휴지 상태 fMRI에서 시각 피질의 지역 균질성 및 기능적 연결성 매핑

요약

우리는 결합된 지역 균질성 및 기능적 연결성 방법을 사용하여 색소성 망막염 환자의 자발적 신경 활동 변화를 조사하기 위해 기능적 자기 공명 영상 데이터를 분석하는 프로토콜을 제시합니다.

초록

비침습적 기능적 자기 공명 영상(fMRI) 방법의 일종인 결합된 국소 균질성(ReHo) 및 기능적 연결성(FC) 방법이 결합되어 색소성 망막염(RP)의 동기 신경 활성 변화를 평가하는 데 사용되었습니다. 이 연구의 목적은 RP 환자의 신경 활동 변화의 지역 내 및 지역 간 동기화를 분석하는 방법을 설명하는 것입니다. ReHo 및 FC 방법을 결합한 것의 장점은 비침습적이고 생체 내에서 대뇌 동기 신경 세포 활동의 변화를 조사할 수 있을 만큼 충분히 민감하다는 것입니다. 여기에서 연령, 성별 및 교육 수준이 밀접하게 일치하는 16명의 RP 환자와 14명의 건강한 대조군이 휴식 상태 fMRI 스캔을 받았습니다. 그룹 간에 ReHo와 FC를 비교하기 위해 두 개의 표본 t-검정을 수행했습니다. 본 연구의 결과는 RP 환자에서 망막-시상피질 경로와 등쪽 시각 흐름의 시각적 네트워크 단절과 재편성이 발생했음을 보여주었습니다. 여기에서는 이 방법의 세부 사항, 사용 및 주요 매개변수의 영향을 단계별로 설명합니다.

서론

기능적 자기공명영상(fMRI)은 생체 내에서 뇌 기능 및 구조의 변화를 조사하는 데 사용할 수 있는 비침습적 방법입니다. 지역 동질성(ReHo) 및 기능적 연결성(FC)은 종종 뇌 활동의 지역 내 및 지역 간 동기화를 평가하는 데 사용됩니다. 휴지 상태 fMRI 방법론인 ReHo는 주어진 복셀의 시계열과 가장 가까운 이웃 사이의 유사성을 계산하는 데 사용되며, 이는 뇌 활동의 국소 동기화를 반영합니다¹. FC는 공간적으로 멀리 떨어진 지역 시계열² 간의 유사성을 조사하는 데 사용됩니다.

fMRI 기술은 안과 질환 관리의 맥락에서 시각 기능에 대한 객관적인 평가를 제공할 수 있습니다. 여기에서는 이러한 경험을 공유하고 전문 지식의 보급을 지원하기 위해 ReHo와 FC 방법을 결합한 방법론적 프로토콜을 제시합니다. 본 연구에서는 절차의 세부 사항을 정교화하기 위해 색소성 망막염(RP) 피험자와 건강 대조군(HC)에 ReHo 및 FC 프로토콜을 사용했습니다. RP는 야간 시력 장애와 점진적인 시력 상실을 특징으로 하는 심각한 유전성 안과 질환입니다 ^3,....

프로토콜

이 연구 프로토콜은 우한대학교 인민병원(Renmin Hospital)의 의료윤리위원회(Medical Ethics Committee)의 승인을 받았다. 모든 참가자는 서면 동의서를 작성했습니다.

1. 참가자 분류 및 심사

1. 연령, 성별 및 교육이 밀접하게 일치하는 RP 과목 및 HC를 등록하십시오.
2. 모든 참가자가 다음 기준을 충족하는지 확인하십시오: 1) MRI 스캐너로 스캔할 수 있음(예: 심장 박동기 또는 이식된 금속 장치가 없어야 함). 2) 밀실 공포증이 없습니다. 3) 심장병, 고혈압, 뇌질환이 없는 경우

2. fMRI 데이터 수집

참고: 이 프로토콜에는 8채널 헤드 코일이 있는 3T MRI 스캐너가 사용됩니다.

1. 각 참가자에게 최종 안전 점검 후 MRI 스캐너실에 들어가기 전에 금속 물체를 제거하도록 요청합니다.
2. 참가자에게 침대에 눕도록 지시하고 안와선이 침대와 수직이 되도록 합니다. 그런 다음 머리의 양측 측두 부위에 폼 패드를 놓아 머리의 움직임을 방지하고 귀마개를 제공하여 스캐너의 소....

결과

본 연구에서는 연령, 성별 및 교육 수준이 밀접하게 일치하는 16명의 RP 개인과 14명의 건강한 대조군이 휴식 상태 fMRI 스캔을 받았습니다. ReHo 및 FC 방법을 사용하여 RP 개인의 내부 및 상호 동기 뉴런 활동을 탐색했습니다. BCVA는 오른쪽 눈(P < 0.001)과 왼쪽 눈(P < 0.001) 간에 유의한 차이가 관찰되었으나, 두 그룹 간의 성별, 연령 또는 체중의 차이는 유의하지 않았다.

RP 및 HC는 ReHo 맵에서 유사한 공간 분포를 보여줍니다. 그러나 RP 환자에서 가시 영역의 ReHo 값은 대조군보다 현저히 낮았습니다(그림 3A, B). HC와 비교했을 때, RP 개체의 ReHo 값은 HC에 비해 양측 LGG/CPL(BA 17,18)에서 유의하게 낮았다(그림 4 및 표 1)(양.......

토론

이 보고서는 RP 및 HC 그룹에 대한 ReHo 및 FC 값을 계산하기 위한 프로토콜을 설명하고 두 그룹 간에 ReHo 및 FC 값이 크게 다르다는 것을 보여주었습니다. 특히 이 과정에서 중요한 단계는 실험 전에 샘플을 분류하고 선별하는 것입니다. 이 프로토콜을 자체 분석에 적용했을 때, 모든 RP 피험자는 두 명의 경험 많은 안과 의사에 의해 진단되었습니다. 녹내장, 백내장, 시위축과 같은 다른 안과 질환이 있는 RP 환자는 제외했다. 또한, 본 연구에 등록된 HC는 심장 질환, 뇌 질환 또는 고혈압이 없습니다. 그 결과, RP 참가자에서는 시각 피질과 운동 피질 사이의 시각 피질과 FC의 ReHo 값이 현저히 감소했으며, 시각 피질과 시상 사이의 FC도 증가한 것으로 나타났습니다. Qin 등은 RP 환자가 V1에서 FC 밀도가 감소했음을 입증했으며, 이는 본 연구 결과와 일치합니다. ¹⁰ 이러한 발견은 망막-시상피질 경로와.......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
BrainNet Viewer 소프트웨어	National Key Laboratory of Cognition Neuroscience and Learning, BNU	BrainNet Viwer 2013	BrainNet Viewer는 구조적 및 기능적 연결 패턴을 시각화하는 뇌 네트워크 시각화 도구입니다
DPABI 소프트웨어	Institute of Psychology, CAS, Beijing, China	DPABI 4.3	DPABI는 뇌 영상의 데이터 처리 및 분석을 위한 도구 상자입니다.
MATLAB	MathWorks, Natick, MA, USA	2013a	MATLAB은 알고리즘 개발, 데이터 시각화, 데이터 분석 및 숫자 계산을 위한 고급 기술 컴퓨팅 언어이자 대화형 환경입니다.
MRI 스캐너	GE Healthcare, Milwaukee	MRI 3.0
SPM 소프트웨어	Wellcome Centre for Human Neuroimaging, UCL	SPM8	SPM8은 SPM 소프트웨어의 주요 업데이트로, 이전 버전에 비해 이론적, 알고리즘적, 구조적 및 인터페이스가 크게 개선되었습니다.
SPSS	IBM, 미국 일리노이주 시카고	SPSS 버전 20.0	SPSS 소프트웨어 플랫폼은 고급 통계 분석, 텍스트 분석, 오픈 소스 확장성, 빅데이터와의 통합 및 애플리케이션으로의 완벽한 배치를 제공합니다.