Method Article

שיתוף ניתוח של מבנה המוח ותפקודו באמצעות fMRI ודיפוזיה משוקללת הדמיה

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

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

אנו מתארים גישה חדשה לניתוח בו זמני של תפקוד מוח ומבנה באמצעות דימות תהודה מגנטיות (MRI). אנו מעריכים את מבנה מוח עם הדמיה ברזולוציה גבוהה דיפוזיה משוקללת וtractography סיבי חומר לבן. בניגוד המבני MRI הסטנדרטי, טכניקות אלה ייאפשרו לנו קשורים באופן ישיר לקישוריות האנטומי תכונות פונקציונליות של רשתות מוח.

Abstract

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

המחקר של מערכות חישוביות מורכבות הוא בנחייתם של מפות רשת, כגון תרשים מעגלים חשמליים. מיפוי כזה הוא אינפורמטיבי במיוחד כאשר לומדים את המוח, כתפקיד הפונקציונלי שממלא באזור במוח עשוי להיות מוגדר במידה רבה על ידי הקשרים שלה לאזורים אחרים במוח. בדו"ח זה, אנו מתארים גישה חדשנית, לא פולשנית להתייחסות מבנה מוח ותפקודו באמצעות דימות תהודה מגנטיות (MRI). גישה זו, בשילוב של הדמיה מבנית של חיבורי סיבים ארוכי טווח ונתוני הדמיה תפקודיים, באה לידי הביטוי בשני תחומים שונים קוגניטיביים, וקשב חזותי ותפיסת פן. הדמיה מבנית מתבצעת עם הדמית דיפוזיה משוקללת (DWI) וtractography סיבים, אשר לעקוב אחר דיפוזיה של מולקולות מים לאורך קטעי סיבי חומר לבן במוח (איור 1). באמצעות חזיית שטחי סיבים אלה, אנו מסוגלים לחקור את ארכיטקטורת חיבור ארוך הטווח של המוח. התוצאות להשוות favoraליי עם אחת מהטכניקות בשימוש הנרחב ביותר בDWI, מותחת דיפוזי הדמיה (DTI). DTI אינו מסוגל לפתור תצורות מורכבות של קטעי סיבים, להגביל את התועלת שלו לבניית מודלים מפורטים, אנטומית מושכלים-של תפקוד המוח. לעומת זאת, הניתוח שלנו לשכפל מערך עצבים ידועים בדייקנות ודיוק. יתרון זה נובע בחלקו הליכי איסוף נתונים: בעוד רבי דיפוזיה המידה DTI פרוטוקולים במספר קטן של כיוונים (למשל, 6 או 12), אנחנו מעסיקים דיפוזיה ספקטרום הדמיה (DSI) 1, 2 פרוטוקול אשר מעריכה דיפוזיה ב257 כיוונים ו בטווח של עוצמות הדרגתיות מגנטיות. יתר על כן, נתוני DSI ייאפשרו לנו להשתמש בשיטות מתוחכמות יותר לשחזור נתונים שנרכשו. בשני ניסויים (קשב חזותי ותפיסת פנים), tractography מגלה כי אזורי שיתוף פעיל של המוח האנושי מחוברים אנטומית, תמיכה בהשערות קיימות שהם יוצרים רשתות פונקציונליות. DWI מאפשר לנו ליצור "המעגל דיagram "ולשכפל אותו באופן פרטני, בכפוף, לצורך ניטור פעילות מוח משימה רלוונטית ברשתות של עניין.

Protocol

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

1. ציוד לרכישת נתוני MR

איורים 2, 3 לסכם מספר האפשרויות שיש לתת ברכישת דיפוזיה MRI, שחזורים, ומעקב סיבים. זכור כי בחירות אלו בדרך כלל כרוכות בפשרות, והבחירה הטובה ביותר עשויה להיות תלויה על מטרות מחקר של 1. לדוגמה, DSI ורב הקליפה HARDI (ראה איור 2) משתמשים בדרך כלל "B-ערכים" גבוהים יותר (כלומר, שקלול דיפוזיה חזקה) מאשר DTI. כתוצאה מכך, שיטות אלה יש רזולוציה טובה יותר זוויתי, שהוא הכרחי לפתרון מעבר או "נשיקות" סיבים (כלומר, סיבים שעקומה כלפי זה, ביצירת קשר עם זווית אחת לפני התעקלתי שוב). עם זאת, עלייה זו ברזולוצ....

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

Discussion

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

רזולוציה גבוהה DWI וtractography סיבים מספקים גישה רבה עצמה לבחינת מבנה החיבור של המוח האנושי. כאן, אנו מציגים ראיות לכך שארכיטקטורה מבנית זו קשורה משמעותית לתפקוד המוח, שהוערך על ידי fMRI. באמצעות זרעי tractography מבוססים על הפעלת משימת fMRI, אנו מוצאים עדויות לכך שהאזורים במוח אשר השותף פעילים בקשב החזותי הם אנטומית connectedconsistent עם ידע מוקדם במערך עצבים תפקודיים (איור 7). בדומה לכך, מערך העצבים הפונקציונלי לתפיסת פן עולה בקנה אחד עם הממצאים שלנו בהווה המ.......

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

Disclosures

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

אין ניגודי האינטרסים הכריזו.

Acknowledgements

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

תודות רשימה ומקורות מימון. העבודה נתמכת על ידי NIH RO1-MH54246 (MB), קרן המדע הלאומי BCS0923763 (MB), הגנת המחקר המתקדמת פרויקטי הסוכנות (DARPA) תחת חוזה NBCHZ090439 (WS), משרד מחקר של צי (ONR) תחת פרס N00014-11 -1-0399 (WS), וצבא מעבדת המחקר (ARL) תחת חוזה W911NF-10-2-0022 (WS). ההשקפות, הדעות, ו / או הממצאים הכלולים במצגת זו הן של כותבים ואין לפרש כמייצג את הדעות הרשמיות או המדיניות, מפורש או משתמעים, של הסוכנויות לעיל או ארצות הברית מחלקת ההגנה.

....

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