Кортикоспинальная возбудимость человека при представлении движений в сопряжении с функциональной электростимуляцией

В исследовании с участием 18 здоровых испытуемых-добровольцев изучалось влияние функциональной электростимуляции, вызывающей сгибание кисти, на кортикоспинальную возбудимость при представлении движений и в состоянии покоя. Было показано, что совместное действие функциональной электростимуляции и кинестетического представления движений приводит к увеличению амплитуд моторных ответов, вызванных одиночной транскраниальной магнитной стимуляцией. При этом в состоянии двигательного покоя данного эффекта получено не было. Поскольку изменение кортикоспинальной возбудимости на корковом уровне может влиять на процессы пластической реорганизации, необходимые для восстановления двигательных функций после инсультов и иных нейротравм, результаты данной работы имеют прямой практический потенциал. В частности, обсуждается возможность создания эффективных тренажерных комплексов для восстановления двигательных функций на базе интерфейсов мозг-компьютер, основанных на представлении движений с функциональной электростимуляцией в качестве сенсомоторной обратной связи. Проведение реабилитации с использованием таких тренажерных комплексов поможет пролить свет на механизмы двигательного восстановления, в основе которых лежат явления нейропластичности, обусловленные изменением уровня возбудимости нейронов сенсомоторных областей коры.

1. Pfurtscheller G., Neuper C. Motor imagery activates primary sensorimotor area in humans // Neurosci. Lett. 1997. Vol. 239. N 2–3. P. 65–68.

2. Lotze M., Halsband U. Motor imagery // J. Physiol. Paris. 2006. Vol. 99. N. 4–6. P. 386–395.

3. Mizuguchi N., Nakata, H., Uchida, Y., Kanosue, K. Motor imagery and sport performance // Jpn. J. Phys. Fit. Sport. 2012. Vol. 1. N. 1. P. 103–111.

4. Walsh N.E., Jones L., McCabe C.S. The mechanisms and actions of motor imagery within the clinical setting // Textbook of neuromodulation / Eds. H. Knotkova and D. Rasche. N.Y.: Springer, 2015. P. 151–158.

5. Guerra Z.F., Lucchetti A.L.G., Lucchetti G. Motor imagery training after stroke: a systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials // J. Neurol. Phys. Ther. 2017. Vol. 41. N 4. P. 205–214.

6. Li R.Q., Li Z.M., Tan J.Y., Chen G.L., Lin W.Y. Effects of motor imagery on walking function and balance in patients after stroke: a quantitative synthesis of randomized controlled trials // Complement. Ther. Clin. 2017. Vol. 28. P. 75–84.

7. Kaplan A.Ya. Neurophysiological foundations and practical realizations of the brain– machine interfaces in the technology in neurological rehabilitation // Human Physiology. 2016. Vol. 42. N 1. P. 103–110.

8. Kaneko F., Hayami T., Aoyama T., Kizuka T. Motor imagery and electrical stimulation reproduce corticospinal excitability at levels similar to voluntary muscle contraction // J. Neuroeng. Rehabil. 2014. Vol. 11. N. 1: 94.

9. Vogt S., Di Rienzo F., Collet C., Collins A., Guillot A. Multiple roles of motor imagery during action observation // Front. Hum. Neurosci. 2013. Vol. 7: 807.

10. Reynolds C., Osuagwu B.A., Vuckovic A. Influence of motor imagination on cortical activation during functional electrical stimulation // Clin. Neurophysiol. 2015. Vol. 126. N 7. P. 1360– 1369.

11. Kurumadani H., Yoshimura M., Fukae A., Onishi K., Hayashi J., Shinomiya R., Sunagawa T. Long-term disuse of the hand affects motor imagery ability in patients with complete brachial plexus palsy // Neuroreport. 2019. Vol. 30. N 6. P. 452– 456.

12. Saito K., Yamaguchi T., Yoshida N., Tanabe S., Kondo K., Sugawara K. Combined effect of motor imagery and peripheral nerve electrical stimulation on the motor cortex // Exp. Brain Res. 2013. Vol. 227. N. 3. P. 333–342.

13. Kaplan A., Vasilyev A., Liburkina S., Yakovlev L. Poor BCI performers still could benefit from motor imagery training // Foundations of augmented cognition: neuroergonomics and operational neuroscience. AC 2016. Lecture Notes in Computer Science, vol. 9743 / Eds. D. Schmorrow and C. Fidopiastis. Cham: Springer, 2016. P. 46–56

14. Vasilyev A., Liburkina S., Yakovlev L., Perepelkina O., Kaplan A. Assessing motor imagery in brain-computer interface training: psychological and neurophysiological correlates // Neuropsychologia. 2017. Vol. 97. P. 56–65.

15. Liburkina S.P., Vasilyev A.N., Yakovlev L.V., Gordleeva S.Y., Kaplan A.Y. A motor imagerybased brain–computer interface with vibrotactile stimuli // Neurosci. Behav. Physiol. 2018. Vol. 48. N 9. P. 1067–1077.

16. Васильев А.Н., Либуркина С.П., Каплан А.Я. Латерализация паттернов ЭЭГ у человека при представлении движений руками в интерфейсе мозг–компьютер // Ж. высш. нервн. деят. им. И.П. Павлова. 2016. Т. 66. № 3. С. 302.

17. Schalk G., McFarland D.J., Hinterberger T., Birbaumer N., Wolpaw J.R. BCI2000: a generalpurpose brain-computer interface (BCI) system // IEEE T. Biomed. Eng. 2004. Vol. 51. N 6. P. 1034–1043.

18. Hashimoto R., Rothwell J.C. Dynamic changes in corticospinal excitability during motor imagery // Exp. Brain Res. 1999. Vol. 125. N 1. P. 75–81.

19. Mokienko O., Chervyakov A., Kulikova S., Bobrov P., Chernikova L., Frolov A., Piradov M. Increased motor cortex excitability during motor imagery in brain-computer interface trained subjects // Front. Comput. Neurosci. 2013. Vol. 7: 168.