Co-análisis de la estructura y función cerebral mediante resonancia magnética funcional y la difusión de imágenes ponderado

Resumen

Se describe un nuevo enfoque para el análisis simultáneo de la función cerebral y la estructura utilizando imágenes de resonancia magnética (MRI). Evaluamos la estructura cerebral de alta resolución las imágenes ponderadas de difusión y la materia blanca tractografía fibra. A diferencia de las MRI estructural, estas técnicas nos permiten relacionar directamente la conectividad anatómica de las propiedades funcionales de las redes cerebrales.

Resumen

El estudio de complejos sistemas computacionales se ve facilitada por los mapas de la red, tales como diagramas de circuito. Su uso se hace especialmente informativo cuando se estudia el cerebro, como el papel funcional que cumple en la zona del cerebro puede ser definida en gran parte por sus conexiones con otras áreas del cerebro. En este reporte se describe un novedoso enfoque no invasivo para relacionar la estructura y función del cerebro mediante imágenes de resonancia magnética (MRI). Este enfoque, una combinación de imágenes estructurales de conexiones de fibra óptica de largo alcance y los datos de imagen funcional, se ilustra en dos dominios distintos cognitivas, la atención visual y la percepción de la cara. Imágenes estructurales se lleva a cabo con difusión la imagen ponderada (DWI) y tractografía fibra, que el seguimiento de la difusión de moléculas de agua a lo largo de tractos de fibras de materia blanca en el cerebro (Figura 1). Mediante la visualización de estos tractos de fibras, estamos en condiciones de investigar la arquitectura conectivo a largo plazo del cerebro. Los resultados se comparan Favorablemente con una de las técnicas más utilizadas en DWI, por tensor de difusión (DTI). DTI es incapaz de resolver las complejas configuraciones de tractos de fibras, lo que limita su utilidad para la construcción de modelos detallados anatómicamente informados de la función cerebral. En contraste, los análisis de reproducir neuroanatomía conocido con precisión y exactitud. Esta ventaja se debe en parte a los procedimientos de adquisición de datos: mientras que muchos DTI difusión protocolos de medida en un número reducido de instrucciones (por ejemplo, 6 ó 12), contamos con una amplia difusión de imágenes (DSI) ^{1, 2} protocolo que evalúa la difusión en 257 direcciones y en una gama de fuerzas de gradiente magnético. Además, los datos de DSI nos permiten utilizar métodos más sofisticados para la reconstrucción de los datos adquiridos. En dos experimentos (atención visual y la percepción de la cara), tractografía revela que las áreas co-activas del cerebro humano están conectados anatómicamente, el apoyo a las hipótesis existentes que forman redes funcionales. DWI nos permite crear un "circuito diAgram "y reproducir sobre una base individual-sujeto, a los efectos de la actividad cerebral de seguimiento pertinente a la tarea en las redes de interés.

Protocolo

1. Equipo para MR Adquisición de Datos

Las figuras 2 y 3 se resumen una serie de decisiones que deben tomarse en la difusión de adquisición por RMN, la reconstrucción de datos y el seguimiento de la fibra. Tenga en cuenta que estas opciones suelen incluir compensaciones, y la mejor elección puede depender de los objetivos de investigación de uno. Por ejemplo, DSI y multi-shell HARDI (ver Figura 2) utilizan típicamente más altos "valores b" (es decir, más fuerte ponderación de difusión) de DTI. Como resultado, estos métodos tienen mejor resolución angular, que es necesaria para la resolución de cruc....

Discusión

Alta resolución DWI y tractografía fibra proporcionan un enfoque poderoso para el examen de la estructura conectiva del cerebro humano. A continuación, presentamos evidencia de que esta arquitectura estructural es semanticamente con la función cerebral, evaluada mediante fMRI. Mediante el uso de semillas tractografía basadas en la activación fMRI tarea, encontramos evidencia de que las áreas del cerebro que son co-activo en la atención visual son anatómicamente connectedconsistent con el conocimiento previo de la neuroa.......