Визуализация сетей покоя (resting state) фМРТ у пациентов с тяжелой черепно-мозговой травмой

According to the literature, fMRI analysis at resting state (RS) is an informative methodological approach to the study of the basic level of a healthy and diseased brain’s functional activity. Averaging data over observation groups for various forms of cerebral pathology is often unacceptable. Previously, we mastered and applied the Independent Component Algorithm (ICA) in FSL software to visualize and analyze individual fMRI resting networks of healthy people.Objective: to analyze individual fMRI resting networks associated with the state of motor activity and consciousness in patients with severe traumatic brain injury (STBI).Materials and methods. Observation groups: 23 patients with SТBI (main) and 17 healthy volunteers (control). 3T fMRI recorded at rest. Individual (norm and STBI) and group (norm) analysis of RS networks was carried out by FSL software (ICA algorithm) and SPM8 in MATLAB.For the DMN and Sensorimotor networks, topography and total volume and intensity of their activation of their activation were determined.Results. The topography features reproduced in the group and individual analysis of fMRI of healthy people, as well as the averaged quantitative indicators of the rest networks were used as reference for pathology.In the context of motor activity, the RS Sensorimotor network was considered. Its topography is close to normal in most patients without or with mild hemiparesis. The growth of this defect is accompanied by a decrease in the integral quantitative indicators of the network, combined with asymmetric reduction (lack of activation in the contralateral motor cortex) in rough hemiparesis.In the context of consciousness, the expression and characteristics of the DMN network were compared in healthy people and in patients with STBI at its various levels: from clear to chronic vegetative state. It was revealed that a decrease in the level of consciousness is accompanied by a reduction in the cortical components of DMN, primarily the frontal (anterior DMN), not pronounced in the vegetative state. Activation of the caudal component of DMN (in particular, the posterior cingular cortex) persists in patients with depressed consciousness: distinct and even somewhat enhanced compared to the norm with its reversible form, less pronounced with chronicConclusion. The data obtained indicate the informative value of fMRI analysis of individual resting networks in the context of studying cerebral structural and functional foundations of consciousness and motor activity, as well as diagnosing the state of these functions in STBI.По данным литературы, анализ функциональной манитно-резонансной томографии (фМРТ) в состоянии покоя (RS) является информативным методическим подходом к исследованию базового уровня функциональной активности здорового и больного мозга. Усреднение данных по группам наблюдений при разных формах церебральной патологии зачастую неприемлемо. Ранее нами был освоен и применен алгоритм независимых компонент (ICA) в программном обеспечении FSL для визуализации и анализа индивидуальных сетей покоя фМРТ здоровых людей.Цель исследования: анализ индивидуальных сетей покоя фМРТ, сопряженных с состоянием двигательной активности и сознания, у пациентов с тяжелой черепно-мозговой травмой (ТЧМТ).Материал и методы. Группы наблюдений: 23 пациента с ТЧМТ, сопровождавшейся разной степенью угнетения сознания и двигательных нарушений в форме гемипареза (основная), и 17 здоровых испытуемых (контроль). У каждого записывали фМРТ 3 Тл в состоянии покоя с закрытыми глазами. Проводили групповой (в норме) и индивидуальный (в норме и при патологии) фМРТ-анализ RS с использованием программных средств FSL (алгоритм ICA) и SPM8 в среде MATLAB. Для сетей DMN и Sensorimotor определяли топографию активированных зон мозга, представленность сетей в группах наблюдений, общий объем и интенсивность их активации.Результаты. Воспроизводимые при групповом и индивидуальном анализе фМРТ здоровых людей особенности топографии, а также усредненные количественные показатели сетей покоя были использованы в качестве эталонных для патологии.В контексте двигательной активности рассматривали сенсомоторную сеть RS. Ее топография близка к норме у большинства пациентов без или с легким гемипарезом. Нарастание этого дефекта сопровождается  уменьшением интегральных количественных показателей сети, сочетающимся с асимметричной редукцией (отсутствием активации в контралатеральной моторной коре) при грубом гемипарезе.В контексте сознания анализировали особенности сети DMN у пациентов с ТЧМТ при разном его уровне: от ясного до хронического вегетативного состояния. Выявлено, что снижение уровня сознания сопровождается редукцией корковых составляющих DMN, в первую очередь лобных (anterior DMN), не выраженной при вегетативном состоянии. Активациия каудального компонента DMN (в частности, задней цингулярной коры) у пострадавших с угнетенным сознанием сохраняется: отчетливая и даже несколько усиленная по сравнению с нормой при обратимой его форме, менее выраженная – при хронической.Заключение. Полученные данные свидетельствуют об информативности фМРТ-анализа индивидуальных сетей покоя в контексте изучения церебральных структурно-функциональных основ сознания и двигательной активности, а также диагностики состояния этих функций при ТЧМТ

Risk seeking for losses modulates the functional connectivity of the default mode and left frontoparietal networks in young males

Value-based decision making (VBDM) is a principle that states that humans and other species adapt their behavior according to the dynamic subjective values of the chosen or unchosen options. The neural bases of this process have been extensively investigated using task-based fMRI and lesion studies. However, the growing field of resting-state functional connectivity (RSFC) may shed light on the organization and function of brain connections across different decision-making domains. With this aim, we used independent component analysis to study the brain network dynamics in a large cohort of young males (N = 145) and the relationship of these dynamics with VBDM. Participants completed a battery of behavioral tests that evaluated delay aversion, risk seeking for losses, risk aversion for gains, and loss aversion, followed by an RSFC scan session. We identified a set of large-scale brain networks and conducted our analysis only on the default mode network (DMN) and networks comprising cognitive control, appetitive-driven, and reward-processing regions. Higher risk seeking for losses was associated with increased connectivity between medial temporal regions, frontal regions, and the DMN. Higher risk seeking for losses was also associated with increased coupling between the left frontoparietal network and occipital cortices. These associations illustrate the participation of brain regions involved in prospective thinking, affective decision making, and visual processing in participants who are greater risk-seekers, and they demonstrate the sensitivity of RSFC to detect brain connectivity differences associated with distinct VBDM parameters