fMRI 및 확산 텐서 영상을 사용하여 자폐증의 브레인을 탐색

다음 실험의 전반적인 목표는 자폐증에서 사회적 인지에 중요한 뇌 영역 간의 연결을 조사하는 것입니다. 자폐증이 있는 소아와 성인 모두의 뇌에 대한 기능적 MRI 및 확산 텐서 이미징을 사용하여 적절한 FMRI 실험을 설계한 다음 자폐증 참가자를 모집함으로써 이를 달성할 수 있습니다. 참가자는 품질, 기능 및 구조적 뇌 이미지를 얻기 위해 절차에 대해 적절하게 준비되어야 합니다.

기능 실험은 미리 정의된 작업을 수행하는 동안 MRI 스캐너에서 참가자에게 제공됩니다. 획득한 MR 이미지는 각 실험에 대해 상대적으로 많은 양의 데이터를 생성합니다. 획득한 신경 영상 데이터는 실험실의 컴퓨터 서버로 전송된 다음 사전 처리되고 모델을 생성하여 통계 분석을 받습니다.

기본적인 뇌 활성화 분석 외에도 자폐증 및 통제 참가자의 기능적 및 해부학적 연결성을 조사합니다. FMRI입니다. 자폐증 환자에서 사회적 인지 중 활성화가 감소하고 기능적 연결성이 약함을 보여주는 결과가 얻어졌습니다. 또한 DTI 데이터 분석은 자폐증에서 비정상적인 백질 무결성을 나타냅니다.

이 방법은 자폐 스펙트럼 장애에서 뇌 조직 및 뇌 기능에 관한 중요한 질문에 답할 수 있으며 언젠가는 가능할 것입니다. 이것은 자폐증에 대한 신경학적 표지를 식별하는 것으로 이어질 수 있습니다. 이 기술의 함의는 자폐증 치료로 확장되는데, 뇌 영역 간의 변경된 연결을 식별하는 것이 이러한 연결을 복구하는 새로운 치료법을 개발할 수 있기 때문입니다.

따라서 이 방법은 자폐증 환자의 뇌를 평가하는 데 사용될 수 있지만, 다른 신경 발달 장애를 살펴보는 것과 같은 다른 기술에도 사용될 수 있으며, 자폐증이 있는 어린이에게 MRI 스캐너를 소개하는 것은 시끄러운 환경이기 때문에 자폐증이 있는 어린이에게 소개하기 어렵기 때문에 일반적인 뇌가 어떻게 발달하는지 확인할 수 있습니다. 그것은 조밀하고 잠재적으로 밀실 공포증을 유발할 수 있는 공간이며, 그것은 새로운 환경입니다. 이 방법의 시각적 시연은 자폐증이 있는 아동을 준비시키는 데 중요합니다.

FMRI의 경우 스캔이 어려울 수 있으며 자폐증이 있는 많은 사람들은 일반적으로 시각적 사고를 하는 사람들입니다. 이 절차를 시연하는 것은 제 연구실의 대학원생인 Donna Murdo, Lauren Libro, mark Pennick 및 Heather Wadsworth입니다. 연구에 등록하기 전에 잠재적 참가자와 어린이 피험자의 경우 가족에게 먼저 전화로 연구에 대해 브리핑해야 합니다.

여기에는 참가자가 연구의 포함 기준을 충족하는지 확인하기 위한 선별 검사도 포함되어야 합니다. 자격이 있는 경우, 잠재적 참가자는 참가자와 연구원 및 이미징 센터에 적합한 날짜와 시간에 MRI 스캔을 위해 모집되어야 합니다. 피험자에게 MRI 스캔 절차에 대한 사회적 이야기의 사본과 스캐너 소음이 녹음된 CD를 보냅니다.

어린이의 경우 스캔 날짜 전에 연구 절차를 더 잘 이해하고 피험자가 MRI 환경에 더 익숙해지도록 부모와 함께 이를 검토해야 합니다. 참가자와 가족이 이미징 센터에 도착하면 인사를 하고 연구 및 실험 절차에 대한 질문에 답합니다. 그런 다음 사전 동의를 얻기 전에 IRB 문서를 검토하십시오.

다음으로, 참가자를 조용한 방으로 데려가 IQ, 언어 능력 및 손재주를 포함한 신경 심리학적 테스트를 실시합니다. 그런 다음 참가자가 실험에 익숙해지기 위해 노트북 컴퓨터에서 연구 패러다임의 짧은 버전을 연습하도록 합니다. 모든 테스트와 연습이 완료되면 참가자를 모의 MRI 스캐너로 데려가 MRI 스캔 절차에 대한 시뮬레이션 경험을 제공합니다.

또 다른 준비 단계는 이미징 센터의 MRI 스캐너를 쉽게 제거할 수 있는 스티커와 동물 및 만화 캐릭터 이미지로 장식하여 스캔 환경을 보다 어린이 친화적으로 만드는 것입니다. 참가자가 이미징 센터로 돌아오면 잠시 휴식을 취한 다음 MR 안전 설문지를 작성하도록 합니다. 스캐닝실에 들어가기 전에 모든 소지품을 사물함에 넣은 다음 신체에 금속이 있는지 검사하십시오.

스크리닝이 완료되면 참가자를 스캔실로 데려가 스캐너 침대에 앉히고 귀마개와 헤드폰을 제공한 후 스캐너 침대에 눕힙니다. 그런 다음 MRI 기공사는 참가자의 머리에 다채널 헤드 코일을 놓고 부착된 거울을 조정하여 컴퓨터 화면에 표시된 이미지를 볼 수 있도록 해야 합니다. 다음으로, 참가자를 담요로 덮고 FMRI 작업 중에 왼손과 오른손이 사용할 수 있는 응답 상자를 제공합니다.

또한 비상 스퀴즈 볼을 손이 닿는 곳에 놓아 피험자가 스캐너 밖으로 나오고 싶은지 신호를 보낼 수 있도록 합니다. 마지막으로, MRI 기공사는 스캐너 베드를 스캐너 볼로 전진시키고 스캔을 시작하기 전에 피험자가 편안한지 확인합니다. 기술자는 먼저 참가자의 머리가 올바른 위치에 있는지 확인하기 위해 Localizers를 획득하여 스캔 세션을 시작합니다.

그런 다음 고해상도 구조 스캔을 획득하여 공동 등록 및 정규화에 사용합니다. 피험자를 즐겁게 하기 위한 후속 분석에서 연구원은 이 스캔 중에 참가자에게 동영상 클립을 제시할 수 있습니다. 다음으로, 사용된 스캐너 및 펄스 시퀀스에 적합한 이미징 매개변수를 설정합니다.

연구자는 기능적 이미징을 위해 절편을 처방하는 데 기술자를 도와야 합니다. 여기에서 17개의 5mm 슬라이스가 전체 뇌를 최대한 커버할 수 있도록 비스듬한 축면에 규정되어 있습니다. 이제 마이크를 통해 말하여 실험이 곧 시작된다는 것을 알리고 실행할 작업에 대한 지침을 제공합니다.

또한 스캐너의 트리거로 시작하도록 동기화해야 하는 컴퓨터에서 실험 작업을 엽니다. 참가자는 버튼을 눌러 실험을 시작해야 하며, 정적 및 동적 시각적 자극을 포함한 실험 작업을 시작할 준비가 되었을 때 스캔해야 하며, 여기에서 청각 자극을 볼 수 있으며, ePrime 소프트웨어를 통해 표시되고 프로그래밍할 수 있습니다. 참가자의 응답이 기록되고 컴퓨터 화면에 표시될 때 참가자의 응답을 모니터링해야 합니다.

첫 번째 실험이 끝나면 참가자와 대화하고 작업 수행 및 머리 움직임에 대한 피드백을 제공하고 다음에 실행될 실험을 준비합니다. 모든 FMRI 실험이 완료되면, 연구자는 피험자에게 약 12분 동안 가만히 누워 있도록 지시해야 하며, DTI 스캔이 획득되면 영화의 한 부분을 오락용으로 다시 보여줄 수 있습니다. 모든 스캔이 완료되면 참가자를 스캐너 밖으로 데리고 나가 사물함에 넣었을 수 있는 소지품을 회수할 수 있도록 합니다.

그런 다음 간단한 브리핑 세션을 위해 조용한 방으로 안내하십시오. 디브리핑 세션 중에 참가자에게 스캐너에 대한 자신의 성과, 작업의 난이도에 대한 피드백, 발생할 수 있는 문제나 우려 사항에 대해 질문합니다. 또한 피험자가 연구에 참여한 것에 대해 감사를 표해야 합니다.

한편, MR. 기술자는 획득한 모든 MRI 및 DTI 데이터를 HIPAA 보호 컴퓨터 네트워크에 업로드해야 합니다. 그런 다음 연구원은 나중에 암호로 이 네트워크에 로그인하여 데이터에 액세스하고 연구 서버로 데이터를 전송할 수 있습니다. 분석하기 전에 획득한 데이터는 이미지 헤더에서 이름 및 생년월일과 같은 식별 가능한 정보를 제거하여 익명화해야 합니다.

그런 다음 데이터를 멋진 이미지 형식으로 변환하여 기능 처리를 시작합니다. 데이터의 사전 및 사후 처리는 모두 통계적 파라메트릭 매핑 또는 SPM eight와 같은 소프트웨어를 통해 수행할 수 있습니다. 그런 다음 주어진 작업에 대한 기능적 연결성은 먼저 관심 영역을 그리고 각 참가자의 각 ROI에서 FMRI 신호 시간 코스를 추출하여 측정해야 합니다.

그런 다음 한 ROI의 신호를 다른 ROI로 상호 연관시킵니다. 획득한 DTI 데이터 및 FSL 소프트웨어를 사용하여 해부학적 연결성을 검사할 수도 있습니다. 이러한 소프트웨어를 사용한 예비 분석은 뇌 속의 수분 확산을 검사하고 이를 백질 무결성의 지표로 사용합니다.

추가 분석에는 요로 방향 및 구조에 대한 세부 정보가 추론되는 백질 트랙토그래피가 포함될 수 있습니다. 여기서, 대표적인 기능지도는 문장 이해와 같은 전형적인 언어 과제에서 볼 수 있듯이 증가된 활성화로 볼 수 있습니다. 활성화는 좌측 하전두회(lower frontal gyrus)와 좌측 후측두회(left posterior superior temporal sulcus)에서 나타나며, 양측 후측두엽 sulci 활성화가 증가하며, 정신 상태가 귀속되는 동안 신경 전형적 참가자에서 볼 수 있습니다.

다른 사람들에게는 이러한 맵이 0.05 미만의 임계값 P 값으로 FWE로 수정됩니다. 여기에서 우리는 자폐증이 있는 참가자의 사회적 인지 과제에서 얻은 데이터를 볼 수 있는데, 이는 기능적 연결성이 현저히 감소하여 전두엽과 측두엽 영역 간의 뇌 활성화의 동기화가 입증되었음을 나타냅니다. 마지막으로, 이 그림은 측두엽에서 측두정접합부(temporal parietal junction)로 진행되는 백질 섬유 다발을 보여주는 DTI tractography 결과를 보여줍니다.

tractography의 초기 시작점은 연령이 일치하는 일반적인 대조군 참가자와 비교할 때 자폐증이 있는 젊은 성인에서 FA 값이 현저히 작은 것으로 추적 기반 공간 통계에 의해 식별된 ROI였습니다. 소아 신경 영상은 특히 자폐증이 있는 어린이의 경우 매우 어려울 수 있지만 충분한 연습과 준비를 통해 이러한 스캔 기술을 성공적으로 수행할 수 있습니다. 모든 참가자, 특히 어린이와 함께 MRI 스캔을 시도할 때 실험실의 경험이 즐겁고 긍정적인 경험인지 확인하는 것이 중요합니다.

이 절차에 따라 얻은 데이터는 신경 과학 관련 질문에 답하는 데 사용할 수 있습니다. 또한 올바른 가설과 분석을 통해 이 정보를 사용하여 뇌뿐만 아니라 뇌와 행동 간의 관계에 대해서도 배울 수 있습니다. MRI 스캔 프로세스는 움직임에 매우 민감하다는 것을 잊지 마십시오.

또한 절차가 완료되기 전에 참가자의 주머니와 신체에 있는 모든 금속을 제거하기 위한 예방 조치를 취해야 합니다. 이 비디오를 시청한 후에는 일반적으로 어린이와 자폐증과 같은 발달 장애가 있는 어린이를 연구하기 위해 신경 이미징을 성공적으로 사용하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다.