Method Article

شارك في تحليل بنية الدماغ والدالة باستخدام الرنين المغناطيسي الوظيفي وانتشارها المرجحة التصوير

DOI:

10.3791/4125

⸱

November 8th, 2012

 ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Center for the Neural Basis of Cognition, 2Department of Psychology, University of Pittsburgh, 3Department of Psychology, Carnegie Mellon University , 4Department of Bioengineering, University of Pittsburgh

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
< p class = "jove_content"> نصف نهجا جديدا للتحليل المتزامن لوظائف الدماغ وبنيته باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI). نقوم بتقييم بنية الدماغ من خلال التصوير المرجح بالانتشار عالي الدقة وتصوير التصالح المصنوع من الألياف البيضاء. على عكس التصوير بالرنين المغناطيسي الهيكلي القياسي ، تسمح لنا هذه التقنيات بربط الاتصال التشريحي مباشرة بالخصائص الوظيفية لشبكات الدماغ.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يتم تسهيل دراسة الأنظمة الحسابية المعقدة من خلال خرائط الشبكة ، مثل مخططات الدوائر. مثل هذا الرسم البياني مفيد بشكل خاص عند دراسة الدماغ ، حيث يمكن تحديد الدور الوظيفي الذي تؤديه منطقة الدماغ إلى حد كبير من خلال صلاتها بمناطق الدماغ الأخرى. في هذا التقرير ، نصف نهجا جديدا غير جراحي لربط بنية الدماغ ووظيفته باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI). يتضح هذا النهج ، وهو مزيج من التصوير الهيكلي لوصلات الألياف بعيدة المدى وبيانات التصوير الوظيفي ، في مجالين معرفيين متميزين ، الانتباه البصري وإدراك الوجه. يتم إجراء التصوير الهيكلي باستخدام التصوير المرجح بالانتشار (DWI) وتصوير التصلية الليفية ، والتي تتعقب انتشار جزيئات الماء على طول مسارات ألياف المادة البيضاء في الدماغ (الشكل 1). من خلال تصور هذه القنوات الليفية ، يمكننا التحقيق في البنية الضامة بعيدة المدى للدماغ. تقارن النتائج بشكل إيجابي مع واحدة من أكثر التقنيات استخداما في DWI ، وهي تصوير موتر الانتشار (DTI). DTI غير قادر على حل التكوينات المعقدة لمسارات الألياف ، مما يحد من فائدته في بناء نماذج مفصلة ومستنيرة تشريحيا لوظائف الدماغ. في المقابل ، تعيد تحليلاتنا إنتاج التشريح العصبي المعروف بدقة ودقة. ترجع هذه الميزة جزئيا إلى إجراءات الحصول على البيانات: في حين أن العديد من بروتوكولات DTI تقيس الانتشار في عدد صغير من الاتجاهات (على سبيل المثال ، 6 أو 12) ، فإننا نستخدم بروتوكول تصوير طيف الانتشار (DSI) 1 ، 2 الذي يقيم الانتشار في 257 اتجاها وفي مجموعة من شدات التدرج المغناطيسي. علاوة على ذلك ، تسمح لنا بيانات DSI باستخدام طرق أكثر تعقيدا لإعادة بناء البيانات المكتسبة. في تجربتين (الانتباه البصري وإدراك الوجه) ، يكشف الtractography أن المناطق النشطة في الدماغ البشري مرتبطة تشريحيا ، مما يدعم الفرضيات الموجودة بأنها تشكل شبكات وظيفية. يسمح لنا DWI بإنشاء "مخطط دائرة" وإعادة إنتاجه على أساس الموضوع الفردي ، لغرض مراقبة نشاط الدماغ ذي الصلة بالمهمة في الشبكات ذات الأهمية.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

فئة

1. معدات للحصول على بيانات MR

يلخص الشكلان 2 و 3 عددا من الخيارات التي يجب اتخاذها في الحصول على التصوير بالرنين المغناطيسي المنتشر ، وإعادة بناء البيانات ، وتتبع الألياف. ضع في اعتبارك أن هذه الخيارات عادة ما تنطوي على مقايضات ، وقد يعتمد الخيار الأفضل على أهداف البحث للفرد. على سبيل المثال ، عادة ما تستخدم DSI و HARDI متعددة الأصدافة (انظر الشكل 2) "قيم b" أعلى (أي ترجيح انتشار أقوى) من DTI. نتيجة لذلك ، تتمتع هذه الطرق بدقة زاوية أفضل ، وهو أمر ضروري لحل الألياف المتقاطعة أو "التقبيل" (أي الألياف التي تنحني نحو بعضها البعض ، وتتلامس عند ظل واحد قبل الانحناء مرة أخرى). ومع ذلك ، غالبا ما يتم تحقي....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يوفر DWI عالي الدقة وتصوير الألياف نهجا قويا لفحص البنية الضامة للدماغ البشري. هنا ، نقدم دليلا على أن هذه البنية الهيكلية مرتبطة ارتباطا وثيقا بوظائف المخ ، والتي تم تقييمها بواسطة التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي. باستخدام بذور التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي على أساس تنشيط مهمة الرنين المغناطيسي الوظيفي ، نجد دليلا على أن مناطق الدماغ النشطة بشكل مشترك أثناء الانتباه البصري مرتبطة تشريحيا بما يتفق مع المعرفة المسبقة بالتشريح العصبي الوظيفي (الشكل 7). وبالمثل ، فإن التشريح العصبي الوظيفي لإدراك ال.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

لم يتم الإعلان عن تضارب في المصالح.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

قائمة الإقرارات ومصادر التمويل. يتم دعم العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة RO1-MH54246 (MB) ، والمؤسسة الوطنية للعلوم BCS0923763 (MB) ، ووكالة مشاريع البحوث الدفاعية المتقدمة (DARPA) بموجب العقد NBCHZ090439 (WS) ، ومكتب البحوث البحرية (ONR) بموجب الجائزة N00014-11-1-0399 (WS) ، ومختبر أبحاث الجيش (ARL) بموجب العقد W911NF-10-2-0022 (WS). الآراء و / أو الآراء و / أو النتائج الواردة في هذا العرض التقديمي هي آراء المؤلفين ولا ينبغي تفسيرها على أنها تمثل وجهات النظر أو السياسات الرسمية ، سواء كانت صريحة أو ضمنية ، للوكالات المذكورة أعلاه أو وزارة الدفاع الأمريكية.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Wedeen, V. anJ., Hagmann, P., Tseng, W. I., Reese, T. G., Weisskoff, R. M. Mapping complex tissue architecture with diffusion spectrum magnetic resonance imaging. Magnetic Resonance in Medicine. 54 (6), 1377-1386 (2005).
  2. Wedeen, V. J., Wang, R. P., Schmahmann, J. D., Benner, T., Tseng, W. Y. I., Dai, G., Pandya, D. N., et al.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Diffusion Spectrum ImagingFunctional MRIFiber TractographyBrain Structure FunctionWhite Matter TractsFunctional ConnectivityNeuroimaging AnalysisTractography ParametersCognitive NeuroscienceStructural Connectivity

Related Articles