Name: Badanie mózgu w autyzmie za pomocą fMRI i obrazowania tensora dyfuzji (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2011-09-12T12:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 21 s
Description: Poznaj techniki fMRI i obrazowania tensora dyfuzji do badania łączności mózgowej związanej z poznaniem społecznym u osób z autyzmem. Metoda ta pozwala identyfikować wzorce aktywacji neuronalnej.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

playerTrialDesktop

Autorzy chcieliby podziękować Autumn Alexander, Jeffowi Killenowi, Charlesowi Wellsowi, Kathy Pearson i Vaibhavowi Paneri za pomoc w realizacji projektu na różnych jego etapach. Praca ta była finansowana ze środków startowych dla wydziału Department of Psychology na UAB oraz z grantu McNulty-Civitan Scientist Award&amp; grant badawczy CCTS Pilot Research Grant (5UL1RR025777) dla RK.

<ol><li>Friston, K. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+and+effective+connectivity+in+neuroimaging%3A+A+synthesis%5BTitle%5D)+AND+%22Human+Brain+Mapping%22%5BJournal%5D)">Functional and effective connectivity in neuroimaging: A synthesis.</a> Human Brain Mapping. 2, 56-78 (1994).</li>
<li>Just, M. A., Cherkassky, V. L., Keller, T. A., Minshew, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cortical+activation+and+synchronization+during+sentence+comprehension+in+high-functioning+autism%3A+evidence+of+underconnectivity%5BTitle%5D)+AND+%22Brain%3A+a+journal+of+neurology%22%5BJournal%5D)">Cortical activation and synchronization during sentence comprehension in high-functioning autism: evidence of underconnectivity.</a> Brain: a journal of neurology. 127, 1811-1821 (2004).</li>
<li>Kana, R. K., Keller, T. A., Cherkassky, V. A., Minshew, N. J., Just, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sentence+comprehension+in+autism%3A+thinking+in+pictures+with+decreased+functional+connectivity%5BTitle%5D)+AND+%22Brain%3A+a+journal+of+neurology%22%5BJournal%5D)">Sentence comprehension in autism: thinking in pictures with decreased functional connectivity.</a> Brain: a journal of neurology. 129, 2484-2493 (2006).</li>
<li>Koshino, H., Kana, R. K., Keller, T. A., Cherkassky, V. L., Minshew, N. J., Just, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((fMRI+Investigation+of+Working+Memory+for+Faces+in+Autism%3A+Visual+Coding+and+Underconnectivity+with+Frontal+Areas%5BTitle%5D)+AND+%22Cerebral+Cortex%22%5BJournal%5D)">fMRI Investigation of Working Memory for Faces in Autism: Visual Coding and Underconnectivity with Frontal Areas.</a> Cerebral Cortex. 18, 289-300 (2007).</li>
<li>Kana, R. K., Keller, T. A., Minshew, N. J., Just, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Inhibitory+control+in+high-functioning+autism%3A+decreased+activation+and+underconnectivity+in+inhibition+networks%5BTitle%5D)+AND+%22Biological+Psychiatry%22%5BJournal%5D)">Inhibitory control in high-functioning autism: decreased activation and underconnectivity in inhibition networks.</a> Biological Psychiatry. 62, 196-208 (2007).</li>
<li>Just, M. A., Cherkassky, V. L., Keller, T. A., Kana, R. K., Minshew, N. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+and+Anatomical+Cortical+Underconnectivity+in+Autism%3A+Evidence+from+an+fMRI+Study+of+an+Executive+Function+Task+and+Corpus+Callosum+Morphometry%5BTitle%5D)+AND+%22Cerebral+Cortex%22%5BJournal%5D)">Functional and Anatomical Cortical Underconnectivity in Autism: Evidence from an fMRI Study of an Executive Function Task and Corpus Callosum Morphometry.</a> Cerebral Cortex. 17, 951-961 (2007).</li>
<li>Castelli, F., Frith, C., Happe, F., Frith, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Autism%2C+Asperger+syndrome+and+brain+mechanisms+for+the+attribution+of+mental+states+to+animated+shapes%5BTitle%5D)+AND+%22Brain%22%5BJournal%5D)">Autism, Asperger syndrome and brain mechanisms for the attribution of mental states to animated shapes.</a> Brain. 125, 1839-1849 (2002).</li>
<li>Gray, C. A., Garand, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Social+stories%3A+Improving+responses+of+students+with+autism+with+accurate+social+information%5BTitle%5D)+AND+%22Focus+on+Autistic+Behavior%22%5BJournal%5D)">Social stories: Improving responses of students with autism with accurate social information.</a> Focus on Autistic Behavior. 8, 1-10 (1993).</li>
<li>Smith, S. M., Jenkinson, M., Woolrich, M. W., Beckmann, C. F., Behrens, T. E. J., Johansen-Berg, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Advances+in+functional+and+structural+MR+image+analysis+and+implementation+as+FSL%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Advances in functional and structural MR image analysis and implementation as FSL.</a> NeuroImage. 23, 208-219 (2004).</li>
<li>Smith, S. M., Jenkinson, M., Johansen-Berg, H., Rueckert, D., Nichols, T. E., Mackay, C. E., Watkins, K. E., Ciccarelli, O., Cader, M. Z., Matthews, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tract-based+spatial+statistics%3A+Voxelwise+analysis+of+multi-subject+diffusion+data%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Tract-based spatial statistics: Voxelwise analysis of multi-subject diffusion data.</a> NeuroImage. 31, 1487-1505 (2006).</li>
<li>Li, Q., Sun, J., Guo, L., Zang, Y., Feng, Z., Huang, X., Yang, H., Lv, Y., Huang, M., Gong, Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Increased+fractional+anisotropy+in+white+matter+of+the+right+frontal+region+in+children+with+attention-deficit%2Fhyperactivity+disorder%3A+a+diffusion+tensor+imaging+study%5BTitle%5D)+AND+%22Neuro+Endocrinol+Lett%22%5BJournal%5D)">Increased fractional anisotropy in white matter of the right frontal region in children with attention-deficit/hyperactivity disorder: a diffusion tensor imaging study.</a> Neuro Endocrinol Lett. 31, 747-753 (2010).</li>
<li>Jeong, J. W., Sundaram, S. K., Kumar, A., Chugani, D. C., Chugani, H. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aberrant+diffusion+and+geometric+properties+in+the+left+arcuate+fasciculus+of+developmentally+delayed+children%3A+a+diffusion+tensor+imaging+study%5BTitle%5D)+AND+%22AJNR+Am+J+Neuroradiol%22%5BJournal%5D)">Aberrant diffusion and geometric properties in the left arcuate fasciculus of developmentally delayed children: a diffusion tensor imaging study.</a> AJNR Am J Neuroradiol. 32, 323-330 (2011).</li>
<li>Mulder, M. J., van Belle, J., van Engeland, H., Durston, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+connectivity+between+cognitive+control+regions+is+sensitive+to+familial+risk+for+ADHD%5BTitle%5D)+AND+%22Human+Brain+Mapping%22%5BJournal%5D)">Functional connectivity between cognitive control regions is sensitive to familial risk for ADHD.</a> Human Brain Mapping. , (2010).</li>
<li>Vourkas, M., Micheloyanni, S., Simos, P. G., Rezaie, R., Fletcher, J. M., Cirino, P. T., Papanicolaou, A. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+task-specific+brain+network+connectivity+in+children+with+severe+reading+difficulties%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosci+Lett%22%5BJournal%5D)">Dynamic task-specific brain network connectivity in children with severe reading difficulties.</a> Neurosci Lett. 488, 123-128 (2011).</li>
</ol>

Nie zgłoszono konfliktów interesów.

Metody i procedury opisane w niniejszej pracy opierają się na podstawowych zasadach neuronauki poznawczej i neuroobrazowania. Wspólnie metody te stanowią przekonujące ramy do oceny funkcjonowania mózgu na poziomie systemowym u dzieci, dorosłych oraz osób z zaburzeniami. Badania oparte na tych metodach miały szczególny wpływ na charakteryzację niespójnego funkcjonowania mózgu u osób z autyzmem.
Chociaż przedstawione tutaj techniki można przenieść na inne populacje w celu odpowiedzi na pokrewne ...

badanie mózgu w autyzmie z wykorzystaniem fmri oraz obrazowania tensora dyfuzji

Probing the Brain in Autism Using fMRI and Diffusion Tensor Imaging

Nowe teorie sugerują, że w autyzmie mózg nie funkcjonuje jako spójna jednostka, a ta rozbieżność odzwierciedla się w objawach behawioralnych występujących u osób z autyzmem. Choć wyniki strukturalnego obrazowania neurologiczngo dostarczyły pewnych spostrzeżeń na temat anomalii mózgu w autyzmie, spójność takich znalezisk jest dyskusyjna. Obrazowanie funkcjonalne okazało się w tym względzie bardziej owocne, ponieważ autyzm jest zaburzeniem dynamicznego przetwarzania, a taka metoda pozwala na badanie komunikacji między sieciami korowymi, gdzie prawdopodobnie leży główny problem w autyzmie. Łączność funkcjonalna definiowana jest jako korelacja czasowa przestrzennie oddzielnych zdarzeń neurologicznych1. Wyniki szeregu niedawnych badań fMRI potwierdziły tezę, że istnieje słabsza koordynacja między różnymi częściami mózgu, które powinny współpracować w celu rozwiązania złożonych problemów społecznych lub językowych2,3,4,5,6. Jedną z zagadek autyzmu jest współistnienie deficytów w kilku domenach wraz z relatywnie nienaruszonymi, a czasem nawet zwiększonymi zdolnościami. Tak złożone przejawy autyzmu wymagają globalnego i kompleksowego zbadania tego zaburzenia na poziomie neuronowym. Przekonująca niedawna koncepcja funkcjonowania mózgu w autyzmie, teoria niedostatecznej łączności korowej (cortical underconnectivity theory),2,7 dostarcza integrujących ram dla neurobiologicznych podstaw autyzmu. Teoria niedostatecznej łączności korowej w autyzmie sugeruje, że każda funkcja językowa, społeczna lub psychologiczna zależna od integracji wielu obszarów mózgu jest podatna na zaburzenia wraz ze wzrostem zapotrzebowania na przetwarzanie. W autyzmie niewydolność obwodów integracyjnych w mózgu może powodować rozległą niedostateczną łączność. Innymi słowy, osoby z autyzmem mogą interpretować informacje w sposób fragmentaryczny, kosztem całości. Ponieważ niedostateczna łączność korowa między obszarami mózgu, zwłaszcza między korą czołową a obszarami położonymi bardziej tylnie 3,6, jest obecnie stosunkowo dobrze udokumentowana, możemy zacząć głębiej rozumieć łączność mózgową jako krytyczny komponent symptomatologii autyzmu.
Logicznym następnym krokiem w tym kierunku jest zbadanie połączeń anatomicznych, które mogą pośredniczyć w wyżej wspomnianych połączeniach funkcjonalnych. Obrazowanie tensora dyfuzji (DTI) to stosunkowo nowa technika neuroobrazowania, która pozwala badać dyfuzję wody w mózgu w celu wnioskowania o integralności włókien istoty białej. W technice tej dyfuzja wody w mózgu jest badana w kilku kierunkach przy użyciu gradientów dyfuzyjnych. Podczas gdy łączność funkcjonalna dostarcza informacji o synchronizacji aktywacji mózgu w różnych obszarach mózgu podczas wykonywania zadania lub w stanie spoczynku, DTI pomaga zrozumieć podstawową organizację aksonalną, która może ułatwiać komunikację między obszarami mózgu. Niniejszy artykuł opisze te techniki jako cenne narzędzia w zrozumieniu mózgu w autyzmie oraz omówi wyzwania związane z tym kierunkiem badań.

Techniki neuroobrazowania, takie jak funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI) oraz obrazowanie tensora dyfuzji (DTI), stają się coraz bardziej użyteczne w charakteryzacji deficytów poznawczych i neurologicznych w autyzmie. Przedstawiono badanie łączności mózgowej w autyzmie na poziomie sieci oraz adaptacje procedur skanowania dzieci z zaburzeniami rozwojowymi.

Badanie mózgu w autyzmie z wykorzystaniem fMRI oraz obrazowania tensora dyfuzji

Nowo powstające teorie sugerują, że w autyzmie mózg nie funkcjonuje jako spójna jednostka, a ta rozbieżność odzwierciedla się w sferze behawioralnej...

Ogólnym celem poniższego eksperymentu jest zbadanie połączeń między obszarami mózgu, które są istotne dla poznania społecznego w autyzmie. Wykorzystując funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI) oraz obrazowanie tensora dyfuzji mózgu u dzieci i dorosłych z autyzmem, cel ten realizowany jest poprzez zaprojektowanie odpowiednich eksperymentów fMRI, a następnie rekrutację uczestników z autyzmem. Uczestnicy muszą zostać odpowiednio przygotowani do procedury, aby uzyskać wysokiej jakości funkcjonalne i strukturalne obrazy mózgu.Eksperymenty funkcjonalne są prezentowane uczestnikowi w skanerze MRI podczas wykonywania zdefiniowanego zadania. Obrazy MR uzyskane w ten sposób generują stosunkowo dużą ilość danych dla każdego eksperymentu. Pozyskane dane neuroobrazowe są przesyłane na serwer komputerowy laboratorium, a następnie poddawane wstępnemu przetwarzaniu i analizie statystycznej poprzez tworzenie modeli.Oprócz podstawowej analizy aktywacji mózgu, u uczestników z autyzmem oraz w grupie kontrolnej zbadano łączność funkcjonalną i anatomiczną za pomocą fMRI. Uzyskane wyniki wskazują na obniżoną aktywację oraz słabszą łączność funkcjonalną podczas procesów poznania społecznego u osób z auty

probing-the-brain-in-autism-using-fmri-and-diffusion-tensor-imaging

Research

JoVE Journal

Medicine

Medycyna

Badanie mózgu w autyzmie za pomocą rezonansu magnetycznego funkcjonalnego i obrazowania tensora dyfuzji

W niniejszym artykule badamy wpływ stymulacji TMS w trybie Theta-Burst na plastyczność kory mózgowej u osób cierpiących na zespół kruchego chromosomu X oraz u osób w spektrum autyzmu.

TMS: Wykorzystanie protokołu Theta-Burst do badania mechanizmów plastyczności u osób z zespołem kruchego chromosomu X i autyzmem

Opisujemy nowatorskie podejście do jednoczesnej analizy funkcji i struktury mózgu z wykorzystaniem obrazowania rezonansem magnetycznym (MRI). Strukturę mózgu oceniamy za pomocą wysokorozdzielczego obrazowania dyfuzyjnego oraz traktografii włókien istoty białej. W przeciwieństwie do standardowego strukturalnego MRI, techniki te pozwalają nam bezpośrednio powiązać łączność anatomiczną z właściwościami funkcjonalnymi sieci mózgowych.

Współanaliza struktury i funkcji mózgu z wykorzystaniem fMRI oraz obrazowania dyfuzyjnego

Obrazowanie tensora dyfuzji (DTI) zasadniczo służy jako narzędzie oparte na MRI do identyfikacji in vivo mikrostruktury mózgu i procesów patologicznych spowodowanych zaburzeniami neurologicznymi w obrębie istoty białej mózgu. Analizy oparte na DTI pozwalają na zastosowanie ich w chorobach mózgu zarówno na poziomie grupy, jak i w danych pojedynczych osób.

Rezonans magnetyczny tensora dyfuzji w analizie chorób neurodegeneracyjnych

Ten manuskrypt opisuje deterministyczne i probabilistyczne algorytmy rekonstrukcji istoty białej (WM), używane do badania różnic w łączności promieniowania wzrokowego (OR) między albinizmem a kontrolą. Chociaż traktografia probabilistyczna bardziej podąża za prawdziwym przebiegiem włókien nerwowych, przeprowadzono traktografię deterministyczną w celu porównania niezawodności i odtwarzalności obu technik.

Pomiar łączności w pierwszorzędowej ścieżce wzrokowej w ludzkim albinizmie za pomocą obrazowania tensora dyfuzji i traktografii

Ogólnym celem tej procedury jest uzyskanie ilościowych informacji mikrostrukturalnych o hipokampie u szczura z łagodnym urazowym uszkodzeniem mózgu. Odbywa się to za pomocą zaawansowanego protokołu obrazowania rezonansu magnetycznego ważonego dyfuzją oraz analizy parametrycznych map dyfuzji opartej na obszarze zainteresowania.

Zaawansowane obrazowanie dyfuzyjne w hipokampie szczurów z łagodnym urazowym uszkodzeniem mózgu

Dokładna i praktyczna metoda pomiaru parametrów takich jak odkształcenie (strain) w tkance mięśnia sercowego ma dużą wartość kliniczną, ponieważ wykazano, że odkształcenie jest czulszym i wcześniejszym markerem dysfunkcji kurczliwości niż często stosowany parametr EF.

Ocena odkształcenia mięśnia sercowego w rezonansie magnetycznym z wykorzystaniem śledzenia cech (feature tracking)

Strategia genetyki molekularnej w celu znalezienia mutacji de novo powodujących powszechne zaburzenia, takie jak autyzm i schizofrenia.

Strategia identyfikacji mutacji de novo w powszechnych zaburzeniach, takich jak autyzm i schizofrenia

Wywoływanie przerwania bariery krew-mózg (BBB) za pomocą skupionego ultradźwięku z wykorzystaniem mikropęcherzyków jest obiecującą techniką nieinwazyjnego, celowanego dostarczania leków do mózgu1-3. Niniejszy protokół opisuje procedurę eksperymentalną dla transkranialnego przerwania BBB pod kontrolą MRI w modelu szczura.

Przełamywanie bariery krew-mózg pod kontrolą MRI z użyciem przezczaszkowego ultradźwiękowego ogniskowania w modelu szczura

Okulografia (eye tracking) od dawna jest wykorzystywana do badania wzorców spojrzenia u osób rozwijających się typowo, jednak ostatnie postępy technologiczne zwiększyły możliwość jej zastosowania w populacjach klinicznych, w tym u osób z autyzmem. Chociaż okulografia u małych dzieci z autyzmem może dostarczyć informacji o wczesnych manifestacjach objawów, wiąże się ona z wyzwaniami metodologicznymi. Przedstawiono sugestie dotyczące najlepszych praktyk.

Śledzenie ruchu gałek ocznych u małych dzieci z autyzmem

Celem tej techniki jest ocena funkcji neurotransmitera serotoniny (5-HT) u żywego, oddychającego swobodnie zwierzęcia z wykorzystaniem farmakologicznego obrazowania rezonansem magnetycznym (phMRI) oraz dożylnego podania fluoksetyny, będącej selektywnym inhibitorem zwrotnego wychwytu serotoniny (SSRI).

Zastosowanie fMRI z wyzwaniem farmakologicznym w badaniach przedklinicznych: aplikacja do układu 5-HT

Poznaj techniki fMRI i obrazowania tensora dyfuzji do badania łączności mózgowej związanej z poznaniem społecznym u osób z autyzmem. Metoda ta pozwala identyfikować wzorce aktywacji neuronalnej.

Badanie mózgu w autyzmie z wykorzystaniem fMRI oraz obrazowania tensora dyfuzji

Przeglądaj więcej filmów