Probing the Brain in Autismo Utilizzando fMRI e imaging del tensore di diffusione

L'obiettivo generale del seguente esperimento è quello di esaminare le connessioni tra le aree cerebrali che sono importanti per la cognizione sociale nell'autismo. Utilizzando la risonanza magnetica funzionale e l'imaging del tensore di diffusione del cervello sia nei bambini che negli adulti con autismo, ciò si ottiene progettando esperimenti FMRI appropriati, quindi reclutando partecipanti autistici. I partecipanti devono essere adeguatamente preparati per la procedura per ottenere immagini cerebrali di qualità, funzionali e strutturali.

Gli esperimenti funzionali vengono presentati al partecipante nello scanner MRI durante l'esecuzione di un compito predefinito. Le immagini RM acquisite producono una quantità relativamente grande di dati per ogni esperimento. I dati di neuroimaging acquisiti vengono trasferiti al server del computer del laboratorio, quindi pre-elaborati e sottoposti ad analisi statistica mediante la creazione di modelli.

Oltre all'analisi di base dell'attivazione cerebrale, viene esaminata la connettività funzionale e anatomica nei partecipanti all'autismo e al controllo. FMRI. Si ottengono risultati che mostrano una ridotta attivazione e una connettività funzionale più debole durante la cognizione sociale nei soggetti autistici. Inoltre, l'analisi dei dati DTI indica un'integrità anormale della sostanza bianca nell'autismo.

Questo metodo può rispondere a domande importanti riguardanti l'organizzazione e il funzionamento del cervello nei disturbi dello spettro autistico e potenzialmente un giorno. Questo può portare all'identificazione di un marcatore neurologico per l'autismo. Le implicazioni di questa tecnica si estendono alla terapia per l'autismo perché l'identificazione di una connettività alterata tra le regioni del cervello potrebbe portare allo sviluppo di nuove terapie che riparano tali connessioni.

Quindi, sebbene questo metodo possa essere utilizzato per valutare il cervello autistico, può essere utilizzato anche in altre tecniche come l'osservazione di altri disturbi dello sviluppo neurologico, nonché di come si sviluppa il cervello tipico. È difficile introdurre lo scanner MRI ai bambini con autismo in quanto è un ambiente rumoroso, a cui sono sensibili. Si tratta di uno spazio compatto e potenzialmente claustrofobico, e questo è un ambiente nuovo. La dimostrazione visiva di questo metodo è fondamentale per preparare un bambino con autismo.

Per la risonanza magnetica cronica può essere difficile e molte persone con autismo sono generalmente pensatori visivi. A dimostrare questa procedura saranno i miei studenti laureati del mio laboratorio, Donna Murdo, Lauren Libro, Mark Pennick e Heather Wadsworth. Prima dell'arruolamento nello studio, i potenziali partecipanti e la famiglia in caso di soggetti bambini devono essere informati telefonicamente sullo studio.

Ciò dovrebbe includere anche uno screening per garantire che il partecipante soddisfi i criteri di inclusione per lo studio. Se idoneo, il potenziale partecipante dovrebbe essere reclutato per una risonanza magnetica in un giorno e in un'ora adatti al partecipante, ai ricercatori e al centro di imaging. Invia al soggetto una copia della storia sociale sulla procedura di scansione MRI e una registrazione su CD del rumore dello scanner.

Questi dovrebbero essere esaminati con i genitori nel caso di bambini per comprendere meglio le procedure di studio prima del giorno della scansione e per rendere il soggetto più a suo agio con l'ambiente della risonanza magnetica. Quando il partecipante e la famiglia arrivano al centro di imaging, salutali e rispondi a tutte le domande che potrebbero avere sullo studio e sulla procedura sperimentale. Quindi esamina i documenti dell'IRB prima di ottenere il consenso informato.

Successivamente, porta il partecipante in una stanza tranquilla per i test neuropsicologici, tra cui il QI, la capacità linguistica e la manualità. Quindi chiedi al partecipante di esercitarsi con versioni brevi dei paradigmi di studio su un computer portatile per familiarizzare con gli esperimenti. Una volta completati tutti i test e la pratica, porta il partecipante a un finto scanner MRI e fornisci un'esperienza simulata della procedura di scansione MRI.

Un altro passo preparatorio consiste nel decorare lo scanner MRI nel centro di imaging con adesivi facilmente rimovibili e immagini di animali e personaggi dei cartoni animati per rendere l'ambiente di scansione più adatto ai bambini. Quando il partecipante torna al centro di imaging, prevedere una breve pausa, quindi fargli compilare un questionario sulla sicurezza RM. Prima di entrare nella sala di scansione, metti tutti gli effetti personali in un armadietto e poi controlla eventuali metalli sul corpo.

Una volta completato lo screening, portare il partecipante nella sala di scansione e farlo sedere sul letto dello scanner, fornire tappi per le orecchie e cuffie prima di far sdraiare il soggetto sul letto dello scanner. Quindi un tecnico di risonanza magnetica dovrebbe posizionare la bobina di testa multicanale sopra la testa del partecipante e regolare lo specchio attaccato in modo che le immagini visualizzate sullo schermo del computer possano essere viste. Successivamente, copri il partecipante con una coperta e fornisci caselle di risposta per la mano sinistra e destra da utilizzare durante le attività FMRI.

Posizionare anche la sfera di compressione di emergenza a portata di mano in modo che il soggetto possa segnalare se desidera uscire dallo scanner. Infine, il tecnico della risonanza magnetica farà avanzare il piano dello scanner nella sfera dello scanner e si assicurerà che il soggetto sia a suo agio prima di iniziare le scansioni. Il tecnico inizia la sessione di scansione acquisendo i localizzatori per assicurarsi che la testa del partecipante sia posizionata correttamente.

Successivamente viene acquisita una scansione strutturale ad alta risoluzione, che verrà utilizzata per la co-registrazione e la normalizzazione. Nell'analisi successiva per intrattenere il soggetto, il ricercatore può presentare un filmato al partecipante durante questa scansione. Quindi, impostare i parametri di imaging appropriati per lo scanner e la sequenza di impulsi utilizzati.

Il ricercatore dovrebbe assistere il tecnologo nella prescrizione delle fette per l'imaging funzionale. Qui, 17 fette da cinque millimetri sono prescritte sul piano assiale obliquo per consentire la massima copertura dell'intero cervello. Ora parla attraverso il microfono per far sapere al soggetto che l'esperimento sta per iniziare e dare istruzioni per l'attività che verrà eseguita.

Apri anche l'attività sperimentale sul computer, che dovrebbe essere sincronizzata per iniziare con un trigger dallo scanner. Il partecipante deve premere un pulsante per avviare l'esperimento e la scansione quando è pronto per iniziare le attività sperimentali, inclusi gli stimoli visivi statici e dinamici, così come gli stimoli uditivi possono essere visualizzati e programmati tramite il software ePrime. Assicurati di monitorare le risposte del partecipante man mano che vengono registrate e visualizzate sullo schermo del computer.

Dopo il primo esperimento, parla con il partecipante e fornisci un feedback sulle prestazioni del compito e sul movimento della testa e preparalo per il prossimo esperimento che verrà eseguito. Quando tutti gli esperimenti FMRI sono completati, il ricercatore dovrebbe istruire il soggetto a rimanere semplicemente fermo per circa 12 minuti, mentre viene acquisita una scansione DTI, un segmento di un film può essere mostrato di nuovo qui per l'intrattenimento. Una volta completate tutte le scansioni, porta il partecipante fuori dallo scanner e consentigli di recuperare tutti gli effetti personali che potrebbero essere stati messi nell'armadietto.

Quindi conducilo in una stanza tranquilla per una breve sessione di debriefing. Durante la sessione di debriefing, chiedi al partecipante informazioni sulle sue prestazioni nello scanner, sul feedback sul livello di difficoltà delle attività, nonché su eventuali problemi o preoccupazioni che potrebbero essere sorti. Inoltre, assicurati di ringraziare il soggetto per la sua partecipazione allo studio.

Nel frattempo, il MR. Il tecnico deve caricare tutti i dati MRI e DTI acquisiti su una rete di computer protetta HIPAA. Il ricercatore può quindi accedere a questa rete con una password per accedere e trasferire i dati su un server di ricerca. Prima dell'analisi, i dati acquisiti devono essere resi anonimi rimuovendo dall'intestazione dell'immagine qualsiasi informazione identificabile come il nome e la data di nascita.

Quindi converti i dati in un elegante formato immagine per iniziare l'elaborazione funzionale. Sia la pre che la post-elaborazione dei dati possono essere eseguite tramite software come la mappatura parametrica statistica o SPM otto. La connettività funzionale per un determinato compito dovrebbe quindi essere misurata disegnando prima le regioni di interesse ed estraendo l'andamento temporale del segnale FMRI da ciascun ROI per ciascun partecipante.

Quindi correla il segnale da un ROI all'altro. La connettività anatomica può essere esaminata anche utilizzando i dati DTI acquisiti e il software FSL. L'analisi preliminare con tale software esamina la diffusione dell'acqua nel cervello e la utilizza come indice di integrità della sostanza bianca.

Ulteriori analisi possono coinvolgere la trattografia della sostanza bianca in cui vengono dedotti i dettagli sull'orientamento e la struttura del tratto. Qui, le mappe funzionali rappresentative possono essere viste con una maggiore attivazione, come si vede in un tipico compito linguistico come la comprensione di frasi. Le attivazioni compaiono nel giro frontale inferiore sinistro e nel solco temporale posteriore superiore sinistro, l'attivazione bilaterale del solco temporale posteriore superiore aumentata può essere osservata nei partecipanti neurotipici durante l'attribuzione degli stati mentali.

Per altri, queste mappe sono corrette FWE con un valore P di soglia inferiore a 0,05. Qui vediamo i dati di un compito di cognizione sociale in partecipanti con connettività funzionale significativamente ridotta, indicando che è stata dimostrata la sincronizzazione dell'attivazione cerebrale tra le regioni frontali e temporali. Infine, questa figura mostra i risultati della trattografia DTI che mostrano un fascio di fibre di sostanza bianca che procede dal lobo temporale alla giunzione parietale temporale.

Il punto di partenza iniziale per la trattografia è stato un ROI identificato dalle statistiche spaziali tracciate come avente un valore FA significativamente più piccolo nei giovani adulti con autismo rispetto ai partecipanti di controllo tipici della stessa età. Il neuroimaging pediatrico può essere molto difficile, soprattutto con i bambini con autismo, ma con sufficiente pratica e preparazione, queste tecniche di scansione possono essere eseguite con successo. Durante il tentativo di eseguire scansioni MRI con qualsiasi partecipante, ma in particolare con i bambini, è importante assicurarsi che l'esperienza del laboratorio sia piacevole e positiva.

I dati acquisiti seguendo questa procedura possono essere utilizzati per rispondere a domande relative alle neuroscienze. Inoltre, con le giuste ipotesi e analisi, si possono utilizzare queste informazioni per conoscere non solo il cervello, ma anche la relazione tra cervello e comportamento. Non dimenticare che il processo di scansione MRI è estremamente sensibile al movimento.

Inoltre, è necessario prendere precauzioni per rimuovere tutto il metallo dalle tasche dei partecipanti e dal loro corpo prima che la procedura venga eseguita. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come utilizzare con successo il neuroimaging per studiare i bambini in generale e i bambini con disturbi dello sviluppo come l'autismo.