Artykuł metodologiczny

Eksploracja głębokiego kosmosu - odkrywanie anatomii struktur okołokomorowych w celu ujawnienia bocznych komór ludzkiego mózgu

DOI:

10.3791/56246

⸱

22 października 2017

 ,  ,  , 
1Medical School, College of Medicine, Biology and Environment, Australian National University

* These authors contributed equally

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ten artykuł demonstruje skuteczne wykorzystanie metody preparacji włókien do ujawnienia powierzchownych dróg istoty białej i struktur okołokomorowych ludzkiego mózgu, w przestrzeni trójwymiarowej, aby pomóc studentom zrozumieć morfologię komór.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Studenci anatomii zazwyczaj otrzymują dwuwymiarowe (2D) sekcje i obrazy podczas studiowania anatomii komór mózgu, co jest dla studentów wyzwaniem. Ponieważ komory są negatywnymi przestrzeniami znajdującymi się głęboko w mózgu, jedynym sposobem na zrozumienie ich anatomii jest docenienie ich granic utworzonych przez powiązane struktury. Patrzenie na reprezentację 2D tych przestrzeni, w którejkolwiek z płaszczyzn kardynalnych, nie umożliwi wizualizacji wszystkich struktur tworzących granice komór. Tak więc korzystanie z samych przekrojów 2D wymaga od uczniów obliczenia własnego mentalnego obrazu przestrzeni komorowych 3D. Celem tego badania było opracowanie powtarzalnej metody preparowania ludzkiego mózgu w celu stworzenia zasobu edukacyjnego zwiększającego zrozumienie przez uczniów skomplikowanych relacji między komorami a strukturami okołokomorowymi. Aby to osiągnąć, stworzyliśmy zasób wideo, który zawiera przewodnik krok po kroku wykorzystujący metodę preparacji włókien, aby odsłonić boczne i trzecie komory wraz ze ściśle powiązanym układem limbicznym i strukturami zwojów podstawy. Jedną z zalet tej metody jest to, że umożliwia ona wytyczenie dróg istoty białej, które są trudne do rozróżnienia przy użyciu innych technik preparacji. Do tego filmu dołączony jest pisemny protokół, który zawiera systematyczny opis procesu, który ma pomóc w reprodukcji rozwarstwienia mózgu. Ten pakiet stanowi cenny zasób nauczania anatomii zarówno dla nauczycieli, jak i uczniów. Postępując zgodnie z tymi instrukcjami, nauczyciele mogą tworzyć materiały dydaktyczne, a uczniowie mogą być prowadzeni do przeprowadzenia własnej sekcji mózgu jako praktycznej aktywności praktycznej. Zalecamy, aby ten przewodnik wideo został włączony do nauczania neuroanatomii, aby zwiększyć zrozumienie przez uczniów morfologii i znaczenia klinicznego komór.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wielu studentów ma trudności ze zrozumieniem negatywnych przestrzeni układu komorowego, znajdujących się głęboko w ludzkim mózgu1,2. Powszechnie używane zasoby dostępne dla studentów do badania komór dostarczają stosunkowo prymitywnych reprezentacji skomplikowanych relacji 3D tych głębokich struktur mózgowych. Zrozumienie anatomii 3D układu komorowego i powiązanych struktur jest szczególnie ważne w neurochirurgii, ponieważ dostęp do układu komorowego jest jedną z najczęściej stosowanych technik pomiaru ciśnienia śródczaszkowego, dekompresji układu komorowego i podawania leków3. Ponadto szybki postęp w obrazowaniu medycznym wymusił rozwój umiejętności w zakresie interpretacji anatomii 3D.

Dwuwymiarowe (2D) sekcje mózgu w różnych płaszczyznach są zazwyczaj używane do wizualizacji głębokich struktur mózgu, które tworzą granice ujemnych przestrzeni komorowych4. Jednak same wycinki 2D mózgu są niewystarczające, aby umożliwić uczniom zrozumienie pełnego zakresu architektury 3D komór i drobnych szczegółów regionu, takich jak wiązki włókien łączące korę i struktury podkorowe5. W związku z tym nauczyciele muszą polegać na własnych zdolnościach uczniów do obliczenia zrozumiałej koncepcji 3D komór 4. Uczniowie, którzy zmagają się ze świadomością przestrzenną, mają ogromne trudności z tworzeniem tego obrazu 3D. Podczas gdy modele plastikowe i odlewy komorowe zapewniają trójwymiarową reprezentację układu komorowego, nie pokazują kompleksowych zależności, które tworzą granice komór. Studenci często bezmyślnie usuwają części plastikowego modelu, aby uzyskać dostęp do układu komorowego i zrozumieć jego wzajemne powiązania. W tym procesie często pomijają szczegółowe względne pozycje każdej struktury i tracą zrozumienie ich zależności (np. tworzenie dachu komór bocznych przez ciało modzelowate).

Rozwój nowych skomputeryzowanych narzędzi nauczania rozwiązał niektóre z tych ograniczeń. Jednak wiele z tych modeli ogranicza się do statycznego tekstu i obrazów i nie wykorzystuje interaktywności oferowanej przez te nowe technologie7,8. Podczas gdy interaktywne technologie umożliwiają użytkownikowi obracanie modeli komputerowych 3D w celu badania wielu punktów widzenia, może to zmylić niektórych użytkowników, zwłaszcza nowicjuszy, którzy mają trudności z orientacją konstrukcji6. Co więcej, wykazano, że interaktywne zasoby komputerowe są mniej skuteczne w nauczaniu bardziej złożonych struktur anatomicznych6. Dlatego jednym z wyzwań w edukacji neuroanatomicznej jest zapewnienie uczniom zasobów, które umożliwią im odpowiednią wizualizację komór i docenienie ich struktury 3D i relacji anatomicznych, w tym delikatnych wiązek włókien asocjacyjnych, projekcyjnych i spoidła, które tworzą złożone relacje ze strukturami okołokomorowymi2.

Analiza została uznana za doskonałą metodę edukacyjną do nauki anatomii7,8. Niedawne badanie dostarcza dowodów na korzyści płynące z sekcji uczniów w nauce neuroanatomii. W 2016 roku Rae i in. stwierdzili poprawę krótko- i długoterminowego zapamiętywania wiedzy z zakresu neuroanatomii u uczniów uczestniczących w sekcjach9. Podczas gdy postęp technologiczny nadal poprawia dokładność i interaktywność modeli komputerowych 3D, wiedza zdobyta dzięki praktycznej analizie nie może być obecnie odtworzona cyfrowo10.

W tym badaniu naszym celem było stworzenie powtarzalnej sekcji ludzkiego mózgu. Wybraliśmy metodę rozwarstwiania włókien, ponieważ pozwala ona na zachowanie delikatnych wiązek włókien i okołokomorowych struktur istoty szarej, aby lepiej zdefiniować ujemną przestrzeń komór.

Tutaj prezentujemy obszerny przewodnik krok po kroku do tworzenia modelu prosekcji komór i struktur okołokomorowych wraz z towarzyszącym filmem szkoleniowym do wykorzystania w nauczaniu i uczeniu się neuroanatomii. Zasoby te mogą być wykorzystywane do nauczania i uczenia się neuroanatomii mózgu zarówno przez nauczycieli, jak i uczniów.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Wszystkie opisane tutaj metody zostały zatwierdzone przez Komitet Etyki Badań Naukowych na Ludziach Australijskiego Uniwersytetu Narodowego. Do stworzenia modelu komorowego użyliśmy techniki preparacji włókien Klinglera12,14. Technika Klinglera to metoda dysekcji dotykowej, która polega na usunięciu niewielkich części istoty szarej kory mózgowej i odklejeniu wiązek włókien nerwowych, zapewniając w ten sposób przewodnik krok po kroku przez warstwy tkanek od powierzchni do głębokich struktur mózgu.

UWAGA: Próbka mózgu użyta do zademonstrowania tego protokołu w załączonym filmie i obrazach została starannie usunięta z zabalsamowanego formaliną ludzkiego ciała zwłok uzyskanych z programu dawców ciała Szkoły Medycznej, Australijskiego Uniwersytetu Narodowego. Dawca nie miał znanej historii choroby neuropatologicznej. Po usunięciu opony twardej mózg przechowywano w 10% roztworze etanolu w temperaturze pokojowej przez trzy lata.

1. Przygotowanie

  1. Zdobądź cały mózg z zabalsamowanych ludzkich zwłok i usuń oponę twardą i przechowuj mózg w 10% etanolu w temperaturze pokojowej przed sekcją.
    Ostrzeżenie: Podczas obchodzenia się z nim należy używać środków ochrony osobistej w dobrze wentylowanym pomieszczeniu zgodnie z lokalnymi wytycznymi. Upewnij się, że wszyscy uczestnicy są zaznajomieni z instytucjonalnymi procedurami bezpiecznego obchodzenia się ze skalpelem i ostrymi przedmiotami oraz usuwania ich przed rozpoczęciem protokołu sekcji.
  2. Przygotuj następujące narzędzia: nożyczki, kleszcze, ostrza skalpela (nr 15 i nr 22), metalową sondę i koniec metalowej rękojeści skalpela (Rysunek 1). Użyj końca rękojeści skalpela, aby zminimalizować uszkodzenia delikatnych włókien nerwowych i zachować główne szlaki włókien istoty białej (Rysunek 2)13.
  3. Ustaw mózg tak, aby jego brzuszna powierzchnia była skierowana do góry.

2. Procedura preparacji

UWAGA: Sekcja trwa około 2 do 3 godzin

  1. Usuń pajęczynówkę i związane z nią naczynia krwionośne z obu półkul mózgowych za pomocą pary atraumatycznych () kleszczy.
  2. Delikatnie unieś móżdżek i zlokalizuj dolne colliculi. Umieść ostrze skalpela (nr 15) przymocowane do długiej rękojeści skalpela tuż doogonowo do dolnych wzgórków i przetnij osiowo pień mózgu. Trzymaj ostrze jak najbliżej poziomu, aby uniknąć uszkodzenia móżdżku. Zadbaj o zachowanie tectum śródmózgowia.
  3. Ustaw mózg tak, aby view lewa lub prawa boczna szczelina. Zaczynając od zakrętu nadbrzeżnego, użyj końca rękojeści skalpela, aby delikatnie usunąć powierzchowne warstwy korowe. Delikatnie przesuń do przodu najpierw powyżej, a następnie poniżej bruzdy bocznej, aby odsłonić poziome wiązki włókien asocjacyjnych biegnące odpowiednio w płacie ciemieniowym, czołowym i skroniowym.
  4. Podążaj za kierunkiem włókien wyginających się w łuk wokół tylnej granicy wyspy łączącej pęczki podłużne górne i dolne, aby odsłonić pęczek łukowaty.
  5. Z przodu delikatnie usuń pozostałe powierzchowne warstwy korowe środkowego zakrętu skroniowego i dolnego zakrętu czołowego, aby odsłonić nienaruszone włókna pęczkowe, które łączą płat skroniowy i czołowy
  6. Zidentyfikuj krótkie zakręty kory wyspowej, a następnie usuń wyspę. Następnie wyjmij skrajną kapsułkę i klauzurę, aby odsłonić znajdującą się pod spodem kapsułkę zewnętrzną. Zwróć uwagę na wybrzuszenie utworzone przez jądro soczewkowate głęboko do torebki. Przesuwając się w kierunku grzbietowej powierzchni kory, odsłaniaj włókna korony promienistej (Ryc. 4).
  7. Usuń pozostałą korę i leżącą pod nią istotę białą na grzbietowej powierzchni mózgu, aby dotrzeć do zakrętu obręczy. Kontynuuj używanie końca rękojeści skalpela, aby usunąć korę obręczy, aby odsłonić cingulum, drogi istoty białej łączące przednią perforowaną substancję z zakrętem przyhipokampowym.
  8. Użyj tej samej techniki, aby usunąć cingulum od tyłu do przodu, aby odsłonić ciało modzelowate, złożone z włókien spoidła łączących dwie półkule mózgowe. Grzbiet ciała (tułowia) ciała modzelowatego będzie teraz widoczny (Rysunek 6).
  9. Powtórz kroki od 2.3 do 2.8 na przeciwległej półkuli mózgowej.
  10. Zbadaj palpacyjnie i określ zakres komory bocznej na jednej z półkul. Za pomocą sondy przebić boczną ścianę komory w miejscu trigonu pobocznego. Za pomocą ostrza w rozmiarze 24 (przymocowanego do rękojeści skalpela nr 4) wejdź przez miejsce nakłucia i przetnij dolnie, aby otworzyć całą długość dolnego rogu komory bocznej.
  11. Teraz wróć do trójpodziału pobocznego komory, aby przedłużyć cięcie wyżej w kierunku śledziony ciała modzelowatego (przerywana linia w Ryc. 5).
  12. Powtórz kroki 2.10 i 2.11 na drugiej półkuli.
  13. Otwórz korpus komory bocznej, kontynuując nacięcie od trygonu rostralnie, używając cięcia około 3 cm równolegle do ciała modzelowatego w obu półkulach (przerywane linie w Ryc. 6).
  14. Połącz dwa równoległe nacięcia w każdej półkuli rostralnie na poziomie genu i doogonowo na poziomie śledziony ciała modzelowatego. Za pomocą kleszczy, trzymanych w dłoni niedominującej, delikatnie unieś ciało modzelowate przy śledzionie. Za pomocą małych, ostrych nożyczek, trzymanych w dominującej ręce, oddziel śledzionę od leżącej poniżej przegrody przejrzystej. Gdy dotrzesz do rostralnego końca ciała, przetnij ciało modzelowate i usuń je.
  15. Ułóż brzuszną powierzchnię mózgu wzdłuż na dłoni ręki niedominującej, aby ustabilizować obszary potyliczne i skroniowe (część tylna). W tym samym czasie użyj dominującej ręki, aby mocno, ale delikatnie przytrzymać przedni koniec mózgu, umieszczając przeciwstawne palce i kciuk na jądrach soczewkowatych po obu stronach mózgu.
  16. Wykonując delikatne ruchy ciągnące i skręcające, fizycznie oddziel przednią i tylną część mózgu, zwracając szczególną uwagę na utrzymanie nienaruszonego splotu naczyniówkowego. Zaleca się, aby obecny był współpracownik, który poprowadzi separację i delikatnie przetnie wszelkie pozostałe tkanki łączące podczas procesu za pomocą skalpela.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ta metoda preparacji odsłania układ komorowy poprzez rozdzielenie mózgu na część przednią i tylną (Rysunek 7 i Rysunek 8). Tylna część oferuje wewnętrzny widok na poboczny trigon, z którego można zobaczyć tylny i dolny róg rozciągający się odpowiednio do płata potylicznego i skroniowego (Ryc. 8). W rogu dolnym/skroniowym hipokamp, który tworzy jego przyśrodkową ścianę, jest wyraźnie widoczny, podobnie jak fimbrie...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Celem tego artykułu było opracowanie przewodnika po sekcjach w celu rozpowszechnienia wśród nauczycieli i studentów, który mógłby być wykorzystany do poprawy nauczania i uczenia się głębokich komór i okołokomorowych struktur ludzkiego mózgu. Opracowaliśmy przewodnik krok po kroku z towarzyszącymi obrazami, wraz z zasobami wideo, które można wykorzystać, aby pomóc w zrozumieniu morfologii komór i związanych z nimi struktur. Sama technika preparacji nie jest nowa. Rozwarstwienie włókien było wcześniej stosowane do badania ...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy oświadczają, że nie ma dla nich konfliktu interesów.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy pragną podziękować darczyńcom i ich rodzinom za hojny dar. Dziękuję panu Xiao Xuan Li, który nagrał film i pomógł w jego montażu; Pani Hannah Lewis i Panu Louisowi Szabo za udzielenie wsparcia technicznego; oraz profesorowi Janowi Provisowi za przejrzenie filmu i wniesienie wkładu w jego treść.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
Ostrze do skalpela Nr 15Swann-Morton0205Ostrze do skalpela
Ostrze do skalpela Nr 11Swann-Morton0203Ostrze do skalpela
Ostrze do skalpela nr 24Swann-Morton0211Ostrze do skalpela
długie Trzonek do skalpela No3LSwann-Morton0913Trzonek do skalpela
Krótki Trzonek do skalpela No4GSwann-Morton0934Rękojeść skalpela
NożyczkiNożyczki
Kleszczeatraumatyczne Kleszcze atraumatyczne
KleszczeKleszcze zębate
Genelyn Arterial EnhancedGMS InovationsAE-475Środki do balsamowania tętnic
zębate

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Smith, D. M., et al. A virtual reality atlas of craniofacial anatomy. Plast Reconstr Surg. 120 (6), 1641-1646 (2007).
  2. Estevez, M. E., Lindgren, K. A., Bergethon, P. R. A novel three-dimensional tool for teaching human neuroanatomy. Anat Sci Educ. 3 (6), 309-317 (2010).
  3. Mortazavi, M. M., et al. The ventricular system of the brain: a comprehensive review of its history, anatomy, histology, embryology, and surgical considerations. Childs Nerv Syst. 30 (1), 19-35 (2014).
  4. Drapkin, Z. A., Lindgren, K. A., Lopez, M. J., Stabio, M. E. Development and assessment of a new 3D neuroanatomy teaching tool for MRI training. Anat Sci Educ. 8 (6), 502-509 (2015).
  5. Ruisoto Palomera, P., JuanesMéndez, J. A., Prats Galino, A. Enhancing neuroanatomy education using computer-based instructional material. Computers in Human Behavior. 31 (0), 446-452 (2014).
  6. Chariker, J. H., Naaz, F., Pani, J. R. Item difficulty in the evaluation of computer-based instruction: an example from neuroanatomy. Anat Sci Educ. 5 (2), 63-75 (2012).
  7. Bouwer, H. E., Valter, K., Webb, A. L. Current integration of dissection in medical education in Australia and New Zealand: Challenges and successes. Anatomical sciences education. 9 (2), 161-170 (2016).
  8. Nwachukwu, C., Lachman, N., Pawlina, W. Evaluating dissection in the gross anatomy course: Correlation between quality of laboratory dissection and students outcomes. Anatomical Sciences Education. 8 (1), 45-52 (2015).
  9. Rae, G., Cork, R. J., Karpinski, A. C., Swartz, W. J. The integration of brain dissection within the medical neuroscience laboratory enhances learning. Anatomical Sciences Education. , (2016).
  10. Choi, C. Y., Han, S. R., Yee, G. T., Lee, C. H. Central core of the cerebrum. J Neurosurg. 114 (2), 463-469 (2011).
  11. Standring, S., Ellis, H., Healy, J., Williams, A. Anatomical Basis Of Clinical Practice. Grays Anatomy. 40, 40th, Churchill Livingstone, London. 415(2008).
  12. Ojeda, J. L., Icardo, J. M. Teaching images in Neuroanatomy: Value of the Klinger method. Eur. J. Anat. 15, 136-139 (2011).
  13. Skadorwa, T., Kunicki, J., Nauman, P., Ciszek, B. Image-guided dissection of human white matter tracts as a new method of modern neuroanatomical training. Folia Morphol (Warsz). 68 (3), 135-139 (2009).
  14. Arnts, H., Kleinnijenhuis, M., Kooloos, J. G., Schepens-Franke, A. N., van Cappellen van Walsum, A. M. Combining fiber dissection, plastination, and tractography for neuroanatomical education: Revealing the cerebellar nuclei and their white matter connections. Anat Sci Educ. 7 (1), 47-55 (2014).
  15. Turney, B. W. Anatomy in a modern medical curriculum. Ann R Coll Surg Engl. 89 (2), 104-107 (2007).
  16. Chowdhury, F., Haque, M., Sarkar, M., Ara, S., Islam, M. White fiber dissection of brain; the internal capsule: a cadaveric study. Turk Neurosurg. 20 (3), 314-322 (2010).
  17. Riederer, B. M. Plastination and its importance in teaching anatomy. Critical points for long-term preservation of human tissue. J Anat. 224 (3), 309-315 (2014).
  18. McMenamin, P. G., Quayle, M. R., McHenry, C. R., Adams, J. W. The production of anatomical teaching resources using three-dimensional (3D) printing technology. Anat Sci Educ. , (2014).
  19. Ture, U., Yasargil, M. G., Friedman, A. H., Al-Mefty, O. Fiber dissection technique: lateral aspect of the brain. Neurosurgery. 47 (2), 417-426 (2000).
  20. Klingler, J., Gloor, P. The connections of the amygdala and of the anterior temporal cortex in the human brain. Journal of Comparative Neurology. 115 (3), 333-369 (1960).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Technika sekcji w kienmetoda sekcji Klingleracia o modzelowatezakr t obr czyp czek pod u ny g rnyp czek pod u ny dolnyp czek ukowatykorona promieniastaprzegroda przezroczysta

Powiązane artykuły