Co-analyse van hersenstructuur en functie met behulp van fMRI en Diffusie-gewogen beeldvorming

Het algemene doel van het volgende experiment is om tegelijkertijd hersenstructuur en -functie te analyseren met behulp van magnetische resonantiebeeldvorming. Dit wordt bereikt met behulp van MRI met hoog veld om de structuur van het witte hersenweefsel te beeldvormen met behulp van diffusiespectrumbeeldvorming of DSI en om de hersenfunctie te meten met bold FMRI. De DSI-gegevens worden vervolgens verwerkt om multi-directionele diffusieschattingen te produceren op elk punt in de hersenen.

Bovendien worden de FMRI-gegevens geanalyseerd om regio's van interesse te produceren voor het genereren of selecteren van virtuele witte hersencellen. Vervolgens worden de regio's van interesse uitgelijnd met de DSI-gegevens, zodat functionele en structurele gegevens zich in een gemeenschappelijke beeldruimte bevinden. Ten slotte wordt tractografie uitgevoerd op diffusie-gegevens om witte hersenweegselpaden te schatten die functionele regio's van interesse verbinden. Er worden resultaten verkregen die de mate van anatomische connectiviteit tussen hersengebieden tonen die naar verluidt functioneel verbonden zijn.

Op basis van FMRI-taakgegevens. Recente convergerende bewijzen hebben gesuggereerd dat complexe cognitieve operaties worden uitgevoerd door netwerken van veel hersengebieden die samenwerken in plaats van een enkele eenheidsgebied. Om deze computationele systemen volledig te specificeren, is het noodzakelijk om de relatie tussen hun functionele en structurele eigenschappen te begrijpen door functionele MRI te combineren.

Met diffusie gewogen MR-beeldvorming kan men de netwerkconnectiviteit onderzoeken en hoe dit leidt tot gecompliceerd menselijk gedrag. Het belangrijkste voordeel van deze diffusie-MRI-pijplijn boven standaardmethoden zoals diffusie tensorbeeldvorming is dat de combinatie van hooghoekige resolutie diffusie gewogen beeldvorming en modelvrije reconstructie ons in staat stelt complexe vezelconfiguraties in de hersenen beter op te lossen. De implicaties van deze techniek strekken zich uit tot de karakterisering van neuropsychologische aandoeningen.

Bijvoorbeeld congenitale prosopagnosie waarbij individuen een beperking in gezichtsherkenning vertonen. Met behulp van standaard diffusie-MRI is aangetoond dat witte hersencellen proximale tot gezichtsverwerkingsgebieden zijn afgenomen in vergelijking met normale controles. Door structurele en functionele MRI te combineren, kan men structurele tekortkomingen in vezels identificeren, specifiek het verbinden van knooppunten in het gezichtsverwerkingsnetwerk.

Deze methode kan ook worden toegepast in klinische context, zoals neurochirurgische planning. Chirurgen gebruiken functionele mapping om grijze hersenweefsel te identificeren die geassocieerd is met belangrijke cognitieve functies om incidentele schade tijdens de operatie te minimaliseren. Met aanvullende structurele informatie zoals diffusie gewogen beeldvorming, kunnen ze ook de schade aan kritische witte hersenweefselstructuren die deze functionele gebieden verbinden minimaliseren.

Over het algemeen zullen individuen die nieuw zijn met deze methode worstelen met het feit dat er geen enkele softwarepakket bestaat om alle noodzakelijke stappen van de procedure uit te voeren. Daarom moeten gebruikers tussen meerdere programma's bewegen terwijl ze een gemeenschappelijk beeldformaat behouden met consistente oriëntatie en uitlijning. Ons protocol bevat gedetailleerde instructies om gebruikers door dit proces te leiden.

Analyses van dit type die structuur en functie in combinatie beschouwen, zijn een natuurlijke uitbreiding van functionele beeldvormingsexperimenten die Coved hersengebieden hebben geïdentificeerd. Bij taken van belang hebben de meeste eerdere benaderingen geen informatie kunnen verstrekken over structurele connectiviteit, en dat is wat we toevoegen in onze aanpak hier In dit protocol. Een Siemens drie Tesla-scanner wordt gebruikt om een diffusiespectrumbeeldvorming of DSI-scan met 257 richtingen te verwerven met een 32-kanaals gefaseerde array hoofdspoel, de hoge veldsterkte en 32-kanaals spoel zijn vereist om het signaal voor deze hooghoekige resolutiescan te bereiken.

De meest gebruikte diffusie gewogen beeldvormingsmethode is diffusie tensorbeeldvorming of DTI met behulp van een scan van vijf tot 10 minuten die doorgaans 64 of minder richtingen meet. Een beperking van DTI is de moeilijkheid in het oplossen van kruisende en kussende vezels, die beter worden gedetecteerd met een combinatie van hoge resolutie acquisitie en reconstructiemethoden zoals DS.I merk op dat het DSI-protocol ongeveer 45 tot 50 minuten beeldvorming vereist, en dat bewegingscorrectie niet kan worden toegepast op DSI-gegevens. Daarom is het raadzaam om beweging te minimaliseren door het gebruik van bite bars, schuimkussens of andere stabilisatietechnieken, en om hoog opgeleide deelnemers te gebruiken, aanvullende apparatuur is vereist voor taakgebaseerde FMRI, zoals een MR-compatibele weergave en knopresponssysteem.

Zorg ervoor dat u vóór het scannen een geïnformeerde toestemming verkrijgt en screent voor MR.Contraindicaties. Informeer vervolgens de deelnemer over de aard van de uit te voeren scans, met nadruk op de noodzaak om stil te blijven tijdens de DSI-scan. Zodra de deelnemer klaar is om comfortabel te beginnen, stabiliseer dan het hoofd van de deelnemer en schuif vervolgens het bed in de scanner, voer initiële verkenningsscans en calibratie uit.

Lign de plakjes voor de DSI-scan vervolgens op de voorste en achterste commissuren en zorg ervoor dat de plakjes voor de DSI-scan de hele hersenloop bedekken. De DSI-scan terwijl het subject ontspant in de scanner of een film op het presentatiesysteem bekijkt. Na de DSI-scan, verzamel een T een gewogen anatomische scan voor later gebruik bij het coregistreren van de DSI-gegevens met andere anatomische of functionele gegevens in dezelfde of afzonderlijke scan sessie.

Verzamel ook taakgebaseerde FMRI-gegevens voor functioneel scannen van gedragstaken. Instrueer de proefpersonen om het scherm te controleren op taakrelevante stimuli en zo nodig. Als FMRI op een andere dag wordt uitgevoerd, verkrijg een andere T een gewogen anatomische scan.

Deze verwerkingsaanpak maakt gebruik van oppervlaktegebaseerde analyse van FMRI-gegevens om ROI's voor tractografie te genereren en zorgt voor een betere visualisatie van correspondenties tussen tractografie-eindpunten en functionele ROI's. Om met verwerking te