Badanie mózgu w autyzmie za pomocą fMRI i obrazowania tensora dyfuzji

Ogólnym celem poniższego eksperymentu jest zbadanie połączeń między obszarami mózgu, które są ważne dla poznania społecznego w autyzmie. Korzystając z funkcjonalnego rezonansu magnetycznego i obrazowania tensora dyfuzji mózgu zarówno u dzieci, jak i dorosłych z autyzmem, osiąga się to poprzez zaprojektowanie odpowiednich eksperymentów FMRI, a następnie rekrutację uczestników z autyzmem. Uczestnicy muszą być odpowiednio przygotowani do zabiegu, aby uzyskać wysokiej jakości, funkcjonalne i strukturalne obrazy mózgu.

Eksperymenty funkcjonalne są prezentowane uczestnikowi w skanerze MRI podczas wykonywania wcześniej zdefiniowanego zadania. Uzyskane obrazy MR skutkują stosunkowo dużą ilością danych dla każdego eksperymentu. Pozyskane dane neuroobrazowe są przesyłane na serwer komputerowy laboratorium, a następnie wstępnie przetwarzane i poddawane analizie statystycznej poprzez tworzenie modeli.

Oprócz podstawowej analizy aktywacji mózgu, u uczestników z autyzmem i grupy kontrolnej badana jest funkcjonalna i anatomiczna łączność. FMRI. Uzyskano wyniki, które wskazują na zmniejszoną aktywację i słabszą łączność funkcjonalną podczas poznania społecznego u osób z autyzmem. Ponadto analiza danych DTI wskazuje na nieprawidłową integralność istoty białej w autyzmie.

Metoda ta może odpowiedzieć na ważne pytania dotyczące organizacji i funkcjonowania mózgu w zaburzeniach ze spektrum autyzmu i potencjalnie pewnego dnia. Może to prowadzić do zidentyfikowania neurologicznego markera autyzmu. Implikacje tej techniki rozciągają się w kierunku terapii autyzmu, ponieważ identyfikacja zmienionych połączeń między regionami mózgu może prowadzić do opracowania nowych terapii, które naprawiają te połączenia.

Tak więc, chociaż ta metoda może być używana do oceny mózgu autystycznego, może być również stosowana w innych technikach, takich jak przyglądanie się innym zaburzeniom neurorozwojowym, a także temu, jak rozwija się typowy mózg Ponieważ trudno jest wprowadzić skaner MRI dzieciom z autyzmem, ponieważ jest to hałaśliwe środowisko, na które są wrażliwe. Jest to kompaktowa i potencjalnie klaustrofobiczna przestrzeń, a to nowe środowisko. Wizualna demonstracja tej metody ma kluczowe znaczenie w przygotowaniu dziecka z autyzmem.

W przypadku FMRI skanowanie może być trudne, a wiele osób z autyzmem to na ogół myśliciele wzrokowcy. Zademonstrują tę procedurę moi absolwenci z mojego laboratorium, Donna Murdo, Lauren Libro, Mark Pennick i Heather Wadsworth. Przed włączeniem do badania potencjalni uczestnicy oraz rodzina w przypadku dzieci powinna zostać najpierw poinformowana telefonicznie o badaniu.

Powinno to również obejmować badanie przesiewowe w celu upewnienia się, że uczestnik spełnia kryteria włączenia do badania. Jeśli potencjalny uczestnik się kwalifikuje, powinien zostać zrekrutowany na badanie rezonansem magnetycznym w dniu i o godzinie dogodnej dla uczestnika, a także dla badaczy i centrum obrazowania. Wyślij osobie badanej kopię historii społecznej na temat procedury rezonansu magnetycznego oraz nagranie płyty CD z dźwiękiem skanera.

W przypadku dzieci należy je omówić z rodzicami, aby lepiej zrozumieć procedury badawcze przed dniem skanowania i sprawić, by pacjent czuł się bardziej komfortowo w środowisku MRI. Kiedy uczestnik i jego rodzina przybędą do centrum obrazowania, przywitaj się z nimi i odpowiedz na wszelkie pytania, które mogą mieć na temat badania i procedury eksperymentalnej. Następnie zapoznaj się z dokumentami IRB przed uzyskaniem świadomej zgody.

Następnie zabierz uczestnika do cichego pokoju w celu przeprowadzenia testów neuropsychologicznych, w tym IQ, zdolności językowych i ręczności. Następnie poproś uczestnika, aby przećwiczył krótkie wersje paradygmatów badania na laptopie, aby zapoznać się z eksperymentami. Po zakończeniu wszystkich testów i ćwiczeń zabierz uczestnika do symulowanego skanera MRI i zapewnij symulowane doświadczenie procedury skanowania MRI.

Kolejnym krokiem przygotowawczym jest ozdobienie skanera MRI w centrum obrazowania łatwo usuwalnymi naklejkami oraz obrazami zwierząt i postaci z kreskówek, aby środowisko skanowania było bardziej przyjazne dla dzieci. Kiedy uczestnik wróci do centrum obrazowania, należy zrobić mu krótką przerwę, a następnie poprosić go o wypełnienie kwestionariusza bezpieczeństwa MR. Przed wejściem do pomieszczenia skanowania umieść wszystkie rzeczy w szafce, a następnie sprawdź, czy na ciele nie ma metali.

Po zakończeniu badania przesiewowego zabierz uczestnika do pokoju skanowania i poproś go, aby usiadł na łóżku skanera, zaopatrz go w zatyczki do uszu i słuchawki, zanim osoba badana położy się na łóżku skanera. Następnie technik rezonansu magnetycznego powinien umieścić wielokanałową cewkę głowicy nad głową uczestnika i wyregulować dołączone lustro tak, aby można było zobaczyć obrazy wyświetlane na ekranie komputera. Następnie przykryj uczestnika kocem i zapewnij pudełka odpowiedzi dla lewej i prawej ręki do wykorzystania podczas zadań FMRI.

Umieść również awaryjną kulkę do ściskania w zasięgu, aby osoba badana mogła zasygnalizować, czy chce wyjść ze skanera. Na koniec technolog rezonansu magnetycznego przesunie łoże skanera do kuli skanera i upewni się, że pacjent czuje się komfortowo przed rozpoczęciem skanowania. Technolog najpierw rozpoczyna sesję skanowania od pozyskania Lokalizatorów, aby upewnić się, że głowa uczestnika jest prawidłowo ustawiona.

Następnie pobierany jest skan strukturalny o wysokiej rozdzielczości, który zostanie wykorzystany do korejestracji i normalizacji. W późniejszej analizie, aby zapewnić rozrywkę badanemu, badacz może zaprezentować uczestnikowi klip filmowy podczas tego skanowania. Następnie należy ustawić parametry obrazowania odpowiednie dla używanego skanera i sekwencji impulsów.

Badacz powinien asystować technologowi w przepisywaniu plastrów do obrazowania funkcjonalnego. W tym przypadku 17 pięciomilimetrowych plasterków jest przepisanych w ukośnej płaszczyźnie osiowej, aby umożliwić maksymalne pokrycie całego mózgu. Teraz mów przez mikrofon, aby dać znać testerowi, że eksperyment ma się rozpocząć i udzielić instrukcji dotyczących zadania, które zostanie uruchomione.

Otwórz również zadanie eksperymentalne na komputerze, które powinno zostać zsynchronizowane, aby uruchomić się z wyzwalaczem ze skanera. Uczestnik powinien nacisnąć przycisk, aby rozpocząć eksperyment i skanowanie, gdy jest gotowy do rozpoczęcia zadań eksperymentalnych, w tym statycznych i dynamicznych bodźców wizualnych, a także bodźców słuchowych, które można zobaczyć tutaj wyświetlane i programowane za pomocą oprogramowania ePrime. Pamiętaj, aby monitorować odpowiedzi uczestnika w miarę ich rejestrowania i wyświetlania na ekranie komputera.

Po pierwszym eksperymencie porozmawiaj z uczestnikiem i przekaż mu informację zwrotną na temat wykonania zadania i ruchu głowy oraz przygotuj go do kolejnego eksperymentu, który zostanie przeprowadzony. Kiedy wszystkie eksperymenty FMRI zostaną zakończone, badacz powinien poinstruować badanego, aby po prostu leżał nieruchomo przez około 12 minut, podczas gdy skan DTI zostanie uzyskany, fragment filmu może być ponownie pokazany tutaj dla rozrywki. Po zakończeniu skanowania wyjmij uczestnika ze skanera i pozwól mu odzyskać wszelkie rzeczy, które mogły zostać umieszczone w szafce.

Następnie zaprowadź go do cichego pokoju na krótką sesję podsumowującą. Podczas sesji podsumowującej zapytaj uczestnika o jego wyniki w skanerze, informacje zwrotne na temat poziomu trudności zadań, a także wszelkie problemy lub obawy, które mogły się pojawić. Pamiętaj również, aby podziękować osobie badanej za jej udział w badaniu.

Tymczasem MR. Technolog powinien przesłać wszystkie pozyskane dane MRI i DTI do sieci komputerowej chronionej przez HIPAA. Badacz może następnie zalogować się do tej sieci za pomocą hasła, aby uzyskać dostęp i przesłać dane na serwer badawczy. Przed analizą pozyskane dane powinny zostać zanonimizowane poprzez usunięcie z nagłówka obrazu wszelkich informacji umożliwiających identyfikację, takich jak imię i nazwisko oraz data urodzenia.

Następnie przekonwertuj dane na ładny format obrazu, aby rozpocząć funkcjonalne przetwarzanie. Zarówno wstępne, jak i końcowe przetwarzanie danych może odbywać się za pomocą oprogramowania, takiego jak statystyczne mapowanie parametryczne lub SPM eight. Łączność funkcjonalna dla danego zadania powinna być następnie mierzona poprzez najpierw wylosowanie obszarów zainteresowania i wyodrębnienie przebiegu czasowego sygnału FMRI z każdego ROI dla każdego uczestnika.

Następnie skoreluj sygnał z jednego ROI do drugiego. Łączność anatomiczną można również badać za pomocą pozyskanych danych DTI i oprogramowania FSL. Wstępna analiza za pomocą takiego oprogramowania bada dyfuzję wody w mózgu i wykorzystuje ją jako wskaźnik integralności istoty białej.

Dalsza analiza może obejmować traktografię istoty białej, w której wnioskuje się o szczegółach dotyczących orientacji i struktury szlaku. W tym przypadku można zobaczyć reprezentatywne mapy funkcjonalne ze zwiększoną aktywacją, jak widać w typowym zadaniu językowym, takim jak rozumienie zdań. Aktywacje pojawiają się w lewym dolnym zakręcie czołowym i lewej tylnej górnej bruździe skroniowej, zwiększoną obustronną aktywację tylnych górnych bruzd skroniowych można zaobserwować u uczestników neurotypowych podczas przypisywania stanów psychicznych.

W przypadku innych map te są korygowane przez FWE z wartością progową P mniejszą niż 0,05. Tutaj widzimy dane z zadania poznania społecznego u uczestników z autyzmem, znacznie ograniczoną łącznością funkcjonalną, co wskazuje na synchronizację aktywacji mózgu między obszarami czołowymi i skroniowymi. Wreszcie, rysunek ten przedstawia wyniki traktografii DTI pokazujące wiązkę włókien istoty białej biegnącą od płata skroniowego do skroniowego połączenia ciemieniowego.

Początkowym punktem wyjścia dla traktografii był zwrot z inwestycji zidentyfikowany przez śledzone statystyki przestrzenne jako mający znacznie mniejszą wartość FA u młodych dorosłych z autyzmem w porównaniu z typowymi uczestnikami kontrolnymi w tym samym wieku. Neuroobrazowanie pediatryczne może być bardzo trudne, zwłaszcza w przypadku dzieci z autyzmem, ale przy wystarczającej praktyce i przygotowaniu te techniki skanowania można skutecznie przeprowadzić. Podczas prób rezonansu magnetycznego z dowolnym uczestnikiem, ale szczególnie z dziećmi, ważne jest, aby upewnić się, że doświadczenie w laboratorium jest przyjemne i pozytywne.

Dane uzyskane zgodnie z tą procedurą można wykorzystać do udzielenia odpowiedzi na pytania związane z neurobiologią. Ponadto, dzięki odpowiednim hipotezom i analizom, można wykorzystać te informacje, aby dowiedzieć się nie tylko o mózgu, ale także o związku między mózgiem a zachowaniem. Nie zapominaj, że proces skanowania MRI jest niezwykle wrażliwy na ruch.

Ponadto należy podjąć środki ostrożności w celu usunięcia całego metalu z kieszeni uczestników i z ich ciała przed wykonaniem zabiegu. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak skutecznie wykorzystać neuroobrazowanie do badania dzieci w ogóle i dzieci z zaburzeniami rozwojowymi, takimi jak autyzm.