Objective : The authors investigated the changes of cortical sensorimotor activity in functional MRI (fMRI) and functional recovery in spinal cord injury (SCI) patients who had been treated by bone marrow cell transplantation. Methods : Nineteen patients with SCI were included in this study; ten patients with clinical improvement and nine without. The cortical sensorimotor activations were studied using the proprioceptive stimulation during the fMRI. Results : Diagnostic accuracy of fMRI with neurological improvement was 70.0% and 44.4% for sensitivity and specificity, respectively. Signal activation in the ipsilateral motor cortex in fMRI was commonly observed in the clinically neurological improved group (p-value=0.002). Signal activation in the contralateral temporal lobe and basal ganglia was more commonly found in the neurological unimproved group (p-value<0.001). Signal activation in other locations was not statistically different. Conclusion : In patients with SCI, activation patterns of fMRI between patients with neurologic recovery and those without varied. Such plasticity should be considered in evaluating SCI interventions based on behavioral and neurological measurements.
The fMRI signals are composed of many various signals. It is very difficult to find the accurate parameter for the model of fMRI signal containing only neural activity, though we may estimating the signal patterns by the modeling of several signal components. Besides the nose by the physiologic motion, the motion of object and noise of MR instruments make it more difficult to analyze signals of fMRI. Therefore, it is not easy to select an accurate reference data that can accurately reflect neural activity, and the method of an analysis of various signal patterns containing the information of neural activity is an issue of the post-processing methods for fMRI. In the present study, fMRI data was analyzed with the Independent Component Analysis(ICA) method that doesn't need a priori-knowledge or reference data. ICA can be more effective over the analytic method using cross-correlation analysis and can separate the signal patterns of the signals with delayed response or motion related components. The Principal component Analysis (PCA) threshold, wavelet spatial filtering and analysis of a part of whole images can be used for the reduction of the freedom of data before ICA analysis, and these preceding analyses may be useful for a more effective analysis. As a result, ICA method will be effective for the degree of freedom of the data.
The higher cognitive functions of the human brain including teaming are hypothesized to be selectively distributed across large-scale neural networks interconnected to the cortical and subcortical areas. Recently, advances in functional imaging have made it possible to visualize the brain areas activated by certain cognitive activities in vivo. Neural substrates for teaming and motivation have also begun to be revealed. Functional magnetic resonance imaging (fMRI) provides a non-invasive indirect mapping of cerebral activity, based on the blood- oxygen level dependent (BOLD) contrast which is based on the localized hemodynamic changes following neural activities in certain areas of the brain. The fMRI method is now becoming an essential tool used to define the neuro-functional mechanisms of higher brain functions such as memory, language, attention, learning, plasticity and emotion. Further research in the field of education will accelerate the verification of the effects on loaming or help in the selection of model teaching strategies. Thus, the purpose of this study was to review brain study methods using fMRI in science education. In conclusion, a number of possible strategies using fMRI for the study of elementary science education were suggested.
Park, Tae-Gyoon;Kim, Young-Il;Hong, Kwon-Eui;Yim, Yun-Kyoung;Lee, Hyun;Lee, Byung-Ryul
Korean Journal of Acupuncture
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v.21
no.2
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pp.29-46
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2004
Objectives and Methods : This study was performed to investigate the effect of electro -acupuncture at four gates(bilateral LR3 and LI4) on brain activity in normal subjects using fMRI. Results and Conclusions : 1. fMRI signal increase by electro-acupuncture at Lt. LR3 was observed in Rt. Middle frontal gyrus in group average as well as more than half of the subjects. 2. fMRI signal decreases by electro-acupuncture at Lt. LR3 were observed in Rt. Superior frontal gyrus, Rt. Middle temporal gyrus, Rt. Cingulate gyrus in group average as well as more than half of the subjects. 3. fMRI signal increases by electro-acupuncture at Lt. LI4 were observed in Lt. Superior frontal gyrus, Lt. Middle frontal gyrus, Lt. Inf. Semi-Lunar Lobule(cerebellum), Rt. Middle frontal gyrus, Rt. Cingulate gyrus in group average as well as more than half of the subjects. 4. fMRI signal decreases by electro-acupuncture at Lt. LI4 were observed in Lt. Middle frontal gyrus, Lt. Inferior frontal gyrus, Lt. Precentral gyrus and Rt. Middle frontal gyrus, Rt. Middle temporal gyrus, Rt. Precuneus, Rt. Inferior frontal gyrus, Rt. Postcentral gyrus in group average as well as more than half of the subjects. 5. fMRI signal increase by electro-acupuncture at Lt. LR3 and Lt. LI4 in group average as well as more than half of the subjects was not observed. 6. fMRI signal decreases by electro-acupuncture at Lt. LR3 and Lt. LI4 were observed in Lt. culmen(cerebellum), Lt. Cingulate gyrus와 Rt. Middle frontal gyrus, Rt. Cingulate gyrus, Rt. Inferior frontal gyrus in group average as well as more than half of the subjects. 7. fMRI signal increases by electro-acupuncture at four gates (bilateral LR3 and LI4) were observed in Lt. Middle temporal gyrus and Lt. Postcentral gyrus in group average as well as more than half of the subjects. 8. fMRI signal decrease by electro-acupuncture at four gates (bilateral LR3 and LI4) were observed in Lt. Middle frontal gyrus, Lt. Precentral gyrus, Lt. Inferior frontal gyrus, Lt. Middle temporal gyrus, Lt. Frontal sub-gyral and Rt. Tuber(cerebellum) in group average as well as more than half of the subjects.
The purpose of this study was to verify the basic emotion theory based on the emotion-related research using functional brain imaging technology. For this purpose, a meta-analysis on the functional magnetic resonance imaging (fMRI) studies was performed. Six individual emotions-joy, happiness, fear, anger, disgust, sadness-were selected. In order to collect the fMRI data of individual emotions, we searched the electronic journals such as Medline, PsychInfo, PubMed for the past 10 years. fMRI experiment data aimed at healthy subjects for 6 emotions were collected, and only studies reported in Talairach or MNI standard coordinate system were included. In order to eliminate the difference between Talairach and MNI coordinate systems, we analyzed fMRI data based on the Talairach coordinate system. A meta-analysis using GingerALE 2.3 program adopting the activation likelihood estimates (ALE) techniques was performed. In this study, we confirmed that the individual emotions are associated with consistent and distinguishable regional brain responses within the framework of the basic emotion theory. The conclusion of this study of the brain areas associated with each individual emotional reaction was substantially consistent with the results of existing review articles. Finally, the limitations of this study and some suggestions for the future research were presented.
Functional Magnetic Resonance Angiography (fMRA) was a technoscientific innovation that allows scientists to directly view the changes made in the blood vessels of a brain. fMRA was first developed at Neuroscience Research Institute (NRI) in Korea. fMRA mainly utilizes 7 Tesla MRI technology, and NRI is equipped with the instrument. First article on fMRA was published in 2008, and two more papers in 2010 and 2012 consecutively had been published on the newly developed technique. However, fMRA is a competitive technology with existing fMRI. Both techniques capture microvascular changes in a brain, and by doing it, both techniques visualize the cognitive and affective changes. fMRI technology was introduced by Seiji Ogawa in the early 1990's and has been widely used since then. In contrast, fMRA was a newer technology and rather unknown. Developers of fMRA in NRI used series of signifiant-politics in order to make it better known to scientific community as well as public. By resetting the boundaries of existing concept of fMRI, they tried to lower the threshold of a new concept/technique. This case study shows how technoscientists use semiotic strategies governing new technology.
MR acoustic sound or noise due to gradient pulsings has been one of the problems in MRI, both in patient scanning as well as in many areas of psychiatric and neuroscience research, such as brain fMRI. Especially in brain fMRI, sound noise is one of the serious noise sources which obscures the small signals obtainable from the subtle changes occurring in oxygenation status in the cortex and blood capillaries. Therfore, we have studied the effects of acoustic or sound noise arising in fMR imaging of the auditory, motor and visual cortices. The results show that the acoustical noise effects on motor and visual responses are opposite. That is, for the motor activity, it shows an increased total motor activation while for the visual stimulation, corresponding(visual) cortical activity has diminished substantially when the subject is exposed to a loud acoustic sound. Although the current observations are preliminary and require more experimental confirmation, it appears that the observed acoustic-noise effects on brain functions, such as in the motor and visual cortices, are new observations and could have significant consequences in data observation and interpretation in future fMRI studies.
Two hemiplegic cerebral palsy patients were studied to investigate the cortical mechanisms underlying preserved somatosensory capacity, using functional MRI(fMRI). Tactile stimulation was performed by brushing of palm, during fMRI study. By the affected hand stimulation, contralateral primary somatosensory cortex was activated in patient 1 and cortical area anterior to the lesion site was activated in patient 2. We suggest that reorganization of the somatosensory cortex after brain injury can be induced by recruitment of undamaged areas adjacent to lesion site.
Functional MRI (fMRI) provides an indirect mapping of cerebral activity, based on the detection of the local blood flow and oxygenation changes following neuronal activity (Blood Oxygenation Level Dependent). fMRI allows us to study noninvasively the normal and pathological aspects of functional cortical organization. Each fMRI study compares two different states of activity. Echo-Planar Imaging is the technique that makes it possible to study the whole brain at a rapid pace. Activation maps are calculated from a statistical analysis of the local signal changes. fMRI is now becoming an essential tool in the neurofunctional evaluation of normal volunteers and many neurological patients as well as the reference method to image normal or pathologic functional brain organization.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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