Name: Mess Konnektivität im primären Sehbahn im Bereich Human Albinismus Diffusion Tensor-Bildgebung und Traktographie (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-08-11T13:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 26 s
Description: Erfahren Sie, wie Diffusions-Tensor-Bildgebung und Traktografie die thalamokortikale Konnektivität bei Albinismus untersuchen. Diese Methode ermöglicht nicht-invasive Kartierung weißer Substanz und vergleicht deterministische mit probabilistischer Algorithmen.

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Die Arbeit wird teilweise durch die Naturwissenschaften und Engineering Research Council of Canada (NSERC) unterstützt. Die Autoren danken den Teilnehmern, Dr. Rick Thompson für seine Unterstützung die Albinismus-Patienten bei der Rekrutierung, Denis Romanowski für seine Hilfe einige der Analysen laufen und eine Figur zu modifizieren, Mónica Giraldo Chica für ihr Wissen und Beratung mit tractography, Joy Williams für ihre Hilfe in MRI-Akquisition und Aman Goyal für seine MRI-Analyse Know-how.

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</ol>

Die Autoren erklären, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Veränderte WM und insbesondere verringerte Konnektivität in Albinismus Vergleich zu Kontrollen wurden erwartet. Somit sind die reduzierte FA in der rechten Hemisphäre des Albinismus im Vergleich zu Kontrollen sowie die verringerte Konnektivität bei männlichen Patienten mit Albinismus hier berichtet im Einklang mit unserer Vorhersage. Geschlecht und Hemisphäre Effekte sind nicht ganz klar, obwohl die Forschung auf dem gesunden Gehirn , die in der linken Hemisphäre von Männern im Vergleich zu Frauen verringerte WM Komplex...

Albinismus ist eine genetisch bedingte Erkrankung in erster Linie durch offenkundige hypopigmentation in den betroffenen Individuen beobachtet gekennzeichnet. Es wird von ererbten Mutationen Gene verursacht 1 in Melaninsynthese beteiligt. Albinismus erscheint in zwei Hauptformen: oculo-kutane Albinismus (OCA), eine autosomal-rezessiv vererbt sowohl Augen- und Hautmerkmale aufweist; und okulare Albinismus (OA), eine X-chromosomal trait häufiger bei Männern und vor allem durch die Augensymptome 2 gekennzeichnet. Melanin in retinalen Pigmentepithel (RPE) ist entscheidend für die richtige Entwicklung des zentralen Sehbahn. Sein Fehlen in Albinismus führt daher zu Fehlsichtigkeiten, einschließlich Photophobie, Nystagmus, reduzierte Sehschärfe und Verlust des binokularen Sehens 2-3. Die Sehschärfe wurde Fovea - Morphologie verknüpft, die in Albinismus 4 verändert wird. Beim Menschen liegt eine Netzhautlinie decussation entlang der nasotemporal Grenze durch die Fovea, mit Fasern aus nasalen RetinaKreuzung auf der anderen Hemisphäre und die aus zeitlichen Retina erstreckt ipsilateral. Der Grad der reduzierten visuellen Funktion in Albinismus wurde auf das Niveau von hypopigmentation verknüpft. Insbesondere ist Pigmentierung umgekehrt proportional zur Verschiebung in temporal Retina des Linie decussation 5. Als Folge der Verschiebung der Leitung von decussation in der zeitlichen Retina, Überschreiten der Sehnervenfasern erhöht wird - ein gemeinsames Merkmal in allen drei Arten. Structural MRI Studien am Menschen haben schmalere optic Chiasmen in Albinismus gezeigt im Vergleich zu Kontrollen, die 6-8 in Albinismus wahrscheinlich das Ergebnis der erhöhten Kreuzungs von RGCs beobachtet wird. Die Netzhaut und Chiasma axonalen Führung Cues Eil wie Eph - Familie - Rezeptoren und deren Liganden 9 und sind daher mögliche Standorte für Fehlleitung 10. Eine Studie an Affen mit induzierten Glaukom zeigte einen signifikanten Dezemberrease in der Anzahl der LGN Parvalbumin-immunoreaktive Neuronen Relais und LGN Volumen 11. Dies deutet auf eine Korrelation zwischen LGN Größe und der Anzahl der weißen Substanz (WM) Trajektorien durch die OR zu V1 fährt. Eine post mortem Studie an menschlichen Albinismus zeigte auch kleinere LGN mit verschmolzenen M und P Schichten 12. Hochauflösende strukturelle MRT bestätigt signifikante Verringerung des Volumens von LGN in Albinismus 8. Zusammengenommen deuten diese Ergebnisse, dass LGN Volumen verringerte sich in einer reduzierten Anzahl von Neuronen in der LGN führen und wiederum in verringerten Konnektivität zwischen LGN und V1. Prüfungsmuster anatomischer Konnektivitäts beim Menschen begrenzt. Sezierung, Tracerinjektion und Läsion Induktion sind invasive Techniken, die nur post mortem verwendet werden kann, und in der Regel eine sehr kleine Anzahl von Patienten einzubeziehen. Frühere Studien mit Carbocyaninfarbstoffes Dil Injektionen zeigten neuronale Verbindungen zwischen V1 und V2 (sekundäre visual c färbenORTEX) 13, sowie im Hippocampus - Komplex in Aldehyd-fixierten postmortalen menschlichen Gehirnen 14. Kennzeichnungs Fasern auf diese Weise wird auf Entfernungen von nur beschränkt zehn Millimeter von der Injektionsstelle 14. Diffusion Tensor Imaging, DTI, ist eine MRI-Modalität entwickelt Anfang-Mitte der 1990er Jahre Faserzug Richtung und Organisation zu identifizieren. Es ist eine nicht-invasive Methode, die Kartierung großer WM Wege im lebenden Gehirn ermöglicht. DTI ist in biologischem Gewebe 15 zur Diffusion von Wassermolekülen empfindlich. Im Gehirn ist die Diffusion von Wasser anisotrop (unebene) aufgrund von Barrieren wie Membranen und Myelin. WM hat eine hohe Diffusions Anisotropie, was bedeutet , die Diffusions größer parallel als senkrecht zu der Ausrichtung der Fasern 16 ist. Fractional Anisotropie (FA) ist eine skalare Größe, die die Präferenz von Molekülen diffundieren in anisotroper Weise beschreibt. FA-Werte reichen von 0-1, von niedrig bis hoch anisotropy (Liquor (CSF) &lt;graue Substanz (GM) &lt;WM) 16. Rationalisieren (deterministisch) und probabilistische Fiber Tracking sind zwei verschiedene Algorithmen für 3D-Pfad Rekonstruktion. Determinis tractography verwendet eine Linie Ausbreitungsverfahren, benachbarte Voxel in einem definierten Seed-Region verbindet. Zwei Abbruchkriterien in diesem Algorithmus verwendet werden, sind der Drehwinkel und der FA-Wert. Daher Trakt zwischen benachbarten Voxel Tracing ist bei großen Drehwinkel unwahrscheinlich. Der Algorithmus wäre daher schreitet auch nur, wenn der FA in einem Voxel eine bestimmte Schwelle überschreitet, in genau definieren Wege in der Nähe der grauen Substanz ihre Wirksamkeit zu begrenzen, wo Anisotropie fällt. Probabilistische tractography, auf der anderen Seite ergibt eine Konnektivitätskarte die Wahrscheinlichkeit eines Voxel beschreibt Teil eines Darm - Trakt zwischen zwei Regionen von Interesse (ROIs) und damit schreitet in der grauen Substanz wie V1 17 zu sein. Mit dieser MRI-Anwendung, Schlüssel WM Strukturen wie dieOR kann abgegrenzt werden, wie 18-20 in früheren Studien gezeigt. Diese Studie verwendet daher Diffusionsdaten und tractography die Wirkung von axonalen Fehlleitung auf retino-geniculo-kortikalen Konnektivität zu erkunden. Basierend auf den bereits gemeldeten Reduktionen in LGN Volumina im menschlichen Albinismus 8, sagen wir voraus , dass Faser Projektionen von LGN zu V1 werden ebenfalls reduziert (Abbildung 1).

<table><tbody><tr><td>Magnetom Tim Trio 3T MRT</td><td>Siemens (Erlangen, Deutschland)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>FMRIB' s Software Library (FSL)</td><td></td><td></td><td>http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/</td></tr> <tr><td>FreeSurfer</td><td></td><td></td><td>http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu</td></tr><tr><td>DSI Studio</td><td></td><td></td><td>http://dsi-studio.labsolver.org</td></tr><tr><td>SPSS</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

mess konnektivität im primären sehbahn im bereich human albinismus diffusion tensor-bildgebung und traktographie

Measuring Connectivity in the Primary Visual Pathway in Human Albinism Using Diffusion Tensor Imaging and Tractography

In Albinismus, wird die Anzahl der ipsilateral Projizieren retinale Ganglionzellen (RGCs) signifikant reduziert. Die Retina und Chiasma wurden als mögliche Standorte für Fehlleitung vorgeschlagen. Da eine Korrelation zwischen der Anzahl der Corpus geniculatum laterale (LGN) Relais Neuronen und LGN Größe gezeigt wurde, und basierend auf den bereits gemeldeten Reduktionen in LGN Volumina im menschlichen Albinismus, schlagen wir vor, dass Faser Projektionen von LGN zur primären visuellen Kortex (V1) werden ebenfalls reduziert. Studium strukturelle Unterschiede im visuellen System des Albinismus kann das Verständnis des Mechanismus der Fehlleitung und anschließende klinische Anwendungen verbessern. Diffusionsdaten und tractography sind nützlich zum Abbilden des OR (optische Strahlung). Dieses Manuskript beschreibt zwei Algorithmen zur Rekonstruktion oder um Gehirn-Konnektivität in Albinismus und controls.An MRI-Scanner mit einem 32-Kanal-Kopfspule verwendet strukturelle Scans zu erwerben wurde zu vergleichen. Ein T1-gewichteten 3D-MPRAGE Sequenz mit 1 mm3 isotropen Voxelgröße wurde verwendet , hochauflösende Bilder für V1 Segmentierung zu erzeugen. Mehrere Protonendichte (PD) gewichtete Bilder wurden kranz für Recht erworben und LGN Lokalisierung links. Diffusions-Tensor-Bildgebung (DTI) Scans wurden mit 64 Diffusionsrichtungen erworben. Sowohl deterministische und probabilistische Tracking-Methoden wurden durchgeführt und verglichen mit LGN als Keimmaske und V1 als Zielmaske. Obwohl DTI relativ schlechte räumliche Auflösung bietet und genaue Abgrenzung der OR kann aufgrund seiner geringen Faserdichte eine Herausforderung sein, tractography wurde sowohl in der Forschung als auch klinisch vorteilhaft erwiesen. Tract basierend räumlichen Statistik (TBSS) ergab Bereiche deutlich reduziert weißen Substanz Integrität innerhalb der oder bei Patienten mit Albinismus Vergleich zu den Kontrollen. Paarweise Vergleiche ergeben, in Albinismus eine signifikante Reduktion der LGN zu V1 Konnektivitäts Vergleich zu den Kontrollen. Vergleicht man beide Tracking-Algorithmen offenbart gemeinsame Erkenntnisse, um die Zuverlässigkeit zu stärkender Technik.

Dieser Abschnitt enthält eine Zusammenfassung der Ergebnisse mit zwei verschiedenen Algorithmen von tractography, deterministischen und probabilistischen erhalten. LGN Volumina in PD Raum , in dem Masken wurden ursprünglich gezeichnet, ebenso wie in allen anderen Räumen in dieser Studie verwendet wurden , sind in Tabelle 2 aufgezeichnet werden, und LGN Verfolgung ist in Abbildung 4 dargestellt. Die hier vorgestellten Ergebnisse basieren ...

Dieses Manuskript beschreibt deterministischen und probabilistischen Algorithmen für die weiße Substanz (WM) für den Wiederaufbau, verwendet, um Unterschiede in Sehstrahlung zu untersuchen (OR) Konnektivität zwischen Albinismus und Kontrollen. Obwohl probabilistischen tractography war der wahre Verlauf der Nervenfasern stärker determinis tractography folgt ausführen, um die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit beider Techniken zu vergleichen.

Mess Konnektivität im primären Sehbahn im Bereich Human Albinismus Diffusion Tensor-Bildgebung und Traktographie

In albinism, the number of ipsilaterally projecting retinal ganglion cells (RGCs) is significantly reduced. The retina and optic chiasm have been proposed ...

Das übergeordnete Ziel dieser Studie ist es, die thalamokortikale Konnektivität bei Albinismus und Kontrollen mittels Diffusionsbildgebung zu untersuchen und die optische Strahlungsrekonstruktion zweier Tracking-Algorithmen zu vergleichen. Diffusions-MRT und Traktographie können helfen, Schlüsselfragen in der Sehforschung zu beantworten, wie z. B. die Auswirkungen axonaler Fehlleitungen auf die strukturelle Organisation der Sehbahn beim menschlichen Albinismus. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie die nicht-invasive Kartierung großer Signalwege der weißen Substanz im lebenden Gehirn ermöglicht und vielversprechende Fortschritte in der neurochirurgischen Planung gezeigt hat.Erfassen Sie alle Bildgebungen, wie in diesem Protokoll beschrieben. Auf einem 3-Tesla-MRT-Scanner, der mit einer 32-Kanal-Kopfspule ausgestattet ist. Untersuchen Sie vor der Bildgebung jeden Teilnehmer gründlich auf MRT-Sicherheit und lassen Sie ihn eine Einverständniserklärung unterschreiben, in der das Protokoll beschrieben wird.Versorgen Sie die Probanden mit Ohrstöpseln zum Gehörschutz, bevor Sie sie in Rückenlage und mit dem Kopf voran auf den Scannertisch legen. Stellen Sie eine aufmerks

measuring-connectivity-primary-visual-pathway-human-albinism-using

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Forschung

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Neurowissenschaften

Neuroimaging-Techniken, wie der funktionellen MRT und Diffusion Tensor Imaging zunehmend zur Charakterisierung der kognitiven und neuronalen Defizite bei Autismus. Eine Untersuchung der Gehirn-Konnektivität in Autismus bei einem Netzwerk-Ebene zusammen mit Anpassungen für das Scannen von Kindern mit Entwicklungsstörungen vorgestellt.

Probing the Brain in Autism mittels fMRT und Diffusion Tensor Imaging

Wir beschreiben einen neuartigen Ansatz für die gleichzeitige Analyse der Struktur und Funktion des Gehirns unter Verwendung der Kernspintomographie (MRI). Wir beurteilen Hirnstruktur mit hochauflösenden Diffusions-gewichteten Bildgebung und der weißen Substanz Faser Traktographie. Im Gegensatz zu Standard strukturelle MRT, ermöglichen diese Techniken uns direkt betreffen anatomischen Konnektivität zu funktionellen Eigenschaften des Gehirns Netzwerke.

Co-Analyse von Hirnstruktur und-funktion mittels fMRT und Diffusionsgewichtete Imaging

Diffusion Tensor Imaging (DTI) dient im wesentlichen als eine MRT-basiertes Tool zur...

Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging in der Analyse von neurodegenerativen Erkrankungen

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DTI der Sehbahn - der weißen Substanz und zerebrale Läsionen

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Faserverbindungen des Ergänzungsmotorenbereichs Revisited: Methodik der Faserdissektion, DTI und Dreidimensionale Dokumentation

Wir präsentieren ein Protokoll zur Integration der Diffusions-MRT-Traktographie in die Patientenaufarbeitung zur endoskopischen endonasalen Chirurgie für einen Schädelbasistumor. Die Methoden zur Übernahme dieser Neuroimaging-Studien in der prä- und intraoperativen Phase werden beschrieben.

Rolle der Diffusions-MRT-Traktographie in der endoskopischen endonasalen Schädelbasischirurgie

Die vorliegende Video zeigt eine Methode, die nutzt die Kombination von Elektroporation und konfokale Mikroskopie, um Live-Aufnahmen zu den einzelnen neuronalen Vorläuferzellen im sich entwickelnden Zebrafisch Vorderhirn führen.

Zeitraffer-Live-Imaging von klonal verbundenen neuronalen Vorläuferzellen in der Entwicklung von Zebrafisch Vorderhirnneuronen

Das Ziel dieses Protokolls ist es, eine qualitativ hochwertige diffusionsgewichtete Magnetresonanztomographie (DWI) des Rückenmarks von Ratten für die nicht-invasive Charakterisierung der Gewebemikrostruktur zu erhalten. Dieses Protokoll beschreibt Optimierungen der MRT-Sequenz, der Hochfrequenzspule und der Analysemethoden, um Artefaktfreie DWI-Bilder zu ermöglichen.

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Gleichzeitig<em&gt; Ex vivo</em&gt; Funktionsprüfung von zwei Netzhäute von<em&gt; In vivo</em&gt; Elektroretinogramm-System

Hier zeigen wir , wie dendritische Routing von Drosophila Medulla Neuronen in Spalten und Schichten zu analysieren. Der Workflow enthält einen Dual-View-Imaging-Technik, um die Bildqualität und Computational Tools für das Aufspüren, Registrierung dendritischen Dorne auf die Referenzspaltenanordnung und für die Analyse der dendritischen Strukturen in 3D-Raum zu verbessern.

Analyse dendritischer Morphologie in Spalten und Schichten

Erfahren Sie, wie Diffusions-Tensor-Bildgebung und Traktografie die thalamokortikale Konnektivität bei Albinismus untersuchen. Diese Methode ermöglicht nicht-invasive Kartierung weißer Substanz und vergleicht deterministische mit probabilistischer Algorithmen.

Mess Konnektivität im primären Sehbahn im Bereich Human Albinismus Diffusion Tensor-Bildgebung und Traktographie

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