Name: 人間の中脳の高解像度機能的磁気共鳴画像法 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2012-05-10T13:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 6 s
Description: 学ぶ高解像度fMRI法による人間中脳と脳幹の機能イメージング。視覚刺激を用いて上丘のトポグラフィックマッピングを実現し、神経科学研究の新たな洞察を提供します。

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この材料は、グラントBCS 1063774の下で国立科学財団によってサポートされる作業に基づいています。

1。極座標角地形刺激と心理物理学サウスカロライナ州の極角網膜マップを取得するために、我々は、刺激としてドットを移動する90°のウェッジ（視野角の偏心2月9日°、ドット高速4℃/秒を意味する）（ 図1）を使用します 。それはSCの活動は秘密の注意5を適用することによって強化されることが知られており、それゆえ我々は可能な信号を高めるために私たちのパラダイムで注目タスクを使用します。各2裁判上の被験者は、密かに全体のくさびに出席し、固定を維持しながら速度弁別課題を行うように指示されています。ウェッジは、他のすべてのドットより遅いまたはより速く移動し、ランダムに各試行で選択した分野の一つでドットを含む2×3の仮想セクタに分割されています。各試行した後、ウェッジは刺激が24秒周期で完全に回転するように固定の周りに30°回転しています。各実行は、刺激の9.5回転（228秒）で構成されており、実験的なセッションが含まれてい16から18まで実行されます。 各テストの実行時間全体にこのタスクの対象者のパフォーマンスを維持するために、タスクの難易度は2つのランダムインタリーブ2アップ1ダウン階段を使用して調整されています。すべての2連続した正確な試験の後に速度差は8％削減され、すべての不正な裁判のために、差は8％増加しています。 スキャンの前に彼らは、パフォーマンスの安定したレベルを達成するまで、すべての被験者は、スキャナ外部の視覚的なタスクを練習し、これは3-4 20分の期間の練習を必要とします。典型的な差別のしきい値は1°-1.5°/秒の範囲である。 2。主題の準備<ol><li>被験者の頭部は、それらが穴スキャナの内側に配置される前に、頭部の動きを最小限に抑えるためにパッドで固定されています。これらの高空間分解能で、fMRIは運動の成果物に特に敏感であるので、頭の安定が重要です。 </li><li>被験者はMRI-の互換性がを与えられている片手にLEのボタンパッドと、どのボタンについてドットの速度についての彼らの判断を示すために押すように指示した。 </li></ol> 3。 SCのローカライズと処方<ol><li>人間のSCは小さいながらも明確な構造であり、中脳の屋根の上に位置する直径約9ミリメートル、。 fMRIのスライスの数が少ないを使用する場合は、複数のローカライザーイメージングシリーズは、その正確なローカライズが必要になります。我々は、矢状軸、および冠状面に沿ってこれらのシリーズを実行します。 </li><li>その後、正確に8から10の連続した​​スライス、厚さ1.2ミリメートル、視野（FOV）、斜め、準軸平面で170ミリメートルでSCを処方するために、これらのローカライザーイメージを使用します。 </li><li>次に、高解像度のT 1重み付け構造の画像は前の機能的なデータを収集し、後に1回に一度3次元（3D）RF-甘やかされて育ったGRASS（SPGR）配列（15°フリップ角、1.2ミリメートルボクセル）を使用して取得されます。これらの画像は、高解像度のstrにfMRIのデータを整列するための基準として使用されているuctural基準ボリュームは、後で記述されていることを別のセッションで得られた。 </li></ol> 4。機能的MRIパラメータすべての画像は、GEが提供する8チャネル、ヘッドコイルを使用して、GE SignaのHD12の3T MRIスキャナを行った。励起は6.4 msのウィンドウ-sinc関数パルスは、スキャナ本体のコイルを使用して適用した。 人間カロライナ州にある1.2mmのサンプリングを得るために、我々は3つのワンショットスパイラル軌道買収6,7を使用しています 。 3ショットは、いくつかの理由で必要とされています。特に、私たちのスキャナとFOVのシングルショットの買収は、&gt; 77ミリ秒、長すぎて、実用的である必要があります。複数のショットは、初期値と位相の線形トレンドを差し引くことにより補正した後に一緒に結合されます。 TEは、取得した最初の2つのボリュームからフィールドマップを推定するための最初のフレームに2ミリずつインクリメントされ、このマップは、線形補正に使用されます。再構築された画像は、〜20のSNRを持っていた。一般的にSCボクセルの時間パワースペクトル生理的なノイズに関連付けられた構造体のほとんどを示した。3ショットの取得の使用は、心臓の脈と呼吸の比較的高い周波数の影響に関する強力なフィルタリング効果があった。他のノイズ低減技術は、この高解像度のコンテキスト内で問題がある。例えば、RETROICOR 6などの遡及訂正方法は、マルチショットデータには適用されません、と心臓ゲーティングは、T 1の平衡の乱れに関連付けられているノイズやアーティファクトが導入されています。 エコー時間、T E = 40ミリ秒は、我々は皮質の灰白質（〜45ミリ秒）で観察された* SC組織（〜60ミリ秒）よりもそれに応じてより長いT 2を測定するため、通常皮質（30ミリ秒）で使用されるよりも長いです。 買収の帯域幅は、当社のスキャナ上の不要な加熱を引き起こすピーク勾配電流を低減する62.5 kHzに制限されています。我々は、TR = 1秒なので、3つのショットを持つボリュームは、すべての3を取得して選択する秒。 5。構造的MRIと3Dモデリング各被験者に単一の独立したセッションでは、I = 450良い組織のコントラストを（3D SPGR、15°Tで調製したフリップ角、反転与えるT 1加重シーケンスを用いた高分解能（0.7ミリメートルのサンプリング）を参照のボリュームを取得するミリ秒、2励起、〜28分の期間、0.7ミリメートルボクセル）。 このリファレンス·ボリュームでは、我々はセグメント中脳、脳幹、及びITK-SNAPアプリケーション2で提供される、自動および手動のテクニックの組み合わせを使用して、視床（ 図2A）の部分の組織。特に、我々は、それぞれの脳幹内のユーザーは、種子複数のポイントを、自動セグメンテーションツールを使用して、ソフトウェアが自動的にコントラストと輝度の基準によって定義された領域内に拘束さシード点の周りにセグメンテーションを展開します。この自動セグメンテーションは、その後の調整です。ED、必要に応じて、マニュアルを使用して、 &quot;ペンキのような&quot;ボクセルツールを提供します。 SCの脳脊髄液組織のインターフェイスは、等濃線サーフェステッセレーションを使用してセグメンテーションから補間され、この初期の表面が変変形表面のアルゴリズム3を使用して 、エイリアシングアーチファクト（ 図2、BとD）を低減するために洗練されている。この表面は、頂点と層流計算のための参照（後述）と同様に機能的なデータを可視化するための手段として使用される外向きの法線ベクトルを提供しています。 6。画像解析 fMRIのデータを分析するために、我々はmrVistaソフトウェアパッケージ（からダウンロードできます使用<a href="http://white.stanford.edu/mrvista.php" target="_blank">http://white.stanford.edu/mrvista.php）</a>と同様に私たちのラボでmrVistaフレームワークで開発ツールを提供します。次のいくつかの手順では、標準mrVistaパッケージツールを使用します。 <ol><li>初期化する空間的にコイルの不均一性の影響を低減するために平均化されたデータの強さを正規化するオプションを選択mrVistaのセッション。正規化は、推定されたノイズの添加剤堅牢な補正を一時的に平均ボリューム·イメージ強度の低域通過フィルタリングされたバージョンで割ることで、同型のメソッドを使用しています。画像の最初の半周期（12秒）一時的なMR平衡と血行動態の影響を避けるために破棄されます。 </li><li>分析ラン内の動きを修正します。運動は、ボリュームの時系列から推定される。しかし、画像の比較的低い信号対雑音比（SNR）のは、まず、時系列に5サンプルボックスカー平滑化を実行します。各ボリュームは、最後の5つのサンプルの平均に登録されています。平滑化のみの運動を推定するために使用されることに注意して、実際のデータが平滑化されていません。 </li><li>各ランのモーション補正画像データの時間平均値を形成し、間に長期の動きUSIを修正するために、これらの平均値を使用ngのリファレンスとして最後に実行。 </li><li>スライスタイミング補正を実行します。我々は、シーケンシャルスライス取得を使用するので、動き補正後のタイミング補正を行うことに起因する誤差は（〜125ミリ）小さくなります。 </li><li> SNRを改善するために、各セッション内に記録された複数の実行の平均。 </li><li>堅牢な強度ベースの登録アルゴリズム8を使用して、参照構造のボリュームにfMRIのセッションからの構造データを揃えます。 mrVistaに整列し、セグメンテーションをロードします。 </li><li>セグメント化された参照ボリュームに機能的な時系列データを変換します。次の手順では、さらなる分析を実行するために私たちの研究室で開発ツールを使用します。 </li><li>各SCの組織ボクセルとSC表面上の最も近い頂点間の距離を計算することによって、距離マップを計算します。これらの距離は、基準容積内の層位置を測定するために使用されます。 </li><li> THを向上させるために時系列データの深さの平均化を有効にするには、層のセグメンテーションプロセスを実行電子SNR。組織の小さい（1.6ミリメートルの直径）ディスクは、全体の表面のSC面に沿ってサーフェスモデルの各頂点に関連付けられ、各ディスクは、個々の層近傍を形成するために局所的な表面の法線を使用して、SC組織から内側と外側の両方を拡張されています4。 </li><li> SCの表面上の各点について、我々は指定された深さ範囲で時系列を平均化するために、これらの層の関連付けを使用しています。以来、視覚的に反応するニューロンは、視覚刺激実験のために我々は0〜1.8ミリメートルの深さの範囲を使用する、サウスカロライナ州の浅層に主に存在しています。 </li></ol> 7。地形マッピング解析データの地形表現を分析するため、コヒーレンス解析は、各ボクセルに対して刺激の繰り返し周波数で正弦波（すなわち、前述した24秒の刺激のために1月24日Hz）をフィッティングすることにより、深さ平均の時系列上で実行されます。この近似から、我々はresponの表面マップを導出するSE振幅、コヒーレンス、位相。この分析は、周波数領域で行われ、視覚野9,10の網膜マップを定量化する一般的なテクニックです。 正弦波近似の位相は、刺激の位置を測定します。零相は上部垂直子午線（ 図3）に対応しています。刺激は、その後、時計回りそうπ/ 2位相を回転させる刺激が右視野の水平子午線に回転したときに対応しています。位相のπラジアンの後に、刺激は左視野に交差する、などです。 また、高分解能T1強調ボリュームの解剖学のマニュアル検査を使用して、SCの全体の表面的な範囲の境界を取得しました。これらの境界は、 図にマークされています。赤の破線で3。 fMRIは直接神経活動を測定するのではなく、しっかりとある血流応答が緩慢に結合していません神経活動へ。これは、位相応答に血行動態の遅延を追加します。遅延は、各SCの関心領域から我々のコヒーレンス閾値を超えるすべてのボクセルを取って、複素平面上でπの周りに彼らの手段を中心としたことによって推定されています。私たちのSCのデータでは、これらの遅延は2-4秒のオーダーで、かなり小さいものです。我々は、カラーマップの45度（3秒に相当する）（ 図3）で反時計回りに回転させることにより、この遅延を削除します。 8。代表的な結果 SC（ 図3）の3Dの表面に重ね合わせ、位相データは、視覚刺激への応答がSC、すなわち、左視野は右SC上で表され、逆もまた同様でcontralaterally表されることを示しています。 活性の網膜組織もあります。右上部の視野は、左丘（ブルーマゼンタ）の内側に表現され、下位フィールド（赤、黄）横方向に表されます。 Similアルリー、左上の視野は（黄緑色）横方向に表されますが、右側丘（青シアン）と下部で内側に表されます。 シングルユニット電気生理学を用いた視覚刺激に）1、2）微小刺激誘発性眼球運動11,12のマッピング：この地形は、SCの応答の非ヒト霊長類研究の結果と一致している。 <img alt="図1" src="/files/ftp_upload/3746/3746fig1.jpg" /> 図1。半ばサジタル像に見て）スライスの処方箋。 B）機能画像の時間平均値は、（1ランから））に赤色でマークされた中央のスライスから得られた。 <img alt="図2" src="/files/ftp_upload/3746/3746fig2.jpg" /> 図2極座標角地形刺激。固定の周りをゆっくり回転させた灰色​​の背景に黒と白のドットを移動する90°のウェッジ。ウェッジは6美術品の配列に分割した被験者はランダムに選ばれた分野での速度弁別タスクを実行できるようにするためのアル·セクター（灰色の線は、セクターを強調するために追加されました）。 <img alt="図3" src="/files/ftp_upload/3746/3746fig3.jpg" /> 図3。セグメンテーションとサーフェスモデリング。 A）中脳、脳幹、視床との部分は高解像度のMRI解剖ボリュームから分割されました。 B）表面は、分割領域の端で作成されました。 C）正弦波フィット位相データは、面内のスライス（コヒーレンス&gt; 0.25）で表示。 D）脳幹表面モデルの回転や拡大図は、SC上の位相データを視覚化するために使用されていました。 <img alt="図4" src="/files/ftp_upload/3746/3746fig4.jpg" /> 図4：極座標の角度にマッピングされます。視覚的な極角をエンコードする2つの科目でfMRIの位相マップ。各マップの一貫性のしきい値は、右下で提供されています。カラーホイールは、pの刺激のオーバーレイの段階を関連付ける彼らの視野位置にOLAR角度。

<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>

利害の衝突が宣言されません。

私たちの取得とデータ解析技術は、高分解能（1.2mmのボクセル）で皮質下の人間の脳構造の神経活動の測定を可能にします。 3ショットスパイラルの買収は、脳の周りfMRIの測定に特に有害である生理的なノイズを低減します。さらに、組織の我々の層のセグメンテーションは、私たちは、SNRを向上させることができ、データの深さの平均を実行することができます。我々は視覚刺激と人間のSC 1の秘密の視覚的注意の正確な極角地形図を表示するためにこれらのメソッドを使用しています。層分割は、実験制御1の下で異なる機能的活性の深さプロファイル分析を可能にします。 私たちのイメージング法は、ヒトの皮質下構造で神経科学の実験のための新しい道を開く。これらのメソッドは、investi、例えば、ヒトの皮質下の領域での動物で行わ微規模な研究の翻訳を有効にすることができますそのような下丘および蝸牛神経核13-15、またはそのような枕16,17として視床核における視覚的および多感覚応答などの構造における聴覚応答のゲー組織。最後に、これ...

人間の中脳の高解像度機能的磁気共鳴画像法

High-resolution Functional Magnetic Resonance Imaging Methods for Human Midbrain

機能的MRI（fMRI）は、非侵襲的ヒト脳活動の相関を測定するために広く使われているツールです。しかし、その使用は主に大脳皮質の表面ではなく、そのような中脳および脳幹などの皮質下の領域で活性を測定する際に注目されている。空間分解能および生理学的ノイズ：皮質下のfMRIのは、2つの課題を克服しなければなりません。ここでは、人間のSC、中脳の背側表面上の構造で高解像度のfMRIを実行するために開発された技術の最適化されたセットを記述する。方法は、イメージの他の脳幹と皮質下の構造に使用することができます。 SCの高分解能（1.2mmのボクセル）fMRIは非従来型のアプローチが必要です。希望の空間サンプリングは、マルチショット（インタリーブ）スパイラル取得1を使用して取得されます。以来、* SC組織のT 2は、それに応じてより長いエコー時間（T E〜40ミリ秒）を最大に使用され、皮質のより長い機能的なコントラストを高くなっています。 SCの完全な範囲をカバーするために、8月10日スライスが得られる。各セッションのFMRIと同じスライス処方箋との構造的解剖学はまた、高解像度のリファレンス·ボリュームに機能データを整列するために使用され、取得されます。 別のセッションで、各被験者に対して、我々は良い組織のコントラストを与えるT 1加重シーケンスを用いた高分解能（0.7ミリメートルのサンプリング）を参照ボリュームを作成します。リファレンスボリュームで、中脳領域がITK-SNAPソフトウェア·アプリケーション2を使用してセグメント化されています。このセグメンテーションは3つのスムーズかつ正確である中脳の三次元表面の表現を作成するために使用されています。面の頂点と法線は、組織4内脳表面からの深さのマップを作成するために使用されます。 機能的なデータがセグメント化された基準ボリュームの座標系に変換されます。ボクセルの深さの関連信号品質を向上させるために指定された深さの範囲内でfMRIの時系列データの平均化を有効にしてください。データは可視化のための3D表面にレンダリングされます。 私たちの研究室では視覚刺激とSC 1内の秘密とあからさまな視覚的注意の地形図を測定するためにこのテクニックを使用しています。例として、私たちはサウスカロライナ州の視覚刺激に極角の地形表現を示しています。

この資料では、3Tのスキャナを用いたヒト脳および皮質下構造で1.2mmのサンプリングで高解像度の機能的磁気共鳴イメージングを実行するテクニックについて説明します。例として、与えられた人間の上丘（SC）における視覚刺激の地形図を解決するためにこれらの技術の使用。

機能的磁気共鳴画像法（fMRI）は、ヒトの脳活動の相関を非侵襲的に測定するためのツールとして広く用いられています。しかしながら、その活用は主に……に重点が置かれてきました。

この手順の全体的な目的は、ヒトの中脳および脳幹において高解像度のfMRI信号を測定することです。これは、まず被験者に適切な視覚刺激を提示し、次に最適なfMRI設定を用いることで達成されます。手順とパラメータを用いてデータを収集し、標準的な解析手法と表面ベースの解析手法を組み合わせてデータを分析します。最終ステップとして、可視化のためにデータを3D表面表現にオーバーレイします。最終的に、高解像度fMRIを用いて、ヒトの上丘における視覚刺激に対する極角のトポグラフィック表現を示します。皮質下構造に関する既存の手法に対する本技術の主な利点は、高解像度fMRIに伴う低い信号対雑音比を克服しつつ、高解像度を実現できる点にあります。これは、特殊な画像解析および収集技術を用いることで可能となります。本手法は特にヒトの上丘における機能イメージングのために設計されましたが、外側披質核、下丘、または視床下核などの他の皮質下領域にも適用可能です。上側 Colus において極角の網膜部位マップを取得するために、まず刺激として 90 度のくさび形の移動ドットを用いた機能的パラダイムを設定します。刺激は 3 つの仮想セクターによって 2 つに分割されており、各試行においていずれか 1 つのセクター内のドットが、他のすべてのドットよりも遅く、あるいは速く移動するようにランダムに選択されます。ここでは、中央左セクターのドットが他のセクターのドットよりも速く移動している試行の例を示します。各試行の後、ウェッジは固定点を中心に30度ずつ回転し、刺激は24秒の周期で1サイクルを完了します。1ランは刺激の9.5回転で構成され、スキャン前に16～18ランの実験セッションを行う必要があります。各被験者に、2秒間の各試行における視覚タスクの練習を行わせてください。被験者に対し、注視点を維持したまま、密かにウェッジに注意を向け、速度識別タスクを行うよう指示します。ボタン押しによって、スキャン開始前に、あるセクター内の点が他のセクターよりも速く動いているか、あるいは遅く動いているか而被験者に回答させます。標準的なMRI安全手順に従ってください。被験者をスキャナーテーブルに配置し、頭部にRFコイルを装着します。次に、頭部の動きを最小限に抑えるため、フォームパッドで被験者の頭部を確実に固定します。特に本研究で用いるような高空間分解能では、fMRIはモーションアーチファクトに非常に敏感であることを説明してください。また、片手にMRI適合のボタンパッドを配置し、タスク中にどのボタンを押すべきかについて指示を与えます。刺激はディスプレイ画面に投影され、コイルに取り付けられたミラーを用いて視認されます。ヒトの上丘は、中脳の背側に位置する直径約9 mmの小さくも明瞭な構造であり、正確に位置を特定するには複数のローカライザ

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

Research

JoVE Journal

Neuroscience

神経科学

技術が広くマイクロバブルと超音波を用いたマウスにおける血液脳関門を開くために記述されています。このテクニックを使用して、マンガンは、マウスの脳に投与することができる。マンガンは脱分極の神経細胞に蓄積するMRI造影剤であるため、このアプローチは、神経活動のイメージングを可能にします。...

超音波血液脳関門の破壊とマンガン増強MRIを用いた脳機能イメージングの試み

出典: Shafi, M. M., et al. てんかん患者における接続性関連の脳興奮性を評価するためのマルチモーダルイメージングおよび刺激ベースの方法。J. Vis. 経験。 (2016年)このビデオでは、経頭蓋磁気刺激 (TMS) と脳波検査 (EEG)...

経頭蓋磁気刺激と脳波検査による脳の過興奮性の評価

このプロトコルは、齧歯類における同時機能的磁気共鳴画像法及び深部脳刺激のための標準的な方法を記載している。これらの実験のツールを併用することは事実上すべての脳のターゲットに電気的刺激に反応して世界的な下流の活動の探査が可能になります。...

げっ歯類での同時のfMRIと脳深部刺激

この原稿の目標は、MRIを使用して海馬と海馬のサブフィールドを研究することです。この原稿では、海馬と5つの海馬下部構造(cornu ammonis(CA)1、CA2 / CA3、CA4 /dentate gyrus、strata...

高解像度インビボ 3T磁気共鳴画像を用いたヒト海馬サブフィールドのためのマニュアルセグメンテーションプロトコル

ここでは、皮質下構造を解決し、LGNの個々の層が生理学的ノイズなしで解決できるかどうかをテストするために、登録および平均化する必要がある最小数の画像を決定するためのプロトコルを提示します。...

ヒト皮質下の高分解能構造磁気共鳴イメージング<I&gt;インビボ</I&gt;と死後

このプロトコルは、光遺伝学的機能的磁気共鳴画像法(ofMRI)を成功させるために必要なステップとデータ分析を説明しています。ofMRIは、高磁場fMRIの読み出しと光遺伝学的刺激を組み合わせた新しい技術であり、機能的な神経回路とそのダイナミクスを生きた脳全体にわたって細胞タイプ特異的にマッピングすることを可能にします。...

光遺伝学機能MRI

このプロトコルは、機能的超音波(fUS)を用いたマウス脳における容積脳血力学的変動の定量化を記述する。感覚刺激に続く3D機能活性化マップの手順と安静状態機能接続性は、麻酔および覚醒マウスにおける例示例として提供される。...

経頭蓋機能超音波画像を用いたマウスにおける脳全体3D活性化と機能結合性マッピング

このプロトコルは、黒質のニューロメラニン感受性磁気共鳴画像データを取得する方法を示しています。...

黒質のニューロメラニン感受性磁気共鳴イメージングのための標準化されたデータ取得

この論文は、人間の脳における空間ナビゲーションのための機能的ネットワークを調査するための統合的アプローチを提示します。このアプローチには、大規模なニューロイメージングメタ分析データベース、安静時機能磁気共鳴画像法、ネットワークモデリング、グラフ理論技術が組み込まれています。...

ヒト脳における空間ナビゲーションのための機能的ネットワークのモデル化

私たちは、一般的に使用されているよりも多くの視野を利用して視覚野機能をマッピングする技術を開発しました。このアプローチは、視力障害や眼疾患の評価を高める可能性を秘めています。...

広視野網膜トピック刺激による視覚野の機能的磁気共鳴画像法(fMRI)

学ぶ高解像度fMRI法による人間中脳と脳幹の機能イメージング。視覚刺激を用いて上丘のトポグラフィックマッピングを実現し、神経科学研究の新たな洞察を提供します。

人間の中脳の高解像度機能的磁気共鳴画像法

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