Технология фармакологической функциональной МРТ: потенциал использования в неврологии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В обзоре представлены современные данные об одной из перспективных нейровизуализационных методик — фармакологической функциональной магнитно-резонансной томографии (фарм-фМРТ). Описаны технологии проведения фарм-фМРТ, варианты применения парадигмы в качестве триггера нейрональной активации зон интереса при изучении эффектов нейроактивных препаратов. Рассмотрены потенциальные возможности применения фарм-фМРТ при различных неврологических состояниях, таких как цереброваскулярные заболевания, эпилепсия, а также в отношении коррекции метаболических расстройств, когнитивных нарушений, болевого синдрома и др. Представлены ограничения применения фарм-фМРТ, возможные пути их преодоления при планировании и проведении исследований. Предложены перспективы применения фарм-фМРТ, которые позволят дать объективную оценку таргетного воздействия фармакологических агентов.

Об авторах

Антон Алексеевич Раскуражев

Научный центр неврологии

Автор, ответственный за переписку.
Email: raskurazhev@neurology.ru
ORCID iD: 0000-0003-0522-767X

канд. мед. наук, врач-невролог, с. н. с. 1-го неврологического отделения, рук. лаб. нейрофармакологической функциональной МРТ Института клинической и профилактической неврологии

Россия, 125367, Москва, Волоколамское шоссе, д. 80

Маринэ Мовсесовна Танашян

Научный центр неврологии

Email: raskurazhev@neurology.ru
ORCID iD: 0000-0002-5883-8119

д-р мед. наук, профессор, член-корреспондент РАН, заместитель директора по научной работе, руководитель 1-го неврологического отделения Института клинической и профилактической неврологии

Россия, 125367, Москва, Волоколамское шоссе, д. 80

Софья Николаевна Морозова

Научный центр неврологии

Email: raskurazhev@neurology.ru
ORCID iD: 0000-0002-9093-344X

канд. мед. наук, н. с. отдела лучевой диагностики Института клинической и профилактической неврологии 

Россия, 125367, Москва, Волоколамское шоссе, д. 80

Полина Игоревна Кузнецова

Научный центр неврологии

Email: raskurazhev@neurology.ru
ORCID iD: 0000-0002-4626-6520

канд. мед. наук, врач-невролог, н. с. 1-го неврологического отделения Института клинической и профилактической неврологии 

Россия, 125367, Москва, Волоколамское шоссе, д. 80

Владислав Александрович Аннушкин

Научный центр неврологии

Email: raskurazhev@neurology.ru
ORCID iD: 0000-0002-9120-2550

канд. мед. наук, врач-невролог 1-го неврологического отделения Института клинической и профилактической неврологии 

Россия, 125367, Москва, Волоколамское шоссе, д. 80

Андрей Сергеевич Мазур

Научный центр неврологии

Email: raskurazhev@neurology.ru
ORCID iD: 0000-0001-8960-721X

аспирант 1-го неврологического отделения Института клинической и профилактической неврологии 

Россия, 125367, Москва, Волоколамское шоссе, д. 80

Анастасия Андреевна Панина

Научный центр неврологии

Email: raskurazhev@neurology.ru
ORCID iD: 0000-0002-8652-2947

аспирантка 1-го неврологического отделения Института клинической и профилактической неврологии 

Россия, 125367, Москва, Волоколамское шоссе, д. 80

Никита Евгеньевич Спрышков

Научный центр неврологии

Email: raskurazhev@neurology.ru
ORCID iD: 0000-0002-2934-5462

аспирант 1-го неврологического отделения Института клинической и профилактической неврологии 

Россия, 125367, Москва, Волоколамское шоссе, д. 80

Михаил Александрович Пирадов

Научный центр неврологии

Email: raskurazhev@neurology.ru
ORCID iD: 0000-0002-6338-0392

д-р мед. наук, профессор, академик РАН, директор 

Россия, 125367, Москва, Волоколамское шоссе, д. 80

Список литературы

  1. Dawson GR, Craig KJ, Dourish CT. Validation of experimental medicine methods in psychiatry: the P1vital approach and experience. Biochem Pharmacol. 2011;81(12):1435–1441. doi: 10.1016/j.bcp.2011.03.013
  2. Conn PJ, Roth BL. Opportunities and challenges of psychiatric drug discovery: roles for scientists in academic, industry, and government settings. Neuropsychopharmacology. 2008;33(9):2048–2060. doi: 10.1038/sj.npp.1301638
  3. Bandettini PA, Wong EC, Hinks RS, et al. Time course EPI of human brain function during task activation. Magn. Reson. Med. 1992;25(2):390–397. doi: 10.1002/mrm.1910250220
  4. Ogawa S, Tank DW, Menon R, et al. Intrinsic signal changes accompanying sensory stimulation: functional brain mapping with magnetic resonance imaging. Proc Natl Acad Sci USA. 1992;89(13):5951–5955. doi: 10.1073/pnas.89.13.5951
  5. Kwong KK, Belliveau JW, Chesler DA, et al. Dynamic magnetic resonance imaging of human brain activity during primary sensory stimulation. Proc Natl Acad Sci U S A. 1992;89(12):5675–5679. doi: 10.1073/pnas.89.12.5675
  6. Jenkins BG. Pharmacologic magnetic resonance imaging (phMRI): imaging drug action in the brain. Neuroimage. 2012;62(2):1072–1085. doi: 10.1016/j.neuroimage.2012.03.075
  7. Chen YC, Galpern WR, Brownell AL, et al. Detection of dopaminergic neurotransmitter activity using pharmacologic MRI: correlation with PET, microdialysis, and behavioral data. Magn Reson Med. 1997;38(3):389–398. doi: 10.1002/mrm.1910380306
  8. Silva AC, Zhang W, Williams DS, Koretsky AP. Multi-slice MRI of rat brain perfusion during amphetamine stimulation using arterial spin labeling. Magn Reson Med. 1995;33(2):209–214. doi: 10.1002/mrm.1910330210
  9. Cuenod CA, Chang MCJ, Arai T, et al. Local brain response to cholinergic receptor stimulation detected by MRI. Proc Int Soc Magn Reson Med. 1993:S3;1387.
  10. Wandschneider B, Koepp MJ. Pharmaco fMRI: determining the functional anatomy of the effects of medication. Neuroimage Clin. 2016;12:691–697. doi: 10.1016/j.nicl.2016.10.002
  11. Upadhyay J, Anderson J, Baumgartner R, et al. Modulation of CNS pain circuitry by intravenous and sublingual doses of buprenorphine. Neuroimage. 2012;59(4):3762–3773. doi: 10.1016/j.neuroimage.2011.11.034
  12. Fanny M, Manuel T, Daniel HW, et al. Pharmacological manipulation of neurotransmitter activity induces disparate effects on cerebral blood flow and resting-state fluctuations. Imaging Neuroscience. 2024;2:1–18. doi: 10.1162/imag _a_00370
  13. Jenkins BG. Pharmacologic magnetic resonance imaging (phMRI): imaging drug action in the brain. Neuroimage. 2012;62(2):1072–1085. doi: 10.1016/j.neuroimage.2012.03.075
  14. Carmichael O, Schwarz AJ, Chatham CH, et al. The role of fMRI in drug development. Drug Discov Today. 2018;23(2):333–348. doi: 10.1016/j.drudis.2017.11.012
  15. Delaveau P, Jabourian M, Lemogne C, et al. Brain effects of antidepressants in major depression: a meta-analysis of emotional processing studies. J Affect Disord. 2011;130(1-2):66–74. doi: 10.1016/j.jad.2010.09.032
  16. van Wingen GA, Tendolkar I, Urner M, et al. Short-term antidepressant administration reduces default mode and task-positive network connectivity in healthy individuals during rest. Neuroimage. 2014;88:47–53. doi: 10.1016/j.neuroimage.2013.11.022
  17. Harris RE, Napadow V, Huggins JP, et al. Pregabalin rectifies aberrant brain chemistry, connectivity, and functional response in chronic pain patients. Anesthesiology. 2013;119(6):1453–1464. doi: 10.1097/ALN.0000000000000017
  18. Biswal B, Yetkin FZ, Haughton VM, Hyde JS. Functional connectivity in the motor cortex of resting human brain using echo-planar MRI. Magn Reson Med. 1995;34(4):537–541. doi: 10.1002/mrm.1910340409
  19. Gaebler AJ, Fakour N, Stöhr F, et al. Functional connectivity signatures of NMDAR dysfunction in schizophrenia-integrating findings from imaging genetics and pharmaco-fMRI. Transl. Psychiatry. 2023;13(1):59. doi: 10.1038/s41398-023-02344-2
  20. Berginström N, Nordström P, Ekman U, et al. Pharmaco-fMRI in patients with traumatic brain injury: a randomized controlled trial with the monoaminergic stabilizer (-)-OSU6162. J Head Trauma Rehabil. 2019;34(3):189–198. doi: 10.1097/HTR.0000000000000440
  21. Танашян М.М., Лагода О.В., Федин П.А. и др. Современные подходы к лечению больных с хроническими сосудистыми заболеваниями головного мозга. Нервные болезни. 2010;(4):19–22. Tanashyan MM, Lagoda OV, Fedin PA, et al. Modern approaches to the treatment of patients with chronic vascular diseases of the brain. Nervnyye bolezni. 2010;(4):19–22.
  22. Танашян М.М., Бархатов Д.Ю., Глотова Н.А. и др. Эффективность нейропротекции у больных с хроническими цереброваскулярными заболеваниями. Вестник Российской военно-медицинской академии. 2011;3(35):181–187. Tanashyan MM, Barkhatov DYu, Glotova NA, et al. The effectiveness of neuroprotection in patients with chronic cerebrovascular diseases. Bulletin of the Russian Military Medical Academy, 2011;3(35):181–187.
  23. Танашян М.М., Коновалов Р.Н., Лагода О.В. Новые подходы к коррекции когнитивных нарушений при цереброваскулярных заболеваниях. Анналы клинической и экспериментальной неврологии. 2018;12(3):30–39. doi: 10.25692/ACEN.2018.3.4 Tanashyan MM, Konovalov RN, Lagoda OV. New approaches to correction of cognitive impairments in cerebrovascular diseases. Annals of clinical and experimental Neurology. 2018;12(3):30–39. doi: 10.25692/ACEN.2018.3.4
  24. Tanashyan M, Morozova S, Raskurazhev A, Kuznetsova P. A prospective randomized, double-blind placebo-controlled study to evaluate the effectiveness of neuroprotective therapy using functional brain MRI in patients with post-covid chronic fatigue syndrome. Biomed Pharmacother. 2023;168:115723. doi: 10.1016/j.biopha.2023.115723
  25. Becerra L, Harter K, Gonzalez RG, Borsook D. Functional magnetic resonance imaging measures of the effects of morphine on central nervous system circuitry in opioid-naive healthy volunteers. Anesth Analg. 2006;103(1):208–216. doi: 10.1213/01.ane.0000221457.71536.e0
  26. Gear R, Becerra L, Upadhyay J, et al. Pain facilitation brain regions activated by nalbuphine are revealed by pharmacological fMRI. PLoS One. 2013;8(1):e50169. doi: 10.1371/journal.pone.0050169
  27. Edes AE, McKie S, Szabo E, et al. Increased activation of the pregenual anterior cingulate cortex to citalopram challenge in migraine: an fMRI study. BMC Neurol. 2019;19(1):237. doi: 10.1186/s12883-019-1478-0
  28. Vollmar C, O’Muircheartaigh J, Symms MR, et al. Altered microstructural connectivity in juvenile myoclonic epilepsy: the missing link. Neurology. 2012;78(20):1555–1559. doi: 10.1212/WNL.0b013e3182563b44
  29. Wandschneider B, Stretton J, Sidhu M, et al. Levetiracetam reduces abnormal network activations in temporal lobe epilepsy. Neurology. 2014;83(17):1508–1512. doi: 10.1212/WNL.0000000000000910
  30. De Ciantis A, Muti M, Piccolini C, et al. A functional MRI study of language disturbances in subjects with migraine headache during treatment with topiramate. Neurol Sci. 2008;29(Suppl 1):S141–143. doi: 10.1007/s10072-008-0906-5
  31. Jansen JF, Aldenkamp AP, Marian Majoie HJ, et al. Functional MRI reveals declined prefrontal cortex activation in patients with epilepsy on topiramate therapy. Epilepsy Behav. 2006;9(1):181–185. doi: 10.1016/j.yebeh.2006.05.004
  32. Szaflarski JP, Allendorfer JB. Topiramate and its effect on fMRI of language in patients with right or left temporal lobe epilepsy. Epilepsy Behav. 2012;24(1):74–80. doi: 10.1016/j.yebeh.2012.02.022
  33. Tang Y, Xia W, Yu X, et al. Altered cerebral activity associated with topiramate and its withdrawal in patients with epilepsy with language impairment: an fMRI study using the verb generation task. Epilepsy Behav. 2016;59:98–104. doi: 10.1016/j.yebeh.2016.03.013
  34. Yasuda CL, Centeno M, Vollmar C, et al. The effect of topiramate on cognitive fMRI. Epilepsy Res. 2013;105(1-2):250-255. doi: 10.1016/j.eplepsyres.2012.12.007
  35. Танашян М.М., Антонова К.В. Цереброметаболическое здоровье. В кн.: Управление метаболическим здоровьем. М.; 2025;II:117–148. Tanashyan MM, Antonova KV. Cerebrometabolic health. In: Management of metabolic health. Moscow; 2025;II:119–148. (In Russ.)
  36. Кремнева Е.И., Суслин А.С., Говорин A.Н. и др. фМРТ-картирование алиментарных функциональных зон головного мозга. Анналы клинической и экспериментальной неврологии. 2015;9(1):32–36. doi: 10.17816/psaic156 Kremneva EI, Suslin AS, Govorin AN, et al. Mapping of the brain regions responsible for eating behavior regulation with functional MRI. Annals of clinical and experimental neurology. 2015;9(1):32–36. doi: 10.17816/psaic156
  37. Кузнецова П.И., Романцова Т.И., Логвинова О.В. и др. Функциональная МР-томография головного мозга на фоне медикаментозной коррекции ожирения. Ожирение и метаболизм. 2022;19(1):74–82. doi: 10.14341/omet12810 Kuznetsova PI, Romantsova TI, Logvinova OV, et al. Functional brain MRI in the setting of drug correction of obesity. Obesity and metabolism. 2022;19(1):74–82. doi: 10.14341/omet12810
  38. Farr OM, Tsoukas MA, Triantafyllou G, et al. Short-term administration of the GLP-1 analog liraglutide decreases circulating leptin and increases GIP levels and these changes are associated with alterations in CNS responses to food cues: a randomized, placebo-controlled, crossover study. Metabolism. 2016;65(7):945–953. doi: 10.1016/j.metabol.2016.03.009
  39. Cheng H, Zhang Z, Zhang B, et al. enhancement of impaired olfactory neural activation and cognitive capacity by liraglutide, but not dapagliflozin or acarbose, in patients with type 2 diabetes: a 16-week randomized parallel comparative study. Diabetes Care. 2022;45(5):1201–1210. doi: 10.2337/dc21-2064
  40. Goekoop R, Scheltens P, Barkhof F, et al. Cholinergic challenge in Alzheimer patients and mild cognitive impairment differentially affects hippocampal activation — a pharmacological fMRI study. Brain. 2006;129 (Pt 1):141–157. doi: 10.1093/brain/awh671
  41. Bourke JH, Wall MB. phMRI: methodological considerations for mitigating potential confounding factors. Front Neurosci. 2015;9:167. doi: 10.3389/fnins.2015.00167
  42. Glover GH, Li TQ, Ress D. Image-based method for retrospective correction of physiological motion effects in fMRI: RETROICOR. Magn Reson Med. 2000;44(1):162–167. doi: 10.1002/1522-2594(200007)44:1<162::aid-mrm23>3.0.co;2-e
  43. Murphy SE, Mackay CE. Using MRI to measure drug action: caveats and new directions. J Psychopharmacol. 2011;25(9):1168–1174. doi: 10.1177/0269881110372547
  44. Pattinson KT, Rogers R, Mayhew SD, et al. Pharmacological FMRI: measuring opioid effects on the BOLD response to hypercapnia. J Cereb. Blood Flow Metab. 2007;27(2):414–423. doi: 10.1038/sj.jcbfm.9600347
  45. Deakin JF, Lees J, McKie S, et al. Glutamate and the neural basis of the subjective effects of ketamine: a pharmaco-magnetic resonance imaging study. Arch Gen Psychiatry. 2008;65(2):154–164. doi: 10.1001/archgenpsychiatry.2007.37
  46. Anderson IM, Clark L, Elliott R, et al. 5-HT(2C) receptor activation by m-chlorophenylpiperazine detected in humans with fMRI. Neuroreport. 2002;13(12):1547–1551. doi: 10.1097/00001756-200208270-00012
  47. Cole DM, Smith SM, Beckmann CF. Advances and pitfalls in the analysis and interpretation of resting-state FMRI data. Front Syst Neurosci. 2010;4:8. doi: 10.3389/fnsys.2010.00008

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Результаты внутригруппового сравнения активации мозга при выполнении когнитивной парадигмы до и после лечения. А — пациенты, получавшие сосудисто-метаболическую терапию в течение 10 дней (уменьшение активации в надкраевых и ангулярных извилинах, а также зрительной коре); В — пациенты, получавшие плацебо (уменьшение активации только в зрительной коре). 1 – аксиальная проекция; 2 — коронарная проекция; 3 — сагиттальная проекция.

Скачать (575KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Внутригрупповое сравнение активации головного мозга здоровых испытуемых при визуализации пищевой парадигмы (изображения аппетитной и неаппетитной еды) после приёма сахара и сахарозаменителя. На срезах головного мозга представлены зоны с отличающейся активацией. После приёма сахара отмечается бóльшая активация в дополнительной моторной и дорсолатеральной префронтальной коре с обеих сторон. А — аксиальная проекция; В — коронарная проекция.

Скачать (244KB)
Метаданные

© Раскуражев А.А., Танашян М.М., Морозова С.Н., Кузнецова П.И., Аннушкин В.А., Мазур А.С., Панина А.А., Спрышков Н.Е., Пирадов М.А., 2025

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».