Name: ברזולוציה גבוהה תהודה מגנטית פונקציונלית שיטות המוח התיכון האדם (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-05-10T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 6 s
Description: למד טכניקות fMRI ברזולוציה גבוהה לדימוי המוח התיכון והגזעית באדם. השיטה מדגימה מיפוי טופוגרפי של גירוי חזותי בקוליקולוס העליון באמצעות סורק 3T וניתוח תלת-ממדי.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

חומר זה מבוסס על העבודה נתמכת על ידי הקרן הלאומית למדע תחת גרנט BCS 1063774.

1. פולאר זווית טופוגרפיה הגירוי Psychophysics כדי להשיג את מפת הקוטב זווית retinotopic ב SC, אנו משתמשים טריז 90 ° של נקודות נעים כמו גירוי (אקסצנטריות 2-9 מעלות של זווית הראייה, כלומר נקודה במהירות 4 ° / sec) (איור 1). ידוע כי פעילות SC מוגברת על ידי יישום לב סמויה 5, ולכן אנו משתמשים המשימה תשומת לב הפרדיגמה שלנו להגדיל את האות זמין. על כל ניסוי של 2, נושאים מונחים בחשאי לטפל טריז כולו לבצע משימה אפליה במהירות תוך שמירה על קיבוע. טריז מחולק 2 × 3 מגזרים וירטואליים עם נקודות באחד המגזרים, שנבחרו באופן אקראי על כל ניסוי, נע לאט יותר או מהר יותר מאשר כל הנקודות האחרות. לאחר כל ניסוי, טריז הוא הסתובב סביב 30 ° קיבעון כך גירוי מסתובב באופן מלא עם תקופת 24 שניות. כל סיבוב מורכב 9.5 סיבובים של גירוי (228 שניות), וכן פגישות ניסיוניות כוללים16-18 ריצות. כדי לשמור על רמת ביצועים של הנושא על משימה זו בכל משך זמן של כל סיבוב, הקושי של המשימה מותאמת באמצעות שני דפי נייר באופן אקראי 2-up-1-במורד המדרגות. אחרי כל שני משפטים נכונים עוקבים ההבדל מצטמצם במהירות של 8%, ועל כל משפט לא נכון, ההבדל הוא גדל ב -8%. לפני הסריקה, המקצועות לתרגל מטלה ויזואלית מחוץ סורק עד להשיג רמה יציבה של ביצועים, זה דורש 20 דקות 3-4 מפגשים משך בפועל. ספי אפליה אופייניים הם בטווח של 1 ° -1.5 ° / sec. 2. נושא ההכנה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ראשי נושאים מובטחות עם כריות כדי למזער את תנועת הראש לפני שהם ממוקמים בתוך סורק נשא. על החלטות אלה מרחבית גבוהה, fMRI הוא רגיש במיוחד ההצעה artifacts, כך ייצוב הראש הוא קריטי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקצועות שבהם ניתן MRI-compatibלה כרית כפתור ביד אחת והורה על איזה כפתור ללחוץ כדי להצביע על פסקי הדין שלהם על מהירות נקודה. </li></ol> 3. לוקליזציה ו יקבע את SC <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> האדם SC הוא מבנה קטן אך מובהק, ~~~HEAD=NNS 9 מ&quot;מ קוטר, הממוקם על הגג של המוח התיכון. בעת שימוש במספר קטן של פרוסות fMRI, סדרות מרובות הדמיה Localizer נדרשים לוקליזציה המדויק. גמר אלה סדרה יחד מטוסים sagittal, צירית, ואת העטרה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר מכן השתמש בתמונות אלה Localizer כדי לקבוע בדיוק SC עם 8-10 פרוסות רציפים, 1.2 מ&quot;מ עובי, תחום של נוף (FOV), 170 מ&quot;מ המטוס עקיפה מעין צירית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בשלב הבא, תמונות ברזולוציה גבוהה טי מבניים 1-משוקלל מתקבלים באמצעות תלת ממדי (3D) RF-מפונק דשא (SPGR) רצף (15 ° זווית השני, ווקסלים 1.2 מ&quot;מ) פעם אחת לפני איסוף הנתונים תפקודית ופעם לאחר. תמונות אלה משמשים כנקודת התייחסות כדי ליישר את הנתונים ל-fMRI str ברזולוציה גבוההנפח התייחסות uctural שהושג בפגישה נפרדת נתאר בהמשך. </li></ol> 4. פרמטרים MRI פונקציונלי הדמיה הכל בוצע על סורק Signa HD12 3T GE MRI באמצעות GE-סיפק 8 ערוצים, סליל בראש. עירור היה 6.4 MS חלונות-sinc הדופק מיושם באמצעות סליל גוף הסורק. כדי להשיג דגימה 1.2 מ&quot;מ SC האדם, אנו משתמשים 3-shot ספירלה, מסלול הרכישה 6,7. שלוש יריות יש צורך מכמה סיבות. ברכישת בפרט בודד ירה, עבור הסורק שלנו FOV דרושה&gt; 77 msec, זמן רב מדי כדי להיות מעשיים. היריות מרובים משולבים יחד לאחר תיקון על ידי הפחתת ערך התחלתי מגמה ליניארי של השלב. TE מוגדל של 2 MS על המסגרת הראשונה כדי להעריך את מפת שדה מתוך שני הכרכים הראשונים שנרכשו, וזאת מפת משמש לתיקון ליניארית. תמונות משוחזרות היה יחס אות לרעש של ~ 20. ספקטרום השלטון הזמני ב SC ווקסלים בדרך כללהראה קטן של המבנה הפיזיולוגי קשור רעש, שימוש רכישת ירה 3-היתה השפעה חזקה על סינון יחסית, בתדירות גבוהה השפעת הדופק והנשימה לב. אחרים להפחתת רעשים בטכניקות בעייתיות בהקשר ברזולוציה גבוהה זו. לדוגמה, שיטות תיקון רטרוספקטיביים כגון RETROICOR 6 אינן ישימות רב ירה נתונים, gating לב מציג רעש חפץ הקשור הפרעה של שיווי משקל 1 T. זמן אקו, T E = 40 msec, ארוך יותר משמש בדרך כלל בקורטקס (30 אלפיות השניה) כי מדדנו 2 בהתאמה T * עוד ברקמת SC (~ 60 msec) מאשר נצפה החומר האפור בקליפת המוח (~ 45 אלפיות השניה). רכישת רוחב פס מוגבל ל 62.5 kHz להפחית הנוכחית שיפוע השיא שגורם לחימום לא רצוי על הסורק שלנו. אנחנו בוחרים ר = 1 שניות, אז עם שלוש יריות נפח נרכש כל 3שניות. 5. דוגמנות MRI ו 3D מבנית בפגישה נפרדת אחת עבור כל נושא, נקבל ברזולוציה גבוהה (0.7 מ&quot;מ הדגימה) בנפח התייחסות באמצעות T 1-משוקלל רצף שנותן לעומת זאת רקמה טובה (3D SPGR, 15 ° זווית השני, היפוך מוכן עם T אני = 450 msec, 2 excitations, ~ משך 28 דקות, 0.7 ווקסלים מ&quot;מ). בספר זה התייחסות, אנחנו בקטע של רקמת המוח התיכון, גזע המוח, וחלקים התלמוס (איור 2 א) באמצעות שילוב של טכניקות אוטומטי וידני המסופקים על ידי יישום ITK-SNAP 2. בפרט, אנו משתמשים בכלי פילוח אוטומטי שבו משתמשים זרעים נקודות מרובות בתוך כל גזע המוח; התוכנה באופן אוטומטי מרחיבה פילוח סביב נקודות זרעים מוגבלים בתוך אזור המוגדר על ידי קריטריונים בניגוד ועוצמה. זה פילוח אוטומטי ואז להתאיםאד, במידת הצורך, תוך שימוש ידני, &quot;צבע כמו&quot; כלים voxel. ממשק נוזל השדרה של רקמות SC הוא אינטרפולציה מ פילוח באמצעות משטח פסיפס isodensity, וזה השטח הראשוני הוא מעודן כדי להפחית את החפצים aliasing (איור 2, B ו-D) תוך שימוש באלגוריתם וריאציה פני deformable-3. משטח זה מספק קודקודים ו וקטורים רגילים כלפי חוץ לשמש כנקודת התייחסות החישובים למינרית (כמתואר להלן), כמו גם אמצעי חזותי נתונים תפקודית. 6. ניתוח תמונה כדי לנתח את הנתונים fMRI, אנו משתמשים חבילת תוכנה mrVista (זמין להורדה ב <a href="http://white.stanford.edu/mrvista.php" target="_blank">http://white.stanford.edu/mrvista.php)</a> , כמו גם כלים שפותחו על מסגרת mrVista במעבדה שלנו. בשלבים הבאים אנו משתמשים בכלים סטנדרטיים mrVista האריזה: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאתחלהפגישה mrVista, בחירת אפשרות מרחבית לנרמל את עוצמת הנתונים הממוצעים כדי להפחית את ההשפעות של הומגניות סליל. נורמליזציה משתמשת בשיטה homomorphic, כלומר, חלוקת בגירסה נמוך לעבור סינון של התמונה עוצמות ממוצעים temporally נפח עם תיקון תוסף חזקים רעש מוערך. המחזור במחצית הראשונה של תמונות (12 שניות) נמחק להימנע חולף שיווי משקל MR ואפקטים המודינמים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לתקן בתוך ריצה תנועה. בתנועה מעריכים מהסדרה זמן של כרכים. עם זאת, בגלל יחס אות לרעש נמוך יחסית (יחס אות לרעש) של התמונות, אנחנו הראשונים לבצע בקרון 5-המדגם החלקה על סדרת הזמן. כל כרך רשום אז לממוצע של 5 דגימות האחרונות. שים לב כי החלקה משמש רק כדי לאמוד את התנועה, לבין הנתונים בפועל לא החליק. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מכירה ממוצעים הזמני של התנועה, תיקן כל נרוץ נתוני התמונה, ולהשתמש אלה כדי לתקן ממוצעים בין ריצה תנועה USIבטווח ng האחרון כנקודת התייחסות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבצע תיקון Slice-העיתוי. אנו משתמשים רכישת נתח סדרתי, אז טעויות עקב ביצוע תיקון העיתוי לאחר תיקון ההצעה יהיה קטן (~ 125 אלפיות השניה). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מספר ממוצע פועל נרשם בתוך כל פגישה כדי לשפר את יחס אות לרעש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> יישר את הנתונים המבניים מההפעלה fMRI לנפח התייחסות מבנית באמצעות אלגוריתם חזק בעוצמה מבוסס אחת 8. טען יישור ופילוח אל mrVista. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להפוך את סדרת הנתונים תפקודית זמן לנפח התייחסות מפולח. בשלבים הבאים אנו משתמשים בכלים שפותחו במעבדה שלנו לבצע ניתוח נוסף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחשב את המרחק מפה על ידי חישוב המרחק בין כל ווקסלים רקמות SC ו קדקוד הקרוב על פני השטח SC. מרחקים אלה משמשים למדידת מיקום למינרית בתוך נפח התייחסות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ביצוע תהליך פילוח למינרית לאפשר מיצוע עומק בזמן סדרת הנתונים כדי לשפר את הה SNR. קטנים (בקוטר 1.6 מ&quot;מ) דיסקים של רקמות קשורים בכל קודקוד של מודל השטח לאורך כל פני השטח SC שטחית, וכל דיסק ניתנת להארכה גם פנימה והחוצה מרקמת SC באמצעות הנורמלים פני המקומיים להקים שכונת למינרית הפרט 4. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עבור כל נקודה על פני השטח SC, אנו משתמשים אלו אסוציאציות למינרית לממוצע בסדרה על פני טווח עומק מסוים. מאז, הנוירונים מגיבים חזותית נמצאים בעיקר בשכבות השטחיות של SC, לניסוי גירוי ויזואלי השתמשנו טווח בעומק של 0-1.8 מ&quot;מ. </li></ol> 7. מיפוי טופוגרפי ניתוח לניתוח ייצוג טופוגרפי של הנתונים, הניתוח מבוצע על לכידות סדרת עומק ממוצעים של זמן על ידי התאמת sinusoid בתדירות החזרה גירוי (כלומר, 1/24 הרץ לגירוי שניות 24 לעיל) עבור כל voxel. מתוך התאמה זו, אנו מפיקים מפות פני השטח של responSE משרעת, קוהרנטיות, ושלב. ניתוח זה מבוצע בתחום התדר, והוא הטכניקה הנפוצה לכמת מפות retinotopic ב-Visual cortex 9,10. שלב בכושר סינוסי מודד את מיקום הגירוי. אפס השלב המתאים העליון אנכי מרידיאן (איור 3). גירוי ואז מסתובב עם כיוון השעון, ולכן בשלב π / 2 מתאים כאשר הגירוי יש לסובב עד מרידיאן אופקית בשדה הראייה הנכונה. לאחר π רדיאנים של השלב, גירוי עוברת בשדה הראייה השמאלי, וכן הלאה. קיבלנו גם את גבולות היקף שטחי כל SC באמצעות בדיקה ידנית של האנטומיה T1 משוקלל ברזולוציה גבוהה נפח. גבולות אלה מסומנים בתרשים. 3 על ידי קווים מקווקווים אדומים. fMRI אינו למדוד ישירות פעילות עצבית, אלא תגובה זרימת דם, כי הוא חזק אך יחד בעצלתייםעל הפעילות העצבית. זה מוסיף עיכוב hemodynamic לתגובה שלב. העיכוב נאמד על ידי לקיחת כל ווקסלים מעל הסף קוהרנטיות שלנו בכל SC באזור ריבית של, ו מרכוז אמצעי שלהם סביב π במטוס מורכב. בנתונים SC שלנו, עיכובים אלה הם די קטנים, בסדר גודל של 2-4 שניות. אנו להסיר את עיכוב על ידי החלפה של מפת צבעים נגד כיוון השעון ב -45 מעלות (המקביל ל 3 שניות) (איור 3). 8. נציג תוצאות נתונים שלב מעולף על משטח 3D של SC (איור 3) מראה כי התגובה לגירוי חזותי מיוצג contralaterally ב, SC, כלומר שדה הראייה השמאלי מיוצג על SC ימין סגן ולהיפך. יש גם ארגון retinotopic הפעילות. בשדה הימני העליון חזותית מיוצג על מדיאלית colliculus השמאלי (כחול אדום), ואת שדה נמוך מיוצג רוחבית (אדום, צהוב). Similקארלי, השדה השמאלי העליון חזותית מיוצג על מדיאלית colliculus ימינה (כחול כחול) והתחתון מיוצג רוחבית (ירוק, צהוב). הטופוגרפיה זו עולה בקנה אחד עם תוצאות מחקרים שאינם בני אדם פרימטים של תגובות SC: 1) לגירוי ויזואלי באמצעות יחידת אלקטרופיזיולוגיה יחיד, ו 2) מיפוי של תנועות microstimulation המושרה עיניים saccadic 11,12. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/3746/3746fig1.jpg" /> באיור 1. Slice) מרשם נצפים על התמונה באמצע sagittal. ב) ממוצע הזמני (1 ריצה) של תמונות תפקודית לקבל נתח מרכזי מסומנים באדום). <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/3746/3746fig2.jpg" /> איור 2. פולאר זווית גירוי הטופוגרפיה. טריז 90 ° להעביר שחור לבן נקודות על רקע אפור הסתובב לאט סביב קיבעון. טריז חולק מערך של 6 virtuמגזרים אל (קווים אפורים הוסיף להדגיש המגזרים) כדי לאפשר לנושא לבצע משימה אפליה מהירות במגזר שנבחרו באופן אקראי. <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/3746/3746fig3.jpg" /> איור 3. פילוח דוגמנות פני השטח. א) המוח התיכון, גזע המוח, וחלקים התלמוס היו מקוטעים מן ברזולוציה גבוהה כרכים אנטומיה MRI. ב) לפני השטח נוצרה בשולי האזור מפולח. ג) סינוסי, בכושר נתונים שלב נצפים על פרוסת inplane (קוהרנטיות&gt; 0.25). D) לסובב ולהציג מוגדלת של המודל פני גזע המוח נעשה שימוש כדי להמחיש נתונים שלב ב SC. <img alt="איור 4" src="/files/ftp_upload/3746/3746fig4.jpg" /> איור 4. פולאר זווית מפות. בשלב מפות ב-fMRI שני נושאים המקודדים זווית ראייה. הקוטב ספי קוהרנטיות עבור כל מפה ניתנים בצד ימין למטה. גלגל הצבעים מספר שלבי כיסו של הגירוי ב עמ &#39;זווית olar לעמדות שדה הראייה שלהם.

<ol><li>Katyal, S., Zughni, S., Greene, C., Ress, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Topography+of+covert+visual+attention+in+human+superior+colliculus%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Topography of covert visual attention in human superior colliculus.</a> Journal of Neurophysiology. 104, 3074-3083 (2010).</li>
<li>Yushkevich, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((User-guided+3D+active+contour+segmentation+of+anatomical+structures%3A+significantly+improved+efficiency+and+reliability%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">User-guided 3D active contour segmentation of anatomical structures: significantly improved efficiency and reliability.</a> NeuroImage. 31, 1116-1128 (2006).</li>
<li>Xu, G., Pan, Q., Bajaj, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Discrete+Surface+Modeling+Using+Partial+Differential+Equations%5BTitle%5D)+AND+%22Computer+Aided+Geometric+Design%22%5BJournal%5D)">Discrete Surface Modeling Using Partial Differential Equations.</a> Computer Aided Geometric Design. 23, 125-145 (2006).</li>
<li>Ress, D., Glover, G. H., Liu, J., Wandell, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Laminar+profiles+of+functional+activity+in+the+human+brain%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Laminar profiles of functional activity in the human brain.</a> NeuroImage. 34, 74-84 (2007).</li>
<li>Schneider, K. A., Kastner, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+sustained+spatial+attention+in+the+human+lateral+geniculate+nucleus+and+superior+colliculus%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Effects of sustained spatial attention in the human lateral geniculate nucleus and superior colliculus.</a> J. Neurosci. 29, 1784-1795 (2009).</li>
<li>Glover, G. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simple+analytic+spiral+K-space+algorithm%5BTitle%5D)+AND+%22Magn.+Reson.+Med%22%5BJournal%5D)">Simple analytic spiral K-space algorithm.</a> Magn. Reson. Med. 42, 412-415 (1999).</li>
<li>Glover, G. H., Lai, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Self-navigated+spiral+fMRI%3A+interleaved+versus+single-shot%5BTitle%5D)+AND+%22Magn.+Reson.+Med%22%5BJournal%5D)">Self-navigated spiral fMRI: interleaved versus single-shot.</a> Magn. Reson. Med. 39, 361-368 (1998).</li>
<li>Nestares, O., Heeger, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Robust+multiresolution+alignment+of+MRI+brain+volumes%5BTitle%5D)+AND+%22Magn.+Reson.+Med%22%5BJournal%5D)">Robust multiresolution alignment of MRI brain volumes.</a> Magn. Reson. Med. 43, 705-715 (2000).</li>
<li>Engel, S. A., Glover, G. H., Wandell, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Retinotopic+organization+in+human+visual+cortex+and+the+spatial+precision+of+functional+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Cereb.+Cortex%22%5BJournal%5D)">Retinotopic organization in human visual cortex and the spatial precision of functional MRI.</a> Cereb. Cortex. 7, 181-192 (1997).</li>
<li>Schneider, K. A., Kastner, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Visual+responses+of+the+human+superior+colliculus%3A+a+high-resolution+functional+magnetic+resonance+imaging+study%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Visual responses of the human superior colliculus: a high-resolution functional magnetic resonance imaging study.</a> Journal of Neurophysiology. 94, 2491-2503 (2005).</li>
<li>Cynader, M., Berman, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Receptive-field+organization+of+monkey+superior+colliculus%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Receptive-field organization of monkey superior colliculus.</a> Journal of Neurophysiology. 35, 187-201 (1972).</li>
<li>Robinson, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Eye+movements+evoked+by+collicular+stimulation+in+the+alert+monkey%5BTitle%5D)+AND+%22Vision+Research%22%5BJournal%5D)">Eye movements evoked by collicular stimulation in the alert monkey.</a> Vision Research. 12, 1795-1808 (1972).</li>
<li>Schreiner, C. E., Langner, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Laminar+fine+structure+of+frequency+organization+in+auditory+midbrain%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Laminar fine structure of frequency organization in auditory midbrain.</a> Nature. 388, 383-385 (1997).</li>
<li>Baumann, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Orthogonal+representation+of+sound+dimensions+in+the+primate+midbrain%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Orthogonal representation of sound dimensions in the primate midbrain.</a> Nature Neuroscience. 14, 423-425 (2011).</li>
<li>Malmierca, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+discontinuous+tonotopic+organization+in+the+inferior+colliculus+of+the+rat%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">A discontinuous tonotopic organization in the inferior colliculus of the rat.</a> J. Neurosci. 28, 4767(2008).</li>
<li>Bender, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Retinotopic+organization+of+macaque+pulvinar%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Retinotopic organization of macaque pulvinar.</a> Journal of Neurophysiology. 46, 672(1981).</li>
<li>Grieve, K. L., Acuña, C., Cudeiro, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+primate+pulvinar+nuclei%3A+vision+and+action%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+in+Neurosciences%22%5BJournal%5D)">The primate pulvinar nuclei: vision and action.</a> Trends in Neurosciences. 23, 35-39 (2000).</li>
<li>Rodriguez-Oroz, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+subthalamic+nucleus+in+Parkinson%27s+disease%3A+somatotopic+organization+and+physiological+characteristics%5BTitle%5D)+AND+%22Brain%22%5BJournal%5D)">The subthalamic nucleus in Parkinson's disease: somatotopic organization and physiological characteristics.</a> Brain. 124, 1777(2001).</li>
<li>Romanelli, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microelectrode+recording+revealing+a+somatotopic+body+map+in+the+subthalamic+nucleus+in+humans+with+Parkinson+disease%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurosurgery%22%5BJournal%5D)">Microelectrode recording revealing a somatotopic body map in the subthalamic nucleus in humans with Parkinson disease.</a> Journal of Neurosurgery. 100, 611-618 (2004).</li>
<li>DeLong, M. R., Crutcher, M. D., Georgopoulos, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Primate+globus+pallidus+and+subthalamic+nucleus%3A+functional+organization%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Primate globus pallidus and subthalamic nucleus: functional organization.</a> Journal of Neurophysiology. 53, 530(1985).</li>
<li>Houeto, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Acute+deep-brain+stimulation+of+the+internal+and+external+globus+pallidus+in+primary+Dystonia+functional+mapping+of+the+pallidum%5BTitle%5D)+AND+%22Archives+of+Neurology%22%5BJournal%5D)">Acute deep-brain stimulation of the internal and external globus pallidus in primary Dystonia functional mapping of the pallidum.</a> Archives of Neurology. 64, 1281-1286 (2007).</li>
</ol>

אין ניגוד עניינים הצהיר.

טכניקות הרכישה ונתונים ניתוח שלנו מאפשרים מדידה של פעילות עצבית במוח האדם קורטיקליים מבנים ברזולוציה גבוהה (1.2 ווקסלים מ&quot;מ). רכישת 3-shot ספירלה מפחית רעש פיזיולוגית כי הוא מזיק במיוחד מדידות ה-fMRI ברחבי המוח התיכון. כמו כן, פילוח למינרית שלנו רקמות מאפשר לנו לבצע מיצוע מעמיקה של הנתונים מסייע לשפר את יחס אות לרעש. השתמשנו בשיטות אלה כדי להראות מדויקים הקוטב זווית מפות טופוגרפיות של גירוי חזותי וקשב חזותי סמויה SC האדם 1. פילוח למינרית גם מאפשר ניתוח של פרופילים ...

ברזולוציה גבוהה תהודה מגנטית פונקציונלית שיטות המוח התיכון האדם

High-resolution Functional Magnetic Resonance Imaging Methods for Human Midbrain

MRI תפקודי (fMRI) הוא כלי בשימוש נרחב עבור הלא פולשני למדידת וקושרת של פעילות המוח האנושי. עם זאת, השימוש בו יש בעיקר התמקדה על מדידת הפעילות על פני השטח של קליפת המוח, ולא באזורים קורטיקליים כמו המוח התיכון ואת גזע המוח. FMRI קורטיקליים להתגבר על שני אתגרים: רזולוציה מרחבית רעש פיזיולוגית. כאן אנו מתארים מערכת אופטימיזציה של טכניקות שפותחו לבצע ברזולוציה גבוהה fMRI ב SC האדם, מבנה על פני השטח הגבי של המוח התיכון, שיטות יכול לשמש גם גזע המוח תמונה אחרת ומבנים קורטיקליים. ברזולוציה גבוהה (1.2 ווקסלים מ&quot;מ) fMRI של SC דורש גישה לא קונבנציונלי. הדגימה המרחבי הרצוי מתקבל באמצעות רב ירייה (משולבים) ספירלה הרכישה 1. מאז, T 2 * רקמות SC ארוך יותר בקליפת המוח, זמן ארוך יותר בהתאם הד (ט E ~ 40 מיקרו) משמש מקסימייז בניגוד תפקודית. כדי לכסות את מלוא היקף SC, 8-10 פרוסות מתקבלים. עבור כל מפגש אנטומיה מבנית עם מרשם פרוסה כמו fMRI מתקבלת גם, המשמש כדי ליישר את הנתונים תפקודיות לנפח ברזולוציה גבוהה התייחסות. בפגישה נפרדת עבור כל נושא, אנו יוצרים ברזולוציה גבוהה (0.7 מ&quot;מ הדגימה) בנפח התייחסות באמצעות T 1-משוקלל רצף שנותן לעומת זאת רקמה טובה. בספר התייחסות, באזור המוח התיכון הוא מפולח באמצעות יישום ITK-SNAP התוכנה 2. פילוח זה משמש ליצירת ייצוג פני השטח 3D של המוח התיכון שהוא גם חלק ומדויק 3. קודקודים את פני השטח הנורמלים המשמשים ליצירת מפה של עומק מפני השטח של המוח התיכון בתוך 4 רקמות. נתונים תפקודיים הופכת מערכת קואורדינטות של נפח התייחסות מפולח. עמותות עומק של ווקסלים אתלאפשר מיצוע של-fMRI סדרת נתוני זמן בתוך טווחי עומק שצוינו כדי לשפר את איכות האות. הנתונים שניתנו על משטח 3D להדמיה. במעבדה שלנו אנו משתמשים בטכניקה זו למדידת מפות טופוגרפיות של גירוי חזותי וקשב חזותי סמויה וגלויה בתוך SC 1. כדוגמה, אנחנו מדגימים את הייצוג הטופוגרפי של זווית הקוטב לגירוי חזותי SC.

מאמר זה מתאר שיטות לביצוע ברזולוציה גבוהה תהודה מגנטי תפקודי עם הדגימה 1.2 מ&quot;מ המוח התיכון האדם מבנים קורטיקליים באמצעות סורק 3T. שימוש בטכניקות הללו כדי לפתור מפות טופוגרפיות של גירוי חזותי של אדם מעולה colliculus (SC) ניתנת כדוגמה.

fMRI (MRI תפקודי) הוא כלי נפוץ למדידה לא פולשנית של מתאמים לפעילות המוח האנושי. עם זאת, השימוש בו התמקד בעיקר ב...

המטרה הכללית של הליך זה היא למדוד אותי FMRI ברזולוציה גבוהה במוח האמצעי ובגזע המוח של בני אדם. דבר זה מושג תחילה על ידי הצגת הגירוי הוויזואלי המתאים לנבדק. לאחר מכן, נקבעת מערך אופטימלית של FMRI.נעשה שימוש בפרוצדורות ובפרמטרים כדי לאסוף נתונים, והנתונים מנותחים באמצעות שילוב של טכניקות ניתוח סטנדרטיות וטכניקות מבוססות פני-שטח. השלב הסופי הוא הצבת הנתונים על ייצוג תלת-ממדי של פני השטח לצורך ויזואליזציה. בסופו של דבר, נעשה שימוש ב-FMRI ברזולוציה גבוהה כדי להציג ייצוג טופוגרפי של הזווית הקוטבית לגירוי חזותי ב-superior colliculus אנושי.היתרון המרכזי של טכניקה זו על פני שיטות קיימות למבנים תת-קליפתיים הוא היכולת להשיג רזולוציה גבוהה תוך התגברות על יחס אות לרעש הנמוך המאפיין FMRI ברזולוציה גבוהה. אנו מסוגלים לעשות זאת באמצעות שימוש בטכניקות רכישה וניתוח תמונה ייעודיות. אף ששיטה זו תוכננה ספציפית להדמיית תפקוד ב-superior colus אנושי, ניתן ליישמה גם באזורים תת-קליפתיים אחרים כגון ה-lateral ululate nucleus, ה-inferior colus, או ה-subthalamic nucleus.כדי להשיג מפת אטופיה רטינלית בזווית פולרית בחלק העליון של ה-Colus, הגדירו תחילה פרדיגמה תפקודית המשתמשת בגיסום של 90 מעלות של נקודות נעות כגירוי. הגירוי מחולק לשני על ידי שלושה מגזרים וירטואליים, כאשר הנקודות באחד המגזרים נבחרות באופן אקראי בכל ניסוי לנוע לאט יותר או מהר יותר מכל שאר הנקודות. להלן דוגמה לניסוי שבו הנקודות במגזר השמאלי המרכזי נעות מהר יותר מהנקודות במגזרים אחרים.לאחר כל ניסוי, הטריז מסתובב סביב נקודת הקיבוע במרווחים של 30 מעלות, כך שהגירוי משלים מחזור מלא במחזוריות של 24 שניות. כל ריצה מורכבת מתשע וחצי סיבובים של הגירוי, והסשנים הניסיוניים צריכים לכלול בין 16 ל-18 ריצות לפני הסריקה. יש להנחות כל נבדק להתאמן במשימה החזותית עבור כל ניסוי שנמשך שתי שניות.הנחה את הנבדק להפנות את תשומת ליבו באופן סמוי אל הטריז ולבצע משימה של הבחנה במהירות תוך שמירה על קיבוע המבט. באמצעות לחיצה על כפתור, על הנבדק לציין אם נקודות באחד המגזרים נעות מהר יותר או לאט יותר מאשר במגזרים אחרים לפני הסריקה. יש להקפיד על נהלי הבטיחות הסטנדרטיים של MRI. מקם את הנבדק על שולחן הסורק והנח את סליל ה-RF על ראשו.לאחר מכן, יש להבטיח את קיבוע ראשו של הנבדק באמצעות רפידות ספוג כדי למזער את תנועת הראש. הסבירו כי FMRI רגיש במיוחד לארטפקטים של תנועה, בייחוד ברזולוציות המרחביות הגבוהות המשמשות במחקר זה. כמו כן, הניחו לוח מקשים תואם MRI באחת מידיו של הנבדק ותנו הנחיות לגבי איזה כפתור יש ללחוץ במהלך המשימה.הגירוי מוקרן על מסך תצוגה הנצפה באמצעות מראה המותקנת על הסליל. ה-superior colliculus האנושי הוא מבנה קטן אך מובחן, שקוטרו כ-9 mm וממוקם על פני השטח הדורסליים של הגוף האמצעי, ונדרשות מספר סדרות של הדמיות למיקום (localizer) לצורך מיקומו המדויק. הפעל את ה-localizers לאורך מישורי sagittal, axial ו-coronal.כעת השתמשו בתמונות הלוקליזציה אלו כדי להגדיר במדויק את ה-superior colliculus עם שמונה עד 10 פרוסות רצופות. לאחר מכן, השגיחו תמונות מבניות ברזולוציה גבוהה המשוקללות ל-T1 באמצעות רצף SPGR תלת-ממדי. תמונות אלו ישמשו ליישור נתוני ה-fMRI לנפח ייחוס מבני ברזולוציה גבוהה, שיש להשיגו במפגש נפרד.בשלב הבא, הגדירו את המערכת לדימות תפקודי באמצעות רכישת מסלול ספירלי של שלושה רכישות (three shot spiral trajectory) כדי להשיג גודל פיקסל במישור של 1.2 millimeters. הגדירו את זמן ההד (echo time) ל-40 milliseconds, שהוא ארוך יותר ממה שבדרך כלל משתמשים בו בקורטקס, ומתאים לערך מדידה ארוך יותר של T two star. הגדירו את ה-TR לשנייה אחת, כך שנפח נרכש בכל שלוש שניות.כאשר המערכת מוכנה, התחילו את הסריקה תוך כדי הרצת הפרדיגמה התפקודית. עם השלמת ההדמיה התפקודית, השגיחו סדרת תמונות מבניות נוספת ברזולוציה גבוהה של T one במפגש נפרד. עבור כל נבדק, השגיחו נפח ייחוס ברזולוציה גבוהה באמצעות רצף T one weighted שיספק ניגודיות רקמות טובה.רצף זה יימשך כ-28 דקות. עם השלמת הדימוי, השתמש בשילוב של טכניקות אוטומטיות וידניות המסופקות בתוכנת ITK SNAP כדי לבצע סגמנטציה של חלקים מגזע המוח והתלמוס בנפח ברזולוציה גבוהה. הממשק בין רקמת הנוזל הצרברוספינלי לבין ה-superior colliculus עובר אינטרפולציה מהסגמנטציה באמצעות ISO density tessellation, ולאחר מכן עובר עידון כדי להפיק ייצוג פני שחלק ומדויק.משטח זה מספק קודקודים ונורמלים המשמשים לחישובים למינריים, וכן אמצעי להדמיה של נתונים פונקציונליים. הניתוח המתואר עושה שימוש בחבילת התוכנה Mr.Vista וכן בכלים שפותחו על גבי תשתית Mr.Vista. התחלו באתחול הפעלה (session) ובחירה באפשרות לנרמל מרחבית את העוצמה של הנתונים הממוצעים כדי להפחית את ההשפעות של חוסר הומוגניות בסליל, והספילו את מחזור התמונות הראשון.כדי למנוע שיווי משקל MR חולף והשפעות המודינמיות. לאחר מכן, פתח את תוכנת ה-Mr.Vista. בשלב הבא, בצע תיקוני תנועת נבדק ותזמון פרוסות.לאחר מכן, חשבו ממוצע של מספר ההרצות שנרשמו בכל מפגש. כדי לשפר את ה-SNR, יישרו את הנתונים המבניים של מפגש ה-FMRI לנפח הייחוס. טענו את היישור והסגמנטציה ל-Mr.Vista.לאחר מכן, העבירו את נתוני סדרות הזמן הפונקציונליות לנפח הייחוס המפולח. השלבים הבאים משתמשים בכלים שפותחו על גבי מסגרת Mr.Vista. חשבו מפת מרחקים על ידי חישוב המרחק בין כל ווקסל של רקמת SC לבין הקודקוד הקרוב אליו ביותר על פני השטח של SE.מרחקים אלו משמשים למדידת המיקום הלמינרי בתוך נפח הייחוס. לאחר מכן, בצע תהליך של סגמנטציה למינרית כדי לאפשר מיצוע עומק של נתוני סדרות עיתיות לצורך שיפור ה-SNR. עבור כל נקודה על פני השטח של ה-SC, השתמש בקישורים למינריים אלו כדי לבצע מיצוע של הסדרות העיתיות על פני טווח עומק מוגדר, במטרה לנתח את הייצוג הטופוגרפי של הנתונים.בצעו ניתוח קוהרנטיות על סדרות הזמן הממוצעות בעומק על ידי התאמת סינוס בתדר חזרת הגירוי עבור כל ווקסל; מהתאמה זו גזרו מפות פני שטח של תגובה, אמפליטודה, קוהרנטיות ופאזה. הפאזה של התאמת הסינוס תמדוד את מיקום הגירוי. כאן אנו רואים נתוני פאזה המוטלים על פני שטח תלת-ממדיים של ה-SC; פאזה אפס מתאימה למרידיאן האנכי העליון.לאחר מכן הגירוי מסתובב עם כיוון השעון, כך שפזה של פאי חלקי שתיים מתאימה למצב שבו הגירוי הסתובב למרידיאן האופקי בשדה הראייה הימני. לאחר פזה של פאי רדיאנים, הגירוי עובר לשדה הראייה השמאלי וכן הלאה. התגובה לגירוי חזותי מיוצגת בצורה קונטרלטרלית ב-SC IE; השדה החזותי השמאלי מיוצג ב-SC הימני ולהפך.גבולות כל ההיקף השטחי של ה-SC מסומנים בקוים מקווקווים אדומים. קיימת ארגון טופוגרפי של הפעילות. השדה הראייתי העליון הימני מיוצג מדיאלית ב-colus השמאלי, והשדה התחתון מיוצג לטרלית.באופן דומה, השדה הראייתי העליון השמאלי מיוצג מדיאלית ב-colliculus הימני, והשדה התחתון מיוצג לטרלית. לאחר צפייה בסרטון זה, תרכשו הבנה טובה לגבי אופן ביצוע FMRI ברזולוציה גבוהה בג้าน המוח ובמוח האמצעי של בני אדם; בפרט, תוכלו להבין כיצד להציג גירוי חזותי, לאסוף נתוני FMRI ברזולוציה גבוהה, לבצע ניתוח סטנדרטי וניתוח מבוסס פני שטח, ולבסוף להקיץ את הנתונים על פני שטח תלת-ממדיים כדי לקבל מפות טופוגרפיות על פני השטח של ה-superior colliculus.

high-resolution-functional-magnetic-resonance-imaging-methods-for

Research

JoVE Journal

Neuroscience

מדעי המוח

הטכניקה מתוארת בהרחבה על פתיחת מחסום דם מוח של עכבר באמצעות microbubbles ו אולטרסאונד. באמצעות טכניקה זו, מנגן יכול להינתן למוח עכבר. כי הוא מנגן חומר ניגוד MRI שמצטבר בנוירונים depolarized, גישה זו מאפשרת הדמיה של הפעילות העצבית.

הדמייה תפקודית באמצעות שיבוש Ultrasonic הדם למוח הגדר מנגן משופרת MRI

מקור: Shafi, M. M., et al. שיטה מבוססת הדמיה וגירוי רב-מודאלית להערכת ריגוש מוחי הקשור לקישוריות בחולים עם אפילפסיה. J. Vis. Exp. (2016)הסרטון מדגים את ההליך לשימוש בגירוי מגנטי טרנס-גולגולתי (TMS) ואלקטרואנצפלוגרפיה (EEG) כדי להעריך את הריגוש העצבי בחולים עם אפילפסיה. הוא מפרט את השלבים ליישור ראש המטופל עם סריקת מוח מוקלטת מראש, מיקום סליל ה-TMS מעל מטרה קליפת המוח המחוברת מבחינה תפקודית, והפעלת גירוי להפעלת מעגלים עצביים. התהליך כולל מעקב אחר תגובות מוטוריות, הקלטת אותות EEG והשוואת פעילות...

הערכת ריגוש יתר במוח באמצעות גירוי מגנטי טרנס-גולגולתי ואלקטרואנצפלוגרפיה

פרוטוקול זה מתאר שיטה סטנדרטית להדמיה תפקודית בתהודה המגנטית בו זמנית וגירוי מוחי עמוק במכרסמים. השימוש בשילוב של כלים ניסיוניים האמורים, מאפשר החקירה של פעילות במורד הזרם העולמית בתגובה לגירוי חשמלי בכמעט כל יעד במוח.

גירוי מוחי עמוק עם fMRI סימולטני במכרסמים

המטרה של כתב היד הזה היא לחקור את ההיפוקמפוס ואת תת-השדות של ההיפוקמפוס באמצעות MRI. כתב היד מתאר פרוטוקול לפילוח ההיפוקמפוס וחמישה תת-מבנים של ההיפוקמפוס: קורנו אמוניס (CA) 1, CA2/CA3, CA4/פיתול משונן, שכבות רדיאטום/לקונוסום/מולקולר וסוביקולום.

ברזולוציה גבוהה In vivo פרוטוקול פילוח ידני לאדם בהיפוקמפוס תת תחומים באמצעות הדמיה בתהודה מגנטית 3T

כאן אנו מציגים פרוטוקול לקביעת המספר המינימלי של תמונות שיש לרשום ולחשב ממוצע כדי לפתור מבנים תת-קורטיקליים ולבדוק אם ניתן לפתור את השכבות הבודדות של ה-LGN בהיעדר רעש פיזיולוגי.

הדמיית תהודה מגנטית מבנית ברזולוציה גבוהה של תת-הקליפה&quot; האדם<I&gt; In vivo</I&gt; ולאחר המוות

פרוטוקול זה מתאר את השלבים וניתוח הנתונים הנדרשים לביצוע מוצלח של הדמיית תהודה מגנטית תפקודית אופטוגנטית (ofMRI). ofMRI היא טכניקה חדשה המשלבת קריאת fMRI בשדה גבוה עם גירוי אופטוגנטי, ומאפשרת מיפוי ספציפי לסוג התא של מעגלים עצביים פונקציונליים והדינמיקה שלהם על פני כל המוח החי.

MRI פונקציונלי optogenetic

פרוטוקול זה מתאר את הכימות של וריאציות המודינמיות המוח נפחיות במוח העכבר באמצעות אולטרסאונד פונקציונלי (fUS). נהלים עבור מפת הפעלה פונקציונלית תלת-ממדית בעקבות גירוי חושי כמו גם קישוריות תפקודית של מצב מנוחה מסופקים כדוגמאות להמחשה, בעכברים מרדים וערים.

הפעלה תלת-ממדית של המוח כולו ומיפוי קישוריות תפקודית בעכברים באמצעות הדמיית אולטרסאונד תפקודית טרנס-ת-רה-אופן

פרוטוקול זה מראה כיצד להשיג נתוני דימות תהודה מגנטית רגישים לנוירומלנין של הסובסטנטיה ניגרה.

רכישת נתונים מתוקננת להדמיית תהודה מגנטית רגישה לנוירומלנין של Substantia Nigra

מאמר זה מציג גישה אינטגרטיבית לחקר הרשת התפקודית לניווט מרחבי במוח האדם. גישה זו משלבת מסד נתונים מטא-אנליטי בקנה מידה גדול של דימות מוחי, דימות תהודה מגנטית תפקודי במצב מנוחה, מידול רשת וטכניקות גרפיות-תיאורטיות.

מידול הרשת התפקודית לניווט מרחבי במוח האנושי

פיתחנו טכניקות למיפוי תפקוד קליפת המוח הראייתית תוך ניצול גדול יותר של שדה הראייה ממה שנהוג להשתמש. גישה זו יש פוטנציאל לשפר את ההערכה של הפרעות ראייה ומחלות עיניים.

דימות תהודה מגנטית תפקודי (fMRI) של קליפת המוח הראייתית עם גירוי רטינוטופי רחב

למד טכניקות fMRI ברזולוציה גבוהה לדימוי המוח התיכון והגזעית באדם. השיטה מדגימה מיפוי טופוגרפי של גירוי חזותי בקוליקולוס העליון באמצעות סורק 3T וניתוח תלת-ממדי.

ברזולוציה גבוהה תהודה מגנטית פונקציונלית שיטות המוח התיכון האדם

גלה סרטונים נוספים