Viene presentata una pipeline standardizzata per l'esame della morfometria della materia grigia del cervelletto. La pipeline combina approcci ad alta risoluzione e all'avanguardia per la parcellazione ottimizzata e automatizzata del cervelletto e la registrazione basata su voxel del cervelletto per la quantificazione volumetrica.
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Articolo metodologico
Una pipeline standardizzata per l'esame della morfometria della materia grigia cerebellare umana utilizzando la risonanza magnetica strutturale
In questo articolo
Sommario
Abstract
Molteplici linee di ricerca forniscono prove convincenti per un ruolo del cervelletto in una vasta gamma di funzioni cognitive e affettive, andando ben oltre la sua associazione storica con il controllo motorio. Studi di neuroimaging strutturale e funzionale hanno ulteriormente affinato la comprensione della neuroanatomia funzionale del cervelletto al di là delle sue divisioni anatomiche, evidenziando la necessità di esaminare le singole subunità cerebellari nella variabilità sana e nelle malattie neurologiche. Questo documento presenta una pipeline standardizzata per l'esame della morfometria della materia grigia del cervelletto che combina approcci ad alta risoluzione e all'avanguardia per la parcellazione ottimizzata e automatizzata del cervelletto (Automatic Cerebellum Anatomical Parcellation using U-Net Local Constrained Optimization; ACAPULCO) e registrazione basata su voxel del cervelletto (Spatially Unbiased Infra-tentorial Template; SUIT) per la quantificazione volumetrica.
La pipeline ha un'ampia applicabilità a una serie di malattie neurologiche ed è completamente automatizzata, con un intervento manuale richiesto solo per il controllo di qualità degli output. La pipeline è disponibile gratuitamente, con una documentazione di accompagnamento sostanziale e può essere eseguita su sistemi operativi Mac, Windows e Linux. La pipeline viene applicata in una coorte di individui con atassia di Friedreich (FRDA) e vengono forniti risultati rappresentativi, nonché raccomandazioni su analisi statistiche inferenziali a livello di gruppo. Questa pipeline potrebbe facilitare l'affidabilità e la riproducibilità in tutto il campo, fornendo in definitiva un potente approccio metodologico per caratterizzare e tracciare i cambiamenti strutturali cerebellari nelle malattie neurologiche.
Introduzione
Il cervelletto è una parte del cervello storicamente associata al controllo motorio 1,2,3 e si pensa che sia integralmente coinvolto solo in una piccola serie di malattie rare, come le atassie ereditarie4. Tuttavia, le linee convergenti di ricerca degli studi di tracciamento anatomico nei primati non umani, così come gli studi sulle lesioni umane e sul neuroimaging, forniscono prove convincenti di un ruolo del cervelletto in una vasta gamma difunzioni cognitive 5,6,7, affettive
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Protocollo
NOTA: I dati utilizzati in questo studio facevano parte di un progetto approvato dal Comitato etico per la ricerca umana della Monash University (progetto 7810). I partecipanti hanno fornito il consenso informato scritto. Mentre la pipeline può essere eseguita su sistemi operativi Mac, Windows o Linux, ACAPULCO, SUIT e le pipeline QC sono state esplicitamente testate su sistemi operativi Linux (Ubuntu) e Mac (Catalina, Big Sur v11.0.1).
1. Modulo 1: ACAPULCO (parcellazione anatomica)
- Raccolta dei dati
- Raccogli immagini MRI 3D pesate T1 dell'intero cervello ad una risoluzione di 1 mm3 o meno. Si ....
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Risultati
Parcellazione del cervelletto (ACAPULCO)
Controllo di qualità delle maschere parcellate al cervelletto:
I seguenti esempi dimostrano i risultati parcellizzati ACAPULCO e guidano il processo decisionale su a) la qualità della maschera parcellata a livello individuale e b) la successiva inclusione o esclusione di un particolare lobulo (s) dalle analisi statistiche. In definitiva, la decisione di includere o escludere un soggetto è soggettiva; esempi di "buone.......
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Discussione
Il cervelletto è fondamentale per una vasta gamma di funzioni motorieumane 3, cognitive58, affettive10 e linguaggio 7,59 ed è implicato in molte malattie neurologiche e psichiatriche. La disponibilità di un approccio standardizzato e facilmente implementabile per la quantificazione dei volumi cerebellari regionali contribuirà a una mappatura struttura-funzione "intero cervello" sempre più det.......
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Dichiarazioni
Gli autori non hanno conflitti di interesse da divulgare.
Ringraziamenti
Il lavoro presentato in questo manoscritto è stato finanziato da un Australian National Health and Medical Research Council (NHMRC) Ideas Grant: APP1184403.
....Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.
Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| File della pipeline ACAPULCO | 0.2.1 | http://enigma.ini.usc.edu/protocols/imaging-protocols/ | Assicurati di utilizzare acapulco versione 0.2.1 |
| Docker per Mac | https://docs.docker.com/desktop/mac/install/ | macOS deve essere la versione 10.14 o successiva Docker richiede sudo priviledges Docker impone un vincolo di memoria (RAM) su Mac OS. Per aumentare la RAM, apri Docker Desktop, vai su Preferenze e fai clic su risorse. Aumentare la memoria al massimo | |
| Docker per Windows | https://docs.docker.com/docker-for-windows/install/ | ||
| ENIGMA SUIT scripts | http://enigma.ini.usc.edu/protocols/imaging-protocols/ | ||
| FreeSurfer | 7 | https://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/fswiki/DownloadAndInstall | Le seguenti variabili devono essere impostate ogni volta che si lavora con Freesurfer: export FREESURFER_HOME=  freesurfer _installation_directory source $FREESURFER_HOME/SetUpFreeSurfer.sh |
| export SUBJECTS_DIR=path/enigma/Freesurfer | |||
| FSL (per FSLeyes). File di | |||
| http://enigma.ini.usc.edu/protocols/imaging-protocols/ | Non avrai bisogno di software aggiuntivo; 2) senza docker/singolarità: ciò comporta l'esecuzione manuale dello script ICV (calculate_icv.py). Avrai bisogno del seguente software aggiuntivo: Versione Python =3.5Modulo Python pandas Modulo Python fire Modulo Python tabulate Modulo Python Colorama | ||
| https://github.com/Characterisation-Virtual-Laboratory/calculate_icv | |||
| MATLAB* | 2019 o più recente | https://au.mathworks.com/ | È richiesta una licenza accademica |
| Singularity | 3.7 o più recente | https://www.sylabs.io/docs/ | Preferito per i cluster HPC (High Performance Computing) |
| SPM | 12 | http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm12/ | Assicurati che spm12 e tutte le sottocartelle siano nel tuo percorso |
| MATLAB SUIT Toolbox | 3.4 | http://www.diedrichsenlab.org/imaging/suit_download.htm | Assicurati di posizionare SUIT toolbox nella directory spm12/toolbox |
| Risoluzione dei problemi manuali ed esempi | http://enigma.ini.usc.edu/protocols/imaging-protocols/ | ||
| Manuale tutorial e video | http://enigma.ini.usc.edu/protocols/imaging-protocols/ | Il manuale e la relativa dimostrazione dal vivo forniscono istruzioni dettagliate su come eseguire la pipeline dall'inizio alla fine. | |
| *Non disponibile gratuitamente; è richiesta |
Riferimenti
- Holmes, G. The cerebellum of man (Hughlings Jackson memorial lecture). Brain. 62, 1-30 (1939).
- Ito, M. The modifiable neuronal network of the cerebellum. The Japanese Journal of Physiology. 34 (5), 781-792 (1984).
- Manto, M., Oulad Ben Taib, N.
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Ristampe e permessi
