Fantom BIRN

Przykładowe wyniki badań zrealizowanych w pracowni

• W Pracowni przeprowadzono badania pilotażowe na grupie czynnych pilotów i podchorążych Wyższej Szkoły Oficerskiej Sił Powietrznych w Dęblinie z wykorzystaniem skanera rezonansu magnetycznego, stanowiska ORTO-LBNP oraz wirówki przeciążeniowej, w ramach realizacji projektu nr DOBR/0052/R/ID1/2012/03 pn. „Opracowanie technologii ORTO-LBNP (ang. lower body negative pressure) do badań i treningu pilotów Sił Zbrojnych RP w warunkach niedotlenienia niedokrwiennego oraz stresu ortostatycznego”. Badania miały na celu porównanie oddziaływania bodźców generowanych przez dwa rodzaje symulatorów - system ORTO-LBNP i wirówkę przeciążeniową - na układ krążenia oraz przebieg procesów mózgowych u pilota. W celu obserwacji zmian poziomu utlenowania różnych części mózgu będących wynikiem ekspozycji przeciążeniowych generowanych przez te dwa rodzaje symulatorów, przeprowadzano dwukrotne badania fMRI - przed oraz bezpośrednio po badaniu na stanowisku ORTO-LBNP, jak również przed i bezpośrednio po badaniu w wirówce przeciążeniowej.
  
  
• Dodatkowo, w trakcie badania na stanowisku ORTO-LBNP rejestrowano zmiany stężenia hemoglobin – utlenowanej, zredukowanej i całkowitej – za pomocą modułu NIRS. Zaproponowano parametr opisujący dynamikę zmian stężenia hemoglobiny w przebiegu dynamicznej zmiany ciśnienia wokół dolnej części ciała oraz zmiany położenia badanego (np. pionizacja). Parametr ten odzwierciedla charakter przebiegu stężenia hemoglobiny całkowitej po nagłym jego spadku w okresie utrzymywania stabilnej pozycji ciała w trakcie ekspozycji. Potencjalnie, parametr ten może być użyteczny w ocenie predyspozycji osoby badanej do wykonywania zawodu pilota.
  
  
• Badanie wpływu symulacji przyspieszeń na funkcjonowanie poznawcze pilota dotyczyło oceny skuteczności zastosowania paradygmatu eksperymentalnego w badaniach obrazowych do oceny sprawności poznawczej. Zadanie poznawcze zaplanowane do wykonania w trakcie obrazowania funkcjonalnego zostało oparte na klasycznym teście typu ‘n-back’ i polegało na uważnym śledzeniu ciągu prezentowanych liter i odpowiedniej reakcji. Analiza uzyskanych danych wykazała istotny statystycznie efekt różnicy pomiędzy wzorcem aktywności mózgu po treningu w wirówce oraz po teście LBNP. W trakcie wykonywania zadania o największym obciążeniu pamięci roboczej, znacznie silniejszą aktywność wykazywała obustronnie brzuszna kora przedczołowa i przedklinek oraz kora skroniowo-ciemieniowa (tempo-parietal junction), po symulacji przeciążeń grawitacyjnych w wirówce przeciążeniowej w porównaniu do treningu LBNP. Silniejsza aktywacja tych obszarów może być związana z efektem kompensacji, co wymaga prowadzenia dalszych badań.
  
  
• Podobnie, za pomocą MRI zmierzono przepływ krwi przez mózg za pomocą bezkontrastowej metody znakowania spinów PASL (pulsed arterial spin labeling) oraz medianę współczynnika dyfuzji dla istoty białej. Zaobserwowano trend ku spadkowi przepływu krwi po treningu LBNP w stosunku do wartości poprzedzającej trening, natomiast trening wirówkowy skutkował wzrostem przepływu. Trendom tym towarzyszył wzrost mediany współczynnika dyfuzji o 1,2% po treningu LBNP, czego nie zaobserwowano po treningu wirówkowym. Obserwowane zmiany mogą być związane z efektem kompensacji, ale mogą też wyrażać fizjologiczne przystosowanie organizmu do warunków przeciążeń, które utrzymuje się po treningu. Zaobserwowano trend spadku średniej dyfuzyjności mózgu po treningu LBNP, przy braku zmian po treningu wirówkowym, prawdopodobnie spowodowany niższą podażą krwi w mózgu pilotów podczas treningu LBNP w porównaniu do treningu wirówkowego.

Projekty realizowane w ramach działalności Pracowni

1. POIG.02.02.00-14-011/09 „CNS Lab – Ośrodek zintegrowanych badań strukturalnych i czynnościowych centralnego układu nerwowego”
2. DOBR/0052/R/ID1/2012/03 „Opracowanie technologii ORTO-LBNP (ang. lower body negative pressure) do badań i treningu pilotów Sił Zbrojnych RP w warunkach niedotlenienia niedokrwiennego oraz stresu ortostatycznego”
3. 2012/05/B/ST7/01162 „Wysokorozdzielcza optyczna topografia mózgu”

fMRI

• Pracownia wyposażona jest w sprzęt umożliwiający badania metodą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI). 
• Rejestracja obrazów strukturalnych oraz funkcjonalnych  odbywa się z wykorzystaniem skanera rezonansu magnetycznego Discovery MR750w 3.0T (General Electrics)
• Prezentacja oraz rejestracja bodźców multimedialnych oraz odpowiedzi badanej osoby odbywa się poprzez system NNL oraz oprogramowanie Presentation
  
  

Przykładowe wyniki analizy fMRI 

EEG-fMRI

• Pracownia CNS Lab wyposażona jest w 64 - kanałowy system do rejestracji EEG  - SynAmps RT. Dzięki zastosowaniu kompatybilnego z technologią MR czepka Quick-Cap oraz synchronizacji zegarów EEG i skanera MR, system umożliwia jednoczesną rejestrację EEG-fMRI.
• Pełna synchronizacja zegarów SynAmps RT pozwala na usunięcie z sygnału EEG artefaktu powstałego wskutek pracy cewek gradientowych skanera.
• Akwizycja, przetwarzanie danych oraz ich analiza odbywa się poprzez oprogramowanie Curry 7.
  

 
 Zapis EEG przed oraz po usunięciu artefaktu gradientowego, BCG, VEOG oraz filtracji

• Poniżej przedstawiono przykładowe dane EEG zarejestrowane w skanerze MR. Badany ochotnik wykonywał eksperyment ‘finger tapping’. Wykorzystując obraz pochodzący z sekwencji strukturalnej wyznaczono dokładne lokalizacje elektrod na czaszce badanej osoby.
• Przeprowadzono usunięcie artefaktów oraz filtrację sygnału EEG. Wykonano epokowanie i uśrednienie sygnału otrzymując średni przebieg podczas zdarzenia finger tapping (lewą i prawą dłonią). Na podstawie wcześniej przygotowanych danych wyznaczono lokalizację dipoli. Wyniki przedstawiono na modelu 3D mózgu badanej osoby wykonanego dzięki segmentacji obrazu strukturalnego.

Uśredniony sygnał EEG (finger tapping prawą dłonią) oraz odpowiadający mu dipol (dipole fit)

Hiperpolaryzacja

Hiperpolaryzacja to proces, w którym wielokrotnie zwiększany jest sygnał odbierany za pomocą urządzenia MR. Ta technika pozwala na obserwację związków, których sygnał zwykle jest zbyt mały do zarejetrowania lub w celu wyprodukowania substancji znakowanej (kontrastu).
W szczególności dzięki hiperpolaryzacji możliwe jest przygotowanie znakowanego magnetycznie pirogronianiu do obrazowania aktywności energetycznej za pomocą skanera MR. Ta metoda może być alternatywą dla obrazowania FD-glukozy za pomocą skanerów PET i daje możliwość wykorzystania 1 urządzenia (MR) do wykonania zarówno wysoko rozdzielczego skanu anatomicznego jak i funkcjonalnego.

W laboratorium CNS Lab dysponujemy urządzeniem GE Spinlab o indukcji magnetycznej 5T i możliwości polaryzowania 4 próbek jednocześnie.

Cel funkcjonowania Pracowni

Środowiskowa Pracownia Nowych Zastosowań Diagnostycznych Jądrowego Rezonansu Magnetycznego (CNS Lab IBIB PAN) zlokalizowana jest przy ulicy Krasińskiego 54/56 (wejście do pracowni znajduje się od strony ulicy Elbląskiej). Główne zadania Pracowni obejmują badania wykorzystujące obrazowanie funkcjonalne rezonansu magnetycznego (fMRI), obrazowanie strukturalne a także jednoczesne pomiary z wykorzystaniem techniki fMRI i spektroskopii bliskiej podczerwieni (NIRS) oraz fMRI-EEG. Wyposażenie Pracowni w hiperpolaryzator SPINlab umożliwia między innymi prowadzenie badań z wykorzystaniem techniki spektroskopii rezonansu magnetycznego z hiperpolaryzacją.

Pracownia prowadzi szeroko zakrojoną współpracę z innymi instytucjami (m.in. Warszawski Uniwersytet Medyczny, Politechnika Warszawska, Instytut Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego PAN, Uniwersytet SWPS), których celem jest zarówno zdobycie nowej wiedzy, jak i poszerzenie istniejących danych w ww. obszarach oraz dziedzinach z nimi związanych.

Infrastruktura badawcza i lokalowa

Dla umożliwienia realizacji ww. prac, Pracownię wyposażono w specjalistyczną aparaturę badawczą. Zasadniczym elementem wyposażenia Pracowni jest skaner rezonansu magnetycznego Discovery MR750w 3.0T firmy GE, wytwarzający pole magnetyczne o wartości indukcji 3 Tesli. Oprócz szeregu cewek umożliwiających wykonywanie obrazowania różnych części ciała, wyposażenie skanera stanowi hiperpolaryzator SPINlab produkcji GE, pozwalający na prowadzenie doświadczeń z potencjalnymi środkami kontrastującymi, które mogą zwielokrotniać czułość rezonansu. Znaczna poprawa jakości obrazowania może w przyszłości znaleźć zastosowanie w diagnostyce. Badania metodą obrazowania funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI) zapewnia system prezentacji i rejestracji bodźców dostarczony przez NNL, a uzupełnienie tego typu badań stanowi system do rejestracji aktywności bioelektrycznej mózgu (EEG) produkcji NeuroScan. Ponadto, w Pracowni znajduje się aparatura rejestracji wysokorozdzielczej topografii mózgu (HD-DOT) służąca do pozyskiwania informacji na temat utlenowania, a co za tym idzie - aktywności mózgu, wykorzystująca technikę bliskiej podczerwieni. Pracownia posiada zaplecze laboratoryjne, gabinety z dopuszczeniem do badań medycznych oraz pomieszczenia biurowe do pracy naukowej.

Badanie fMRI z użyciem skanera Discovery MR750w 3.0T i systemu
prezentacji bodźców.


     
                Hiperpolaryzator SPINlab.                                              Badanie na stanowisku ORTO LBNP.


 Budynek CNS Lab.
/p

Jak do nas trafić?

Wejście do Pracowni znajduje się przy ulicy Elbląskiej (po drugiej stronie ulicy od Elbląskiej 39). 
Komunikacja miejska: tramwaje 22, 28, 33, 35 (przystanek Włościańska), autobusy 122, 205, 221 (przystanek Elbląska)

dr hab. inż. Piotr Bogorodzki, kierownik Pracowni dr inż. Ewa Piątkowska-Janko dr inż. Michał Kacprzak mgr inż. Nikodem Hryniewicz - doktorant mgr inż. Marcin Sińczuk - doktorant mgr inż. Kamil Lipiński mgr inż. Paweł Kazulo

                                                                                                                                                                                                                                                                                                                   :