Ученые разработали алгоритм неинвазивного определения сегментов спинного мозга — Naked Science
15.03.2019
Институт физиологии Павлова

Ученые разработали алгоритм неинвазивного определения сегментов спинного мозга

Исследование поможет в проведении нейрохирургических манипуляций со спинным мозгом.

Ученые разработали алгоритм неинвазивного определения сегментов спинного мозга
Ученые разработали алгоритм неинвазивного определения сегментов спинного мозга

Ученые из Института физиологии имени Павлова разработали алгоритм неинвазивного прогнозирования длин и положений сегментов спинного мозга на основе характеристик позвонков.

Алгоритм поможет в проведении нейрохирургических манипуляций. Исследование проводилось на лабораторных животных, однако предложенный подход к установлению взаимосвязей между сегментами спинного мозга и позвонками может быть применен для приматов и человека.

Статья была опубликована в журнале Anatomical Record.

Детальное знание топографической организации и точный доступ к сегментам спинного мозга имеют решающее значение для нейрохирургических манипуляций, а также нейрофизиологических исследований in vivo спинномозговых сетей, отвечающих за различные типы ходьбы и поддержание позы, а также регулирующих функции кишечника и органов малого таза.

Известно, что при повреждении (травме) спинного мозга работа этих нейронных сетей серьезно нарушается, что приводит к параличу нижних конечностей и нарушению функции тазовых органов.

Эти функции могут быть частично восстановлены путем электрической стимуляции определенных сегментов спинного мозга при помощи электродных матриц, имплантируемых на поверхность твердой оболочки спинного мозга.

Положение конкретных сегментов возможно определить только непосредственно во время хирургической операции или при вскрытии. Современные методы визуализации (МРТ, КТ) также не позволяют это сделать, особенно в пояснично-крестцовом отделе, где сегменты смещены относительно одноименных позвонков.

Тем не менее часто необходимо определить точное местоположение сегментов спинного мозга in vivo — например, для планирования хирургических манипуляций со спинным мозгом, создания и имплантации нейроинтерфейсов или регистрации активности нейронов.

Ученые разработали алгоритм неинвазивного определения сегментов спинного мозга
Спинной мозг в разрезе

Исследование решает эту проблему. Ученые из Института физиологии имени И. П. Павлова РАН, Российского научного центра радиологии и хирургических технологий, Института трансляционной биомедицины СПбГУ и Медицинского колледжа Бейлора, США, разработали алгоритм для прогнозирования положения сегментов позвоночника на основе их отношения к контрольным точкам позвонков.

На основе этих измерений была разработана процедура оценки: для определения длины сегмента использовалась кубическая регрессия отношения длины сегмента к длине второго поясничного позвонка, а для определения положения сегментов — квадратичная регрессия отношения их положений относительно переднего края этого же позвонка.

Коэффициенты этих регрессий были рассчитаны на обучающей выборке животных, а затем подтверждены на тестовой выборке.

Полученную зависимость можно использовать при вычислении длин сегментов пояснично-крестцового отдела и прогнозирования их положения в позвоночном канале, что является актуальным, в частности, при расчете геометрии имплантатов и их точного позиционирования с целью нейропротезирования функций спинного мозга.

«В дальнейшем планируется трансляция подобного подхода на приматов и человека. Измерить размер позвонков можно при помощи компьютерной томографии, тогда как размеры сегментов даже инвазивно, во время операции, измерить весьма затруднительно.

Данные о положении и размере сегментов спинного мозга, полученные путем прогнозирования, в будущем могут быть использованы для создания электродных матриц для стимуляции спинного мозга по индивидуальным размерам», — отметила Полина Шкорбатова, первый автор исследования.

Детальное изучение топографической организации сегментов спинного мозга имеет важное значение как для проведения лечебных и диагностических процедур, планирования хирургического вмешательства, так и для изучения спинальных локомоторных сетей, обеспечивающих сенсорные, моторные и висцеральные функции.

Установить положение сегментов внутри позвоночного канала неинвазивными методами затруднительно, поскольку между положением позвонков и одноименных сегментов спинного мозга имеется несоответствие, которое особенно выражено в пояснично-крестцовом отделе.

Работа была поддержана грантами РФФИ № 16-04-01791, № 17-04-01822, № 17-29-01034-офи-м); грантом Президента РФ МД-1018.2017.7 и грантом Национального института здоровья R01 NS100928.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Институт физиологии им. И. П. Павлова РАН — один из институтов Отделения биологических наук Российской академии наук. Институт ведет фундаментальные и прикладные исследования, направленные на раскрытие механизмов высшей нервной деятельности, функционирования сенсорных и висцеральных систем организма.
Позавчера, 13:03
Мария Азарова

Исследование микробиома кишечника, проведенное японскими и американскими учеными, предоставляет один из потенциальных ключей к долголетию и лечению бактериальных инфекций.

31 июля
Илья Ведмеденко

Таким образом, астронавтов с высокой вероятностью на поверхность спутника Земли доставит модернизированный Starship.

Вчера, 12:05
Ольга Иванова

Польские исследователи узнали, какой определяющий фактор стоит за убежденностью людей не вакцинироваться от коронавирусной инфекции.

27 июля
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

Позавчера, 13:03
Мария Азарова

Исследование микробиома кишечника, проведенное японскими и американскими учеными, предоставляет один из потенциальных ключей к долголетию и лечению бактериальных инфекций.

28 июля
Мария Азарова

Член Северо-Западной организации Федерации космонавтики России Александр Хохлов рассказал о проблемах, сопровождающих модуль «Наука» на пути к МКС, и объяснил, почему на долгожданную стыковку будет всего одна попытка.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: