De alta resolución Magnética Funcional por imágenes de los métodos de resonancia cerebro medio humano

El objetivo general de este procedimiento es medir señales de FMRI de alta resolución en el mesencéfalo y el tronco encefálico humanos. Esto se logra primero presentando el estímulo visual apropiado al sujeto de investigación. Luego, un conjunto óptimo de FMRI.

Los procedimientos y parámetros se utilizan para recopilar datos, y el análisis de los datos se realiza mediante una combinación de técnicas de análisis estándar y basadas en superficies. El paso final consiste en superponer los datos sobre una representación tridimensional de la superficie para su visualización. En última instancia, se utiliza resonancia magnética funcional de alta resolución para mostrar una representación topográfica del ángulo polar frente a la estimulación visual en el colículo superior humano.

La principal ventaja de esta técnica frente a los métodos existentes para estructuras subcorticales es que podemos lograr una alta resolución al superar la baja relación señal-ruido asociada a la RMf de alta resolución. Podemos hacer esto mediante el uso de técnicas especializadas de adquisición y análisis de imágenes. Aunque este método fue diseñado específicamente para obtener imágenes de la función en el colículo superior humano, también puede aplicarse a otras regiones subcorticales, como el núcleo auditivo lateral, el colículo inferior o el núcleo subtalámico.

Para obtener un ángulo polar, en el mapa topográfico retiniano de la Colus superior primero se establece un paradigma funcional utilizando un sector de 90 grados de puntos en movimiento como estímulo. El estímulo se divide en dos mediante tres sectores virtuales, y en cada ensayo se elige aleatoriamente uno de los sectores cuyos puntos se mueven más lento o más rápido que todos los demás puntos. A continuación se muestra un ensayo de ejemplo en el que los puntos del sector izquierdo central se mueven más rápido que los puntos en los otros sectores.

Después de cada ensayo, el cuña gira alrededor del punto de fijación en incrementos de 30 grados, de modo que el estímulo complete un ciclo completo con un período de 24 segundos. Cada serie consiste en nueve rotaciones y media del estímulo, y las sesiones experimentales deben incluir entre 16 y 18 series antes de la adquisición de imágenes. Haga que cada sujeto practique la tarea visual durante cada ensayo de dos segundos.

Instruya al sujeto a atender de forma encubierta al sector circular y realizar una tarea de discriminación de velocidad manteniendo la fijación visual. Mediante la presión de un botón, el sujeto debe indicar si los puntos en uno de los sectores se mueven más rápido o más lento que en los otros sectores. Antes de la exploración, deben seguirse los procedimientos estándar de seguridad para resonancia magnética. Coloque al sujeto sobre la mesa del escáner y coloque la bobina de radiofrecuencia sobre la cabeza.

Luego, asegúrese de fijar la cabeza del sujeto con almohadillas de espuma para minimizar el movimiento. Explique que la IRMf es particularmente sensible a los artefactos por movimiento, especialmente a las altas resoluciones espaciales utilizadas en este estudio. Coloque también una almohadilla de botones COMPATIBLE CON RM en una mano y dé instrucciones sobre qué botón presionar durante la tarea.

El estímulo se proyecta sobre una pantalla que se visualiza mediante un espejo montado en la bobina. El colículo superior humano es una estructura pequeña pero definida, de aproximadamente nueve milímetros de diámetro, ubicada en la superficie dorsal del mesencéfalo, y se requieren múltiples series de imágenes localizadoras para su localización precisa. Ejecute las imágenes localizadoras a lo largo de los planos sagital, axial y coronal.

Ahora utilice estas imágenes localizadoras para prescribir con precisión el colículo superior con ocho a diez cortes contiguos. Luego obtenga imágenes estructurales ponderadas en T1 de alta resolución utilizando una secuencia SPGR tridimensional. Estas imágenes se utilizarán para alinear los datos de FMRI con un volumen de referencia estructural de alta resolución, que debe obtenerse en una sesión separada.

A continuación, configúrese para obtener imágenes funcionales utilizando una adquisición con trayectoria espiral de tres disparos para alcanzar un tamaño de píxel en el plano de 1,2 milímetros. Establézcase el tiempo de eco en 40 milisegundos, lo cual es más largo de lo habitualmente utilizado en la corteza, correspondiente a un valor medido más alto de T2*. Establézcase el TR en un segundo para que se adquiera un volumen cada tres segundos.

Cuando esté listo, inicie el escaneo mientras ejecuta el paradigma funcional. Una vez completada la adquisición funcional, obtenga otra serie de imágenes estructurales de alta resolución T1 en una sesión separada. Para cada sujeto, obtenga un volumen de referencia de alta resolución mediante una secuencia ponderada en T1 que proporcione un buen contraste de tejidos.

Esta secuencia tendrá una duración de aproximadamente 28 minutos. Una vez finalizada la adquisición de imágenes, utilice una combinación de técnicas automáticas y manuales proporcionadas en el software ITK SNAP para segmentar porciones del tronco encefálico y del tálamo en el volumen de alta resolución. La interfaz entre el tejido y el líquido cefalorraquídeo del colículo superior se interpola a partir de la segmentación mediante teselación de densidad ISO y luego se refina para producir una representación superficial suave y precisa.

Esta superficie proporciona vértices y normales que se utilizan para cálculos laminares, así como un medio para visualizar datos funcionales. El análisis descrito utiliza el paquete de software Mr.Vista, así como herramientas desarrolladas sobre la plataforma Mr.Vista. Comience inicializando una sesión y seleccionando la opción de normalizar espacialmente la intensidad de los datos promedio para reducir los efectos de la inhomogeneidad de la bobina, y descarte la primera mitad del ciclo de imágenes.

Para evitar efectos transitorios de equilibrio MR y efectos hemodinámicos. Luego, abra el software Mr.Vista. A continuación, realice correcciones de movimiento del sujeto y de temporización de cortes.

Luego promedie las múltiples ejecuciones registradas dentro de cada sesión. Para mejorar la relación señal-ruido, alinee los datos estructurales de la sesión de FMRI con el volumen de referencia. Cargue el alineamiento y la segmentación en Mr.Vista.

Luego transforme los datos de series temporales funcionales al volumen de referencia segmentado. En los siguientes pasos, utilice herramientas desarrolladas en el marco de trabajo Mr.Vista. Calcule un mapa de distancias mediante la determinación de la distancia entre cada vóxel del tejido SC y su vértice más cercano en la superficie SE.

Estas distancias se utilizan para medir la posición laminar dentro del volumen de referencia. A continuación, realice un proceso de segmentación laminar para permitir el promediado por profundidad de los datos de series temporales y así mejorar la relación señal-ruido (SNR). Para cada punto en la superficie del colículo superior (SC), utilice estas asociaciones laminares para promediar la serie temporal en un rango de profundidad especificado y analizar la representación topográfica de los datos.

Realice un análisis de coherencia sobre la serie temporal promediada en profundidad ajustando un sinusoide a la frecuencia de repetición del estímulo para cada vóxel; a partir de este ajuste, derive mapas superficiales de respuesta, amplitud, coherencia y fase. La fase del ajuste sinusoidal medirá la posición del estímulo. Aquí observamos datos de fase superpuestos sobre una superficie tridimensional del colículo superior, donde la fase cero corresponde al meridiano vertical superior.

A continuación, el estímulo gira en sentido horario, por lo que una fase de pi sobre dos corresponde al momento en que el estímulo ha girado hasta la meridiana horizontal en el campo visual derecho. Después de un radián PI de fase, el estímulo cruza al campo visual izquierdo y así sucesivamente. La respuesta a la estimulación visual se representa contralateralmente en el SC IE; el campo visual izquierdo se representa en el SC derecho y viceversa.

Los límites de la extensión superficial completa del SC están marcados por líneas discontinuas rojas. Existe una organización topográfica de la actividad. El campo visual superior derecho está representado medialmente en el colículo izquierdo y el campo inferior está representado lateralmente.

De manera similar, el campo visual superior izquierdo está representado medialmente en el colículo derecho y el inferior está representado lateralmente. Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo realizar FMRI de alta resolución en el mesencéfalo y el bulbo raquídeo humanos; en particular, debería ser capaz de comprender cómo presentar un estímulo visual, recopilar datos de FMRI de alta resolución, realizar análisis estándar y basados en superficies, y finalmente representar los datos sobre una superficie 3D para obtener mapas tonotópicos en la superficie del colículo superior.