fMRIと拡散テンソル画像を用いた自閉症で脳を探る

次の実験の全体的な目標は、自閉症の社会的認知に重要な脳領域間の接続を調べることです。これは、自閉症の子供と大人の両方で脳の機能的MRIと拡散テンソルイメージングを使用して、適切なFMRI実験を設計し、自閉症の参加者を募集することによって達成されます。参加者は、高品質で機能的および構造的な脳画像を取得するための手順に対して適切に準備されている必要があります。

機能実験は、事前定義されたタスクを実行しながら、MRIスキャナーの参加者に提示されます。取得したMR画像は、各実験で比較的大量のデータをもたらします。取得したニューロイメージングデータは、研究室のコンピュータサーバーに転送され、前処理され、モデルを作成して統計解析が行われます。

基本的な脳活性化分析に加えて、自閉症および制御参加者の機能的および解剖学的接続性が調べられます。FMRIです。結果は、自閉症の被験者の社会的認知中の活性化の低下と機能的接続性の弱さを示しています。さらに、DTIデータ分析は、自閉症の異常な白質完全性を示しています。

この方法は、自閉症スペクトラム障害における脳の組織と脳の機能に関する重要な質問に答えることができます。これは、自閉症の神経学的マーカーを特定することにつながる可能性があります。この技術の意味は、脳領域間の接続性の変化を特定することで、それらの接続を修復する新しい治療法の開発につながる可能性があるため、自閉症の治療にまで及びます。

したがって、この方法は自閉症の脳を評価するために使用できますが、他の神経発達障害を見るなどの他の手法でも使用でき、典型的な脳がどのように発達するか自閉症の子供にMRIスキャナーを導入することは困難です。コンパクトで閉所恐怖症の可能性のある空間であり、それは斬新な環境です。この方法の視覚的なデモンストレーションは、自閉症の子供を準備するために重要です。

FMRIの場合、スキャンは難しい場合があり、自閉症の多くの人々は一般的に視覚的に考える人です。この手順を実演するのは、私の研究室の大学院生、Donna Murdo、Lauren Libro、Mark Pennick、Heather Wadsworthです。研究に登録する前に、潜在的な参加者と子供被験者の場合は家族に、まず電話で研究について説明を受ける必要があります。

これには、参加者が研究の選択基準を満たしていることを確認するためのスクリーニングも含める必要があります。適格性がある場合、潜在的な参加者は、参加者だけでなく、研究者やイメージングセンターに適した日時にMRIスキャンのために募集する必要があります。被験者に、MRIスキャン手順に関するソーシャルストーリーのコピーとスキャナーノイズのCD録音を送ります。

これらは、スキャン日の前に研究手順をよりよく理解し、被験者がMRI環境により快適にするために、子供の場合は親と一緒に見直す必要があります。参加者と家族がイメージングセンターに到着したら、彼らに挨拶し、研究と実験手順に関する質問に答えます。次に、インフォームドコンセントを取得する前に、IRBの文書を確認してください。

次に、参加者を静かな部屋に連れて行き、IQ言語能力や利き手などの神経心理学的テストを行います。次に、参加者にラップトップコンピューターで研究パラダイムの短いバージョンを練習してもらい、実験に慣れてもらいます。すべてのテストと練習が完了したら、参加者を模擬MRIスキャナーに連れて行き、MRIスキャン手順のシミュレーション体験を提供します。

もう1つの準備ステップは、イメージングセンターのMRIスキャナーを、簡単に取り外し可能なステッカーや動物や漫画のキャラクターの画像で飾り、スキャン環境をより子供に優しいものにすることです。参加者がイメージングセンターに戻ったら、短い休憩を取ってから、MR安全性アンケートに記入してもらいます。スキャンルームに入る前に、すべての持ち物をロッカーに入れ、本体に金属が付着していないかスクリーニングしてください。

スクリーニングが完了したら、参加者をスキャンルームに連れて行き、スキャナーベッドに座らせ、耳栓とヘッドフォンを提供してから、被験者をスキャナーベッドに横たわらせます。次に、MRI技師は、マルチチャンネルヘッドコイルを参加者の頭に置き、付属のミラーを調整して、コンピューター画面に表示される画像が見えるようにする必要があります。次に、参加者を毛布で覆い、FMRIタスク中に使用する左手と右手の応答ボックスを用意します。

また、緊急用スクイーズボールを手の届くところに置いて、被験者がスキャナーから出たい場合に合図できるようにします。最後に、MRI技師はスキャナーベッドをスキャナーボールに進め、スキャンを開始する前に被験者が快適であることを確認します。技術者はまず、参加者の頭が正しく配置されていることを確認するためにローカライザーを取得することにより、スキャンセッションを開始します。

次に、高解像度の構造スキャンが取得され、共レジストレーションと正規化に使用されます。その後の分析では、被験者を楽しませ続けるために、研究者は、このスキャン中に参加者にムービークリップを提示することができます。次に、使用するスキャナーとパルスシーケンスに適したイメージングパラメータを設定します。

研究者は、機能イメージングのためのスライスの処方について技術者を支援する必要があります。ここでは、17個の5ミリメートルスライスが斜めの軸面に規定されており、脳全体を最大限にカバーできます。次に、マイクで話し、被験者に実験が開始されようとしていることを知らせ、実行されるタスクの指示を与えます。

また、スキャナーからのトリガーで開始するように同期する必要があるコンピューター上の実験タスクを開きます。参加者はボタンを押して実験を開始し、静的および動的な視覚刺激、聴覚刺激などの実験タスクを開始する準備ができたらスキャンする必要があります。参加者の回答が記録され、コンピューター画面に表示されるのを必ず監視してください。

最初の実験の後、参加者と話し、タスクのパフォーマンスと頭の動きについてフィードバックを提供し、次に実行される実験の準備をします。すべてのFMRI実験が完了したら、研究者は被験者に約12分間ただじっと横たわるように指示する必要があります。DTIスキャンが取得されると、映画の一部を再び娯楽のためにここに表示することができます。すべてのスキャンが完了したら、参加者をスキャナーの外に連れ出し、ロッカーに置かれた可能性のある持ち物を取り出すのを待ちます。

その後、彼または彼女を静かな部屋に連れて行き、短い報告会を行います。デブリーフィングセッションでは、スキャナーでのパフォーマンス、タスクの難易度に関するフィードバック、および発生した可能性のある問題や懸念について参加者に尋ねます。また、被験者が研究に参加したことに感謝するようにしてください。

一方、MR.技術者は、取得したすべてのMRIおよびDTIデータをHIPAAで保護されたコンピューターネットワークにアップロードする必要があります。その後、研究者はパスワードを使用してこのネットワークにログインし、データにアクセスして研究サーバーに転送できます。分析に先立ち、取得したデータは、画像ヘッダーから名前や生年月日などの識別可能な情報を削除して匿名化する必要があります。

次に、データを気の利いた画像形式に変換して、機能的な処理を開始します。データの前処理と後処理は、統計パラメトリックマッピングやSPM eightなどのソフトウェアを介して実行できます。次に、特定のタスクの機能的な接続性を測定するには、最初に関心領域を描画し、各参加者の各ROIからFMRI信号の時間経過を抽出する必要があります。

次に、一方のROIから他方のROIに信号を相関させます。解剖学的接続性は、取得したDTIデータとFSLソフトウェアを使用して調べることもできます。このようなソフトウェアによる予備解析では、脳内の水の拡散を調べ、それを白質の完全性の指標として使用します。

さらなる分析には、トラクトの向きと構造に関する詳細が推測される白質トラクトグラフィーが含まれる場合があります。ここでは、代表的な機能マップは、文の理解などの一般的な言語タスクで見られるように、活性化が増加すると見ることができます。活性化は左下前頭回に現れ、左後上側頭溝の増加、両側後上側頭溝の活性化は、精神状態の帰属中に定型発達の参加者に見られます。

他のマップは、0.05未満のしきい値PでFEE補正されます。ここでは、自閉症の参加者における社会的認知課題のデータを見ると、機能的接続性が大幅に低下し、前頭葉と側頭部の間の脳活性化の同期が示されています。最後に、この図は、側頭葉から側頭頂接合部に進む白質線維束を示すDTIトラクトグラフィーの結果を示しています。

トラクトグラフィーの最初の出発点は、追跡ベースの空間統計によって、年齢が一致した典型的な対照参加者と比較して、自閉症の若年成人のFA値が有意に小さいと特定されたROIでした。小児のニューロイメージングは、特に自閉症の子供にとっては非常に難しい場合がありますが、十分な練習と準備があれば、これらのスキャン技術を成功裏に実行できます。どの参加者でも、特に子供と一緒にMRIスキャンを試みる際には、ラボでの体験が快適でポジティブなものであることを確認することが重要です。

この手順に従って取得したデータは、神経科学関連の質問に答えるために使用できます。さらに、適切な仮説と分析により、この情報を使用して、脳だけでなく、脳と行動の関係についても学ぶことができます。MRIスキャンプロセスは動きに非常に敏感であることを忘れないでください。

さらに、手順を実行する前に、参加者のポケットと体に付着しているすべての金属を取り除くための予防措置を講じる必要があります。このビデオを見た後、ニューロイメージングをうまく使用して、一般的な子供や自閉症などの発達障害のある子供を研究する方法を十分に理解しているはずです。