JoVE Logo

Sign In

מפות מנוע

Overview

מקור: מעבדות של ג'ונאס ט. קפלן ושרה גימבל – אוניברסיטת דרום קליפורניה

עיקרון אחד של ארגון המוח הוא המיפוי הטופוגרפי של המידע. במיוחד בקליפת המוח החושית והמנועית, אזורים סמוכים במוח נוטים לייצג מידע מחלקים סמוכים של הגוף, וכתוצאה מכך מפות של הגוף לידי ביטוי על פני השטח של המוח. המפות החושיות והמנוע העיקריות במוח מקיפות סולקוס בולט המכונה סולקוס מרכזי. קליפת המוח הקדמית של הסולקוס המרכזי ידועה בשם הג'ירוס הטרום-מרכזי ומכילה את קליפת המוח המוטורית העיקרית, בעוד קליפת המוח האחורית של הסולקוס המרכזי ידועה כג'ירוס הפוסט-מרכזי ומכילה את קליפת המוח החושית העיקרית (איור 1).

Figure 1
איור 1: מפות חושיות ומנועיות סביב סולקוס המרכזי. קליפת המוח המוטורית העיקרית, המכילה מפת מנוע של משפיעי הגוף, היא קדמית לסולקוס המרכזי, בgyrus הקדם-מרכזי של האונה הקדמית. קליפת המוח הסומסתטית העיקרית (החושית), המקבלת מידע על מגע, כאב וטמפרטורה מהחלקים החיצוניים של הגוף, ממוקמת אחורית לסולקוס המרכזי, ב gyrus שלאחר צנטרי של האונה הקודקודית.

בניסוי זה, דימות מוחי פונקציונלי משמש כדי להדגים את מפת המנוע בgyrus precentral. מפה זו נקראת לעתים קרובות המונקולוס המוטורי, שהוא לטינית עבור "אדם קטן", כי זה כאילו יש גרסה קטנה של העצמי מיוצג בחלק זה של המוח של האדם. מאפיין מעניין אחד של מפה זו הוא כי שטח קליפת המוח יותר מוקדש לחלקי גוף הדורשים שליטה עדינה יותר, כגון הידיים והפה, אשר גורם ייצוג לא פרופורציונלי של נספחים אלה בקליפת המוח. כמו כן, בגלל האנטומיה של המערכת המוטורית, הנוירונים השולטים בצד ימין של הגוף נמצאים בקליפת המוח המוטורית העיקרית השמאלית, ולהיפך. לכן, כאשר משתתף בניסוי מתבקש להזיז את יד ימין או רגלו, צפויה הפעלה מוגברת על gyrus הקדם-מרכזי השמאלי שלהם.

בניסוי זה, המשתתפים מתבקשים להזיז לסירוגין את ידיהם ורגליהם, בצד שמאל וימין, בעוד פעילות המוח שלהם נמדדת עם fMRI. מכיוון שאות ה- fMRI מסתמך על שינויים בתחמון הדם, שהם איטיים בהשוואה לתנועות שהמשתתפים מבצעים, תקופות התנועה מופרדות עם תקופות של דממה כדי להבטיח שניתן יהיה להבחין בין התנאים השונים זה לזה ומקווי הבסיס למנוחה. כדי להשיג תזמון מדויק של התנועות, המשתתפים מונחים מתי להתחיל ולסיים כל תנועה עם רמז חזותי. השיטות בסרטון זה דומות לאלה המשמשות מספר מחקרי fMRI שהדגימו סומטוטופיה בקליפת המוח המוטורית העיקרית. 1,2

Procedure

1. לגייס 20 משתתפים.

  1. אשר כי המשתתפים אין היסטוריה של הפרעות נוירולוגיות או פסיכולוגיות.
  2. אשר כי כל המשתתפים ימניים באמצעות שאלון ידית.
  3. כדי להבטיח שהמשתתפים יוכלו לראות את הרמזים החזותיים כראוי, ודא שיש להם נורמלי או מתוקן לראייה רגילה.
  4. ודא שלמשתתפים אין מתכת בגופם. זוהי דרישת בטיחות חשובה בשל השדה המגנטי הגבוה המעורב fMRI.
  5. מאז fMRI דורש שוכב בחלל הקטן של הסורק משעמם, לאשר כי המשתתפים אינם סובלים קלסטרופוביה.

2. הליכי טרום סריקה

  1. מלא את הניירת שלפני הסריקה.
  2. כאשר המשתתפים מגיעים לסריקת ה- fMRI שלהם, יש להם תחילה למלא טופס מסך מתכת כדי לוודא שאין להם אינדיקציות נגד עבור MRI, טופס ממצאים מקריים מתן הסכמה לסריקה שלהם להיבדק על ידי רדיולוג, טופס הסכמה המפרט את הסיכונים ואת היתרונות של המחקר.
  3. חוו מהמשתתפים להסיר את כל המתכת מגופם (כולל חגורות, ארנקים, טלפונים, קליפסים לשיער, מטבעות וכל התכשיטים) כדי להתכונן להיכנס לסורק.

3. לספק הוראות למשתתף.

  1. אמור למשתתף שכאשר הוא רואה יד על המסך, עליו להתחיל להזיז את ידו עד שהסימן החזותי ייעלם. יידעו את המשתתף שתנועת היד כרוכה בנגיעה באגודל לכל אצבע של אותה יד לפי הסדר וחזרה על רצף זה הפוך. כאשר הסימן מופיע בצד שמאל של המסך, עליהם להזיז את ידם השמאלית, וכאשר הסימן מופיע בצד ימין של המסך, עליהם להזיז את ידם הימנית.
  2. אמור למשתתף שכאשר הוא רואה רגל על המסך, עליו להתחיל להזיז את רגלו ולהמשיך לעשות זאת עד שהסימן החזותי ייעלם. יידעו את המשתתף שתנועת כף הרגל כרוכה בלחיצה חוזרת ונשנית על כף הרגל כלפי מטה, כאילו לחצו על דוושה דמיונית. כאשר האות מופיע בצד שמאל של המסך, עליהם להזיז את רגלם השמאלית, וכאשר הסימן מופיע בצד ימין של המסך, עליהם להזיז את רגלם הימנית.
  3. להדגיש בפני המשתתף את החשיבות של שמירה על הראש שלהם עדיין, גם בזמן שהם מזיזים את היד או הרגל שלהם.

4. הנחו את המשתתף לתוך הסורק.

  1. תן את אטמי האוזניים של המשתתף (כדי להגן על אוזניהם מפני רעש הסורק) ואוזניות (ללבוש כדי שיוכלו לשמוע את הנסיין במהלך הסריקה), ויש להם לשכב על המיטה עם הראש שלהם ב סליל.
  2. תן למשתתף את כדור סחיטה חירום והנחה אותם לסחוט אותו במקרה חירום במהלך הסריקה.
  3. אבטחו את ראשו של המשתתף ב סליל עם רפידות קצף כדי למנוע תנועה עודפת במהלך הסריקה, והזכירו למשתתף שחשוב מאוד להישאר דוממים ככל האפשר במהלך הסריקה, שכן אפילו התנועות הקטנות ביותר מטשטשות את התמונות.

5. איסוף נתונים

  1. לאסוף סריקה אנטומית ברזולוציה גבוהה.
  2. התחל בסריקה פונקציונלית.
    1. סנכרן את תחילת מצגת הגירוי עם תחילת הסורק.
    2. הצג את הרמזים החזותיים באמצעות מחשב נישא המחובר למקרן. המשתתף צריך להיות מראה מעל עיניהם, המשקף מסך בחלק האחורי של הסורק נשא.
    3. הצג כל רמז חזותי עבור 12 s, ואחריו 12 s של קו בסיס מנוחה. לסירוגין בין יד שמאל, יד ימין, רגל שמאל, וכף רגל ימין.
    4. חזור על ארבע חזרות של כל תנאי, בסך הכל 6.5 דקות.

6. נהלים שלאחר הסריקה

  1. תוציא את המשתתף מהסורק.
  2. לתחקר את המשתתף.
  3. שלם למשתתף.

7. ניתוח נתונים

  1. מעבד מראש את הנתונים.
    1. בצע תיקון תנועה כדי להפחית את ממצאי התנועה.
    2. בצע סינון זמני כדי להסיר את הסחף האות.
    3. החלק את הנתונים כדי להגדיל את יחס האות לרעש.
  2. דוגמנו את הנתונים עבור כל משתתף.
    1. צור מודל של התגובה המודינמית הצפויה צריכה להיות עבור כל תנאי פעילות.
    2. התאם את הנתונים למודל זה, וכתוצאה מכך מפה סטטיסטית, שבה הערך בכל voxel מייצג את המידה שבה voxel היה מעורב במצב המשימה.
    3. רשום את מוח המשתתף לאטס סטנדרטי על מנת לשלב נתונים בין המשתתפים.
  3. שלב מפות סטטיסטיות בין נושאים לניתוח ברמת הקבוצה של הנתונים.

Results

בניסוי זה, החוקרים מדדו את פעילות המוח עם fMRI, בעוד המשתתפים הזיזו את ידיהם או רגליהם. ניתוח סטטיסטי של השינויים בזרימת הדם מיוצג על ידי צבעים שונים על פני השטח של מוח האטלס הסטנדרטי. הצבעים מזהים את הווקסלים, שמסלול הזמן שלהם התאים בצורה הטובה ביותר לקורס הזמן החזוי עבור מצב מסוים.

התוצאות ממחישות מוקדי הפעלה שונים בתוך הג'ירוס הקדם-מרכזי לתנועת הגפיים השונות(איור 2). תנועת יד ימין יצרה את ההפעלה הגדולה ביותר על המשטח לרוחב השמאלי של הג'ירוס (כחול), בעוד שתנועת יד שמאל יצרה את ההפעלה הגדולה ביותר על המשטח לרוחב ימין (ירוק). כאשר המשתתפים הזיזו את רגליהם, ההפעלה הייתה הגדולה ביותר שבה הג'ירוס הקדם-מרכזי משתרע סביב המשטח המתיי של המוח. תנועות כף הרגל בצד ימין יצרו הפעלה על המשטח המהודד השמאלי (ציאן), בעוד ההפעלה הגדולה ביותר לתנועות רגל שמאל הייתה על המשטח המהודל הימני (צהוב).

Figure 2
איור 2: הפעלות מוחיות הנובעות מתנועת הידיים והרגליים בין המשתתפים. כחול = תנועה של יד ימין; ירוק = תנועה של יד שמאל; ציאן = תנועה של רגל ימין; צהוב = תנועה של רגל שמאל.

Application and Summary

תוצאות אלה מדגימות את הארגון הסומטוטופי, או ממופה הגוף של קליפת המוח המוטורית העיקרית האנושית. למיפוי זה יש השלכות על האופן שבו נזק למוח משפיע על התנועה. לדוגמה, נזק לג'ירוס הקדם-מרכזי השמאלי מוביל לקושי להזיז את הצד הימני של הגוף, וחלקים ספציפיים של קליפת המוח המוטורית העיקרית המושפעת יכולים להוביל לבעיות בשליטה על חלקים מסוימים בגוף. עם זאת, חשוב גם לציין כי קליפת המוח המוטורית העיקרית היא רק אחד מאזורי מוח רבים המעורבים בשליטה על התנועה. הג'ירוס הקדם-מרכזי הוא חלק מרשת רחבה יותר של אזורי מוח המשתתפים בבחירה, תכנון ותיאום תנועה.

היכולת למדוד פעילות ספציפית למשפיע בקליפת המוח המוטורית מובילה גם לאפשרות של ממשקי מוח-מחשב, כגון אלה המאפשרים שליטה בגפיים תותבות. לדוגמה, באמצעות הקלטות ישירות של נוירונים בקליפת המוח המוטורית העיקרית, חוקרים הוכיחו כי קופים יכולים לשלוט בגפה תותבת כדי להאכיל את עצמם. 3

References

  1. Lotze, M., et al. fMRI evaluation of somatotopic representation in human primary motor cortex. Neuroimage 11, 473-481 (2000).
  2. Rao, S.M., et al. Somatotopic mapping of the human primary motor cortex with functional magnetic resonance imaging. Neurology 45, 919-924 (1995).
  3. Velliste, M., Perel, S., Spalding, M.C., Whitford, A.S. & Schwartz, A.B. Cortical control of a prosthetic arm for self-feeding. Nature 453, 1098-1101 (2008).

Tags

Motor MapsPrimary Motor CortexTopographical MapMotor HomunculusPrecentral GyrusCortical RepresentationsInverted ArrangementFiner Voluntary Motor ControlLeft Primary Motor CortexRight Primary Motor CortexFunctional NeuroimagingFMRIBrain Activity Measurement

Skip to...

0:00

Overview

1:37

Experimental Design

4:24

Running the Experiment

7:18

Data Analysis and Representative Results

9:04

Applications

10:38

Summary

Videos from this collection:

article

Now Playing

מפות מנוע

Neuropsychology

27.7K Views

article

המוח המפוצל

Neuropsychology

68.5K Views

article

פרספקטיבות על נוירופסיכולוגיה

Neuropsychology

12.2K Views

article

קבלת החלטות ומשימת ההימורים באיווה

Neuropsychology

32.8K Views

article

תפקוד מבצעי בהפרעת ספקטרום האוטיזם

Neuropsychology

18.0K Views

article

אמנזיה אנטרוגרדית

Neuropsychology

30.5K Views

article

קורלציה פיזיולוגית של הכרה רגשית

Neuropsychology

16.4K Views

article

פוטנציאלים הקשורים לאירועים והמשימה המוזרה

Neuropsychology

27.6K Views

article

שפה: N400 באי התאמה סמנטית

Neuropsychology

19.7K Views

article

למידה וזיכרון: משימת הזיכרון-לדעת

Neuropsychology

17.3K Views

article

מדידת הבדלי חומר אפור עם מורפומטריה מבוססת ווקסל: המוח המוזיקלי

Neuropsychology

17.4K Views

article

פענוח תמונות שמיעתיות עם ניתוח תבניות רב-תכליתיות

Neuropsychology

6.5K Views

article

תשומת לב חזותית: חקירת fMRI של בקרת קשב מבוססת אובייקט

Neuropsychology

42.2K Views

article

שימוש בהדמיית טנזור דיפוזיה בפגיעה מוחית טראומטית

Neuropsychology

16.9K Views

article

שימוש ב- TMS למדידת עירור מוטורי במהלך תצפית פעולה

Neuropsychology

10.3K Views

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved