Purpose: Recently, neurostimulation studies involving manipulation of cortical excitability of the human brain have been increasingly attempted. We investigated whether transcranial direct current stimulation (tDCS) applied to the underlying cerebral cortex, directly induces cortical activation during fMRI scanning. Methods: We recently recruited five healthy subjects without a neurological or psychiatric history and who were right-handed, as verified by the modified Edinburg Handedness Inventory. fMRI was done while constant anodal tDCS was delivered to the underlying SM1 area?? immediately after the pre-stimulation for eighteen minutes. Results: Group analysis yielded an averaged map that showed that the SM1 area and the superior parietal cortex in the ipsilateral hemisphere were activated. The voxel size and peak intensity were, respectively, 82 and 5.22 in the SM1, and 85 and 5.77 in the superior parietal cortex. Conclusion: Cortical activation can be induced by constant anodal tDCS of the underlying motor cortex. This suggests that tDCS may be an effective therapeutic device for enhancing? physical motor function by modulating neural excitability of the motor cortex.
We investigated the activation of the cerebral cortex during active movement, passive movement, and functional electrical stimulation (FES), which was provided on wrist extensor muscles. A functional magnetic resonance imaging study was performed on 5 healthy volunteers. Tasks were the extension of right wrist by active movement, passive movement, and FES at the rate of .5 Hz. The regions of interest were measured in primary motor cortex (M1), primary somatosensory cortex (SI), secondary somatosensory cortex (SII), and supplementary motor area (SMA). We found that the contralateral SI and SII were significantly activated by all of three tasks. The additional activation was shown in the areas of ipsilateral S1 (n=2), and contralateral (n=1) or ipsilateral (n=2) SII, and bilateral SMA (n=3) by FES. Ipsilateral M1 (n=1), and contralateral (n=1) or ipsilateral SII (n=1), and contralateral SMA (n=1) were activated by active movement. Also, Contralateral SMA (n=3) was activated by passive movement. The number of activated pixels on SM1 by FES ($12{\pm}4$ pixels) was smaller than that by active movement ($18{\pm}4$ pixels) and nearly the same as that by passive movement ($13{\pm}4$ pixels). Findings reveal that active movement, passive movement, and FES had a direct effect on cerebral cortex. It suggests that above modalities may have the potential to facilitate brain plasticity, if applied with the refined-specific therapeutic intervention for brain-injured patients.
Objectives: Recently, the effect of acupuncture has been approved not only in the East but also in the West, so the interest on acupuncture was greatly improved. Especially, functional magnetic resonance imaging(fMRI) was embossed as the study tool for the mechanism of acupuncture noninvasively and many studies on the mechanism of acupuncture using fMRI were carried out. We archived the fMRI study on the brain activity induced by manual acupuncture at BL62(申脈). Methods: The study was the acupuncture at BL62(申脈) and we acquired 9 fMRI results from 6 persons$(age\;20{\sim}30,\;4\;male\;and\;2\;female)$. These studies employed The block design for mapping brain activity and acupuncture was perfomed at BL62(申脈) on the left foot. Results: The brain related motor function was cerebellum, basal ganglia and cerebral cortex and thalamus connected these elements. In the result of this study, the regions of significant activation in the cerebellum was centered on the spinocerebellum in the anterior lobe, so we presumed that this result showed the input of stimulation by the acupuncture on BL62(申脈). But basal ganglia and cerebral cortex showed the regions of significant activation in the left larger than the right and regions of the cerebral cortex was the motor and sensory cortex. Such a result explained that acupuncture at BL62(申脈) could have influence the motor function and acupuncture at left BL62(申脈) could affect the right side through the activation of the left basal ganglia and cerebral cortex. Conclusions: In the theory of crossing needling at collaterals(繆刺論), it the pathogenic factor invaded in the Yang Heel channel(陽?脈) that was one of the eight Extra meridians(奇經八脈), we recognized the disease of the collateral channel and used contralateral BL62(申脈) for treatment of the Yang Heel channel(陽?脈). Moreover the result of this study could bear the construction that acupuncture at the left BL62(申脈) treats the contralateral lesion and this construction is related to the theory of crossing needling at collaterals(繆刺論).
Purpose: This study was designed to analyze the differences in cerebral cortex activity of the elderly after extracting the movement related cortical potentials (MRCPs) from electroencephalogram (EEG) during a concentric and eccentric contraction of the elbow joint flexors, and entering them into the brain-mapping program to make the images. Methods: Right-dominant normal elderly people were divided into an eccentric contraction group and a concentric contraction group. Then, their MRCPs were measured using EEG and sEMG, during an eccentric and concentric contraction. Then, they were converted into images using the brain-mapping program. Results: Eccentric contraction group's $C_3$ and Cz showed statistically higher mean values of MRCP positive potential than the concentric contraction group. Conclusion: Researching a cerebral cortex activity, using MRCP, would provide basic data for clinical neuro-physiological researches on aging or neural plasticity of patients with a central nervous system injury.
목적: 이 연구의 목적은 시각 활성 자극에 의한 뇌 활성영역을 확인하고 국소 뇌 혈류량을 정량적으로 분석하는데 그 목적이 있다. $^8F-fluoro-2-deoxy\;glucose\;(FDG)\;PET$과 $^{15}O-water\;PET$에서 시각 자극을 가하는 동안 시각피질에서의 기전이 확인되었으며 PET에 비해 적은 비용으로 널리 사용되고 있는 $^{99m}Tc-HMPAO$ Brain SPECT를 이용하여 시각자극을 주었을 때 대뇌 후두엽의 일차시각피질과 시각 연합 피질에서의 국소 뇌 혈류 변화율을 정량적으로 분석하고자 하였다. 대상 및 방법: 오른손을 주로 사용하는 25세에서 33세의 나이 분포를 갖는 남자 3, 여자 3명(평균나이 26.7세)의 정상인을 대상으로 $^{99m}Tc-HMPAO$ Brain SPECT (925 MBq)를 시행하였고 8 Hz의 발광다이오드를 이용하여 $4{\sim}5$분 동안 시각활성 자극을 주었을 때와 대조군으로 자극을 가하지 않은 비 활성상태에서의 경우로 나누어 스캔하고 해부학적 기준정보를 제공하기 위해 MR 영상과 융합하였으며 관심영역을 설정하여 혈류량을 정량적으로 분석하였다. 결과: 정량적인 분석을 위해 대뇌의 전체 용적과 계수율을 계산하고 관심 영역을 설정하여 관심영역에 대한 복셀 당 평균 계수율을 측정하여 각 대상의 시각 활성자극을 가한 영상에서 정상 상태의 영상을 픽셀 당 픽셀로 감산하여 통계적 파라미터를 이용한 뇌 지도를 구성하였으며 뇌 활성이 Brodmann 영역의 시각피질(Ba 17)과 시각연합피질(Ba 18,19)에서 활성화되어 있음을 Talairach 좌표를 통해 확인하였고 regional index를 계산하여 국소 뇌혈류 변화율을 측정하였다. 결론: $^{99m}Tc-HMPAO$ Brain SPECT에서 8 Hz의 발광 다이오드로 시각 자극을 주었을 때 후두엽의 일차 시각피질과 시각 연합 피질에서 뇌 활성화를 확인하였고 통계적 파라미터를 이용한 SPM99에서 뇌 지도를 작성하여 시각자극에 의한 활성영역을 Talairach 좌표와 Brodmann 분류에 의해 확인하여 T1 강조 MR 영상에 융합하였다. 후두엽의 일차시각피질에서 시각 활성자극에 의해 국소 뇌 혈류량이 $32.50{\pm}5.67%$ 증가하고 있음을 정량적으로 분석하였다.
Insomnia is a common sleep-related symptom which occurs in many populations, however, the neural mechanism underlying insomnia is not yet known. The hyperarousal model explains the neural mechanism of insomnia to some extent, and the frontal cortex dysfunction has been known to be related to primary insomnia. In this review, we discuss studies that applied resting state and/or task-related functional magnetic resonance imaging to demonstrate the deficits/dysfunctions of functional activation and network in primary insomnia. Empirical evidence of the hyperarousal model and proposed relation between the frontal cortex and other brain regions in primary insomnia are examined. Reviewing these studies could provide critical insights regarding the pathophysiology, brain network and cerebral activation in insomnia and the development of novel methodologies for the diagnosis and treatment of insomnia.
대뇌 피질과 지능과의 관련성은 다양한 방법으로 연구되어 왔으며, 지능 발현에 관여하는 뇌 영역이 속속 밝혀지고 있다. 이와 함께 소뇌도 대뇌처럼 언어와 기억, 정보 처리 등 다양한 인지 기능 수행에 밀접한 관련이 있다는 사실도 연구 결과 나타났다. 그러나 특정 과제 수행 때 지능별 대뇌와 소뇌 영역들의 활성도 차이를 밝힌 연구 결과는 찾기 어렵다. 본 연구는 공간유추 과제를 수행할 때 나타난 대뇌와 소뇌의 활성 영역을 탐색하고, 그 차이를 분석하였다. 건강한 81명(평균 16세 3개월)의 남자 청소년을 대상으로 WAIS 지능 검사를 하여 5개 지능 범주로 나누고, 도형 유추 과제를 수행하게 하면서 기능성자기공명영상기술(fMRI)로 뇌 영상을 촬영하였다. 그 결과 12개 뇌 영역에서 활성이 나타났는데, 대뇌 피질에서는 시각영역인 양측 하후두회 외에 양측 상두정회와 우측하전두회, 양측 미상회, 그리고 소뇌의 5개 세부 영역들이다. 특히 지능(IQ)이 높을수록 이들 영역의 활성이 강하게 나타났으며, 영재 중에서도 지능이 아주 높은 140~147 범주의 피험자들은 다른 지능그룹에 비해 월등히 높은 활성을 보였다. 이런 결과는 아주 높은 지능의 영재들의 뇌 활용 특징일 수 있기 때문에 '슈퍼 영재'들의 판별에 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
We developed a symmetrical upper limb motion trainer for chronic hemiparetic subjects. This trainer enabled the practice of a forearm pronatio $n^ination and wrist flexion/extension. In this study, we have used functional magnetic resonance imaging(fMRI) with the developed symmetrical upper limb motion device, to compare brain activation patterns elicited by flexion/extension wrist movements of control and hemiparetic subject group. In control group, contralateral somatosensory cortex(SMC) and bilateral cerebellum were activated by dominant hand movement(Task 1), while bilateral movements by dominant hand(Task 2) activated the SMC in both cerebral hemispheres and ipsilateral cerebellum. However, in hemiparetic subject group, contralateral supplymentary motor area(SMA) was activated by unaffected hand movement(Task 1), while the activation of bilateral movements by unaffected hand(Task 2) showed only SMA in the undamaged hemisphere. This study, demonstrating the ability to accurately measure activation in both sensory and motor cortex, is currently being extended to patients in clinical applications such as the recovery of motor function after stroke.ke.
목적: 고식적인 spoiled gradient echo(SPGR) 기법과 EPI기법간의 뇌의 운동피질에 대한 기능적 영상의 차이를 평가하고자 하였다. 대상 및 방법: 5명의 정상 성인을 대상으로 1.5T 자기공명영상기기에서 SPGR기법(TR/TE/flep angle=50ms / 40ms / $30^{\circ}$, FOV=300mm, matrix $size=256{\times}256$, 단면두께=5mm)과 기법(TR / TE / flip angle=3000ms / 40ms / $90^{\circ}$, FOV=300mm, matrix $size=128{\times}128$, 단면두께=5mm)을 사용하여 MR 에이터를 얻었다. EPI기법의 경우, 총 6개의 단면에 대해 총 960개의 영상을 얻었고 SPGR 기법 겨우, 위 6개의 단면 중 운동중추영역이 포함된 한 단면에 대해 총 160개의 영상을 얻었다. 사용된 paradigm은 각각 8번의 휴지 기간과 활성 기간으로 구성되었고 활성기간동안에 시행된 작업은 오른손 손가락의 쥠과 펼침 운동이었다. 뇌의 활성영역을 국소화 하기 위해 사용된 통게적인 처리방법은 cross-correlation 방법이었다. 두 기법의 활성화 영상에 대해 활성 영역에서의 휴지 기간과 활성 기간간의 신호 크기의 변화와 연속적인 MR 데이터의 신호 대 잡음비의 측정, 그리고 활성 영역의 위치와 그 범위를 비교 분석하였다. 결과: 두 기법 모두에서 운동중추영역인 전운동피질이 잘 관찰되었다. 휴지 기간과 활성 기간간의 신호 크기의 변화는 두 기법간의 유의한 차이가 없었다. 그러나, 연속적인 MR 데이터의 신호 대 잡음비에 있어서는 EPI 기법이 SPGR 기법보다 약 2배 높았다. 또한, 활성 영역에 있어서 EPI 기법이 SPGR기법보다 낮은 쪽으로의 p값의 분포를 보여 주었다. 결론: 본 연구는 운동중추영역에 대한 뇌의 기능적 영상을 얻는 데에 있어서 두 기법 모두 유용함을 보여주었다. 그러나, EPI 기법에서 얻을 수 있는 높은 신호 감도 특성에 의해 EPI 기법이 SPGR 기법보다 뇌의 기능적 영역에 대한 더 정확한 정보를 제공하는 장점을 지닌다.
Electroconvulsive shock (ECS) increases the activity of acetylchohnesterase and decreases in brain acetylcholine levels. A large amount of free fatty acids accumulated in the brain tissue affects cerebral blood flow, brain edema and inflammation and results in brain injury. The present study examined the effect of docosahexaenoic acid (DHA) and D,L-pyroglutamic acid (D,L-PCA) on the learning and memory deficit using the passive avoidance failure technique and on the change of acetylcholine and choline level in the cerebral cortex of ECS-induced mice. The application of ECS (25mA, 0.5sec) induced a significant decrease in memory function for 30 min. ECS-induced a significant decrease in cortical acetylcholine and choline levels 1 min following the ECS application, which were almost recovered to ECS control level after 30 min. DHA (20 mg/kg, i.p.). administered 24 hr before shock. prevented the ECS-induced passive avoidance failure and the decrease of acetylcholine level 1 min following the ECS application. DHA failed to elicit a change in cortical choline level. DHA did not affect memory function and the cortical Ach and choline level of normal mice. The administration of D,L-PCA (500 mg/kg, i.p.) increased the effect of DHA on memory function and the change of cortical acetylcholine level of ECS induced mice. These results suggest that DHA treatment may be contributed to the prevention against memory deficit, and to the activation of cholinergic system in the ECS induced mice.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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