭЭГ будет обрабатываться с использованием стандартных методов для определения местоположения и временной динамики сигналов ЭЭГ в ответ на движение. Как только это произойдет, субъекты вернутся для исследования в реальном времени, которое будет использовать их индивидуально определенные факторы для прогнозирования их движения. Влияние обучения на точность прогнозирования также будет изучаться путем планирования нескольких сеансов прогнозирования в реальном времени для каждого субъекта в течение нескольких недель. Скорость успешного прогнозирования движения будет основной мерой результата.

После того, как мы сможем точно предсказать намерение движения у здоровых добровольцев, т. е. частота ложноположительных результатов будет ниже 20%, а частота ложноотрицательных результатов — менее 50%, мы изучим, можем ли мы достичь такой же точности прогнозирования у пациентов с инсультом и у пациентов с первичным боковой склероз (PLS) или боковой амиотрофический склероз (ALS). Пациенты, перенесшие инсульт, и пациенты с БАС/ПЛС будут выполнять ту же процедуру, что и субъекты фазы 1 исследования.

Фаза 2 исследования будет распространяться на другой тип движения, достигая, и на дополнительный параметр, пространственное поле предполагаемой цели движения. Кроме того, Фаза 2 также будет включать магнитоэнцефалографию (МЭГ), а также методы ЭЭГ для классификации пространственно-временных характеристик этих параметров движения. Успешный прогноз предполагаемых целей достижения ипсилатерального или контралатерального поля до начала движения будет основным показателем результата фазы 2 исследования.

На этапе 3 исследования здоровые добровольцы выполнят простое задание на движение пальцев, которое будет проанализировано с особым вниманием к времени намерения двигаться и тому, как намерение влияет на сигнал ЭЭГ. Чтобы оценить, связаны ли спонтанные движения без предварительной инструкции с различными физиологическими маркерами из типичных парадигм самостоятельного темпа, сеанс записи будет выполняться после того, как крышка ЭЭГ будет помещена без инструктажа субъекта.

Затем результаты этого исследования будут использованы для разработки дальнейших протоколов, изучающих произвольные движения человека и клинические применения по мере необходимости.