Opracowaliśmy techniki mapowania funkcji kory wzrokowej, wykorzystując więcej pola widzenia niż jest to powszechnie używane. Podejście to może przyczynić się do poprawy oceny zaburzeń widzenia i chorób oczu.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Opracowaliśmy techniki mapowania funkcji kory wzrokowej, wykorzystując więcej pola widzenia niż jest to powszechnie używane. Podejście to może przyczynić się do poprawy oceny zaburzeń widzenia i chorób oczu.
Wysokiej rozdzielczości retinotopowe obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (fMRI) zależne od poziomu natlenienia krwi (BOLD) z szerokokątną prezentacją może być używane do funkcjonalnego mapowania obwodowej i centralnej kory wzrokowej. Ta metoda pomiaru zmian funkcjonalnych w mózgu wzrokowym pozwala na funkcjonalne mapowanie płata potylicznego, stymulując >100° (±50°) lub więcej pola widzenia, w porównaniu ze standardowymi ustawieniami prezentacji wizualnej fMRI, które zwykle obejmują <30° pola widzenia. Prosty system stymulacji szerokokątnej dla BOLD fMRI można skonfigurować przy użyciu popularnych projektorów kompatybilnych z MR, umieszczając duże lustro lub ekran blisko twarzy fotografowanej osoby i używając tylko tylnej połowy standardowej cewki głowicy, aby zapewnić szeroki kąt widzenia bez utrudniania widzenia. Szerokokątna mapa fMRI retinotopowego może być następnie zobrazowana przy użyciu różnych paradygmatów stymulacji retinotopowej, a dane mogą być analizowane w celu określenia aktywności funkcjonalnej obszarów kory wzrokowej odpowiadających widzeniu centralnemu i peryferyjnemu. Metoda ta zapewnia praktyczny, łatwy do wdrożenia system prezentacji wizualnej, który można wykorzystać do oceny zmian w obwodowej i centralnej korze wzrokowej spowodowanych chorobami oczu, takimi jak jaskra i utrata wzroku, która może im towarzyszyć.
Funkcjonalne obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (fMRI) jest cenną metodą oceny zmian w regionalnej funkcji nerwowo-naczyniowej w korze wzrokowej w odpowiedzi na bodźce, ponieważ zmiany w regionalnym przepływie krwi korelują z aktywacją regionów mózgu1,2. Pomiary sygnału zależnego od poziomu natlenienia krwi (BOLD) o wysokiej rozdzielczości reprezentują zmiany w deoksyhemoglobinie, które są napędzane przez miejscowe zmiany w przepływie krwi i natlenieniu krwi w mózgu1,2. Wzorce aktywności BOLD zebrane z danych fMRI mogą być wykorzystane do funkcjonalnego mapowania obwodowej i centralnej kory wzrokowej, a także do wykrywania zmian na mapie retinotopowej w odpowiedzi na upośledzenie wzroku i neurodegenerację3.
Większość poprzednich badań fMRI wykorzystywała bodźce nieretinotopowe wąsko (około ±12° centralnego pola widzenia) lub proste bodźce retinotopowe z bodźcami wzrokowymi o wąskim polu widzenia, co zapewniało ograniczoną funkcjonalną parcelację reprezentacji retinotopowej w korze wzrokowej i ograniczało ocenę tylko do centralnego pola widzenia, z wyłączeniem peryferii3. W związku z tym dane fMRI o wąskim widoku wykazały niespójne zmiany procentowe BOLD u pacjentów z jaskrą4,5,6. W związku z tym istnieje potrzeba udoskonalenia metod fMRI do oceny obwodowego i centralnego pola widzenia, szczególnie w ocenie chorób takich jak jaskra.
Jaskra jest główną przyczyną nieodwracalnej ślepoty, dotykającą 10% osób w wieku 80 lat7. Jaskra jest spowodowana postępującą, nieodwracalną neurodegeneracją komórek zwojowych siatkówki, które są odpowiedzialne za przekazywanie bodźców wzrokowych do mózgu przez nerw wzrokowy. W jaskrze pierwotnej otwartego kąta (POAG), najczęstszej postaci jaskry, zwiększone ciśnienie wewnątrzgałkowe powoduje ścieńczenie warstwy włókien nerwowych siatkówki (RNFL), co prowadzi do utraty widzenia peryferyjnego, a następnie ślepoty obwodowej i centralnej8,9,10,11. Dowody histologiczne z badań na zwierzętach sugerują, że jaskra dodatkowo powoduje postępującą neurodegenerację nerwu wzrokowego, przewodu wzrokowego, jądra kolankowatego bocznego, promieniowania wzrokowego i kory wzrokowej12,13. Technologia MRI oferuje minimalnie inwazyjną metodę oceny zarówno natlenienia krwi, jak i neurodegeneracji w korze wzrokowej. U pacjentów z jaskrą rezonans magnetyczny wykazał atrofię istoty szarej w szlaku wzrokowym13,14,15,16 i nieprawidłowa istota biała w skrzyżowaniu wzrokowym, traktorze wzrokowym i promieniowaniu wzrokowym1,17,18.
Aby dokładniej zbadać wpływ na przetwarzanie wzrokowe, fMRI może być używane do wykrywania funkcji mózgu w odpowiedzi na sygnały wizualne. Protokół w niniejszym dokumencie opisuje nowatorską metodę uzyskiwania taniej, szerokokątnej mapy retinotopowej przy użyciu fMRI retinotopii o wysokiej rozdzielczości z bodźcami szerokokątnymi (>100°), zgodnie z opisem Zhou i wsp3. Bodźce wizualne rozszerzających się pierścieni i obracających się klinów wykorzystano do uzyskania retinotopowego mapowania ekscentryczności i kąta biegunowego dla fMRI. Procentowe zmiany w fMRI BOLD analizowano jako funkcję ekscentryczności w celu oceny funkcji mózgu, odpowiadającej zarówno widzeniu centralnemu, jak i peryferyjnemu. Procentowa zmiana fMRI BOLD może być wykorzystana do wizualizacji aktywacji w całej korze wzrokowej. Te pomiary fMRI stanowią nową, niezawodną metodę oceny zmian neurodegeneracyjnych i ich funkcjonalnego wpływu na korę wzrokową występujących w chorobach oczu obejmujących ubytki pola widzenia, takich jak jaskra.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Badania z udziałem ludzi zostały przeprowadzone zgodnie z wytycznymi instytucjonalnymi w Centrum Nauk o Zdrowiu Uniwersytetu Teksańskiego i Uniwersytecie Stony Brook, po uzyskaniu świadomej zgody uczestników na te badania i wykorzystaniu ich danych.
1. Konfiguracja skanera MRI i protokołów obrazowania
2. Przygotowanie uczestników
3. Skanowanie fMRI uczestnika
4. Analiza danych fMRI retinotopowych
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Dziewięciu uczestników z diagnozą POAG (czterech mężczyzn, w wieku 36-74 lat) oraz dziewięciu zdrowych ochotników dopasowanych wiekowo (sześciu mężczyzn, 53-65 lat) oceniono z zastosowaniem wspomnianego protokołu fMRI o szerokim polu widzenia, opisanego wcześniej przez Zhou i współpracowników3. POAG potwierdzono klinicznie u pacjentów z kątem otwartym na podstawie oceny występowania defektów pola widzenia zgodnych z jaskrą, wy cupsowania tarczy nerwu wzrokowego i/lub ciśnienia wewnątrzgałkowego (I...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Powyższy protokół wykorzystania szerokokątnego retinotopowego fMRI jest innowacyjną metodą oceny wpływu utraty wzroku i chorób oczu na mózg. Dzięki szerokokątnemu mapowaniu retinotopowemu kory wzrokowej z wykorzystaniem szerszego ekranu, podejście to pozwala na pełniejsze zrozumienie organizacji funkcjonalnej układu wzrokowego. Może to prowadzić do lepszego zrozumienia nieprawidłowości w systemie przetwarzania wzrokowego w mózgu, który występuje w neurodegeneracji, takiej jak jaskra24,25
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Ta praca była wspierana przez National Institutes of Health [R01EY030996].
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Nylonowe maszynowe 1/4 "-20, śruba | do mocowania pręta do ramy PCV | ||
| długości 1-1/4 cala ~ 5-10 stóp | |||
| Skaner MRI 3T | Siemens | ||
| 6-32, zaokrąglona główka | do mocowania lustra / ekranu do pręta | ||
| 8-kanałowa cewka głowicy | Siemens | ||
| Kolano 90 stopni PVC, mocowanie | |||
| Lustro | akrylowe Szerokość i długość 25-30 cm | ||
| Pręt | Szerokość 1 cala, długość ~ 2 stopy w zależności od wielkości otworu skanera i cewki głowicy | ||
| E-Prime | Psychology Software Narzędzia | do przygotowania i prezentacji paradygmatów bodźców wzrokowych | |
| Arkusz sklejki o grubości | 1/2 cala | Rozmiar powinien być co najmniej tak duży, jak otwór skanera. Wytnij jako ramkę o rozmiarze otworu dla ekranu projekcyjnego | |
| do projekcji tylnej | powinien być co najmniej tak duży, jak otwór skanera |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.