Name: Pomiar łączności w pierwszorzędowej ścieżce wzrokowej w ludzkim albinizmie za pomocą obrazowania tensora dyfuzji i traktografii (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-08-11T13:00:00.000+00:00
Duration: 13 min 26 s
Description: Poznaj metody traktografii deterministycznej i probabilistycznej w badaniu łączności nerwu wzrokowego u osób z albinizmem. Techniki te pozwalają nieinwazyjnie mapować drogi nerwowe w żywym mózgu.

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

Praca jest częściowo wspierana przez Kanadyjską Radę ds. Badań Przyrodniczych i Inżynieryjnych (NSERC). Autorzy dziękują uczestnikom, dr Rickowi Thompsonowi za pomoc w rekrutacji pacjentów z albinizmem, Denisowi Romanovsky'emu za pomoc w przeprowadzaniu niektórych analiz i modyfikowaniu figury, Mónice Giraldo Chica za jej wiedzę i porady dotyczące traktografii, Joy Williams za pomoc w pozyskiwaniu MRI oraz Amanowi Goyalowi za jego doświadczenie w analizie MRI.

<ol><li>Montoliu, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Increasing+the+complexity%3A+new+genes+and+new+types+of+albinism%5BTitle%5D)+AND+%22Pigment+Cell+Melanoma+Res%22%5BJournal%5D)">Increasing the complexity: new genes and new types of albinism.</a> Pigment Cell Melanoma Res. 27, 11-18 (2013).</li>
<li>Martinez-Garcia, M., Montoliu, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Albinism+in+Europe%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Dermatol%22%5BJournal%5D)">Albinism in Europe.</a> J. Dermatol. 40 (5), 319-324 (2013).</li>
<li>Gottlob, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Albinism%3A+a+model+of+adaptation+of+the+brain+in+congenital+visual+disorders%5BTitle%5D)+AND+%22Br.+J.+Opthalmol%22%5BJournal%5D)">Albinism: a model of adaptation of the brain in congenital visual disorders.</a> Br. J. Opthalmol. 91 (4), 411-412 (2007).</li>
<li>Wilk, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Relationship+between+foveal+cone+specialization+and+pit+morphology+in+albinism%5BTitle%5D)+AND+%22Invest.+Ophthalmol.+Vis.+Sci%22%5BJournal%5D)">Relationship between foveal cone specialization and pit morphology in albinism.</a> Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 55 (7), 4186-4198 (2014).</li>
<li>Von dem Hagen, E. A. H., Houston, G. C., Hoffman, M. B., Morland, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pigmentation+predicts+the+shift+in+the+line+of+decussation+in+humans+with+albinism%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Pigmentation predicts the shift in the line of decussation in humans with albinism.</a> Eur. J. Neurosci. 25, 503-511 (2007).</li>
<li>Rice, D. S., Williams, R. W., Goldowitz, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Genetic+control+of+retinal+projections+in+inbred+strains+of+albino+mice%5BTitle%5D)+AND+%22J+comp+neurol%22%5BJournal%5D)">Genetic control of retinal projections in inbred strains of albino mice.</a> J comp neurol. 354 (3), 459-469 (1995).</li>
<li>Schmitz, B., Schaefer, T., Krick, C. M., Reith, W., Backens, M., Kasmann-Kellner, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Configuration+of+the+optic+chiasm+in+humans+with+albinism+as+revealed+by+magnetic+resonance+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Invest.+Ophthalmol.+Vis.+Sci%22%5BJournal%5D)">Configuration of the optic chiasm in humans with albinism as revealed by magnetic resonance imaging.</a> Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 44 (1), 16-21 (2003).</li>
<li>Mcketton, L., Kelly, K. R., Schneider, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Abnormal+lateral+geniculate+nucleus+and+optic+chiasm+in+human+albinism%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Comp.+Neurol%22%5BJournal%5D)">Abnormal lateral geniculate nucleus and optic chiasm in human albinism.</a> J. Comp. Neurol. 522 (11), 2680-2687 (2014).</li>
<li>Williams, S. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ephrin-B2+and+EphB1+mediate+retinal+axon+divergence+at+the+optic+chiasm%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Ephrin-B2 and EphB1 mediate retinal axon divergence at the optic chiasm.</a> Neuron. 39 (6), 919-935 (2003).</li>
<li>van Genderen, M. M., Riemslag, F. C., Schuil, J., Hoeben, F. P., Stilma, J. S., Meire, F. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Chiasmal+misrouting+and+foveal+hypoplasia+without+albinism%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Opthalmol%22%5BJournal%5D)">Chiasmal misrouting and foveal hypoplasia without albinism.</a> J. Opthalmol. 90 (9), 1098-1102 (2006).</li>
<li>Yücel, Y. H., Zhang, Q., Gupta, N., Kaufman, P. L., Weinreb, R. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Loss+of+neurons+in+magnocellular+and+parvocellular+layers+of+the+lateral+geniculate+nucleus+in+Glaucoma%5BTitle%5D)+AND+%22Arch.+Ophthalmol%22%5BJournal%5D)">Loss of neurons in magnocellular and parvocellular layers of the lateral geniculate nucleus in Glaucoma.</a> Arch. Ophthalmol. 118 (3), 378-384 (2000).</li>
<li>von dem Hagen, E. A., Hoffman, M. B., Morland, A. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Identifying+human+albinism%3A+a+comparison+of+VEP+and+fMRI%5BTitle%5D)+AND+%22Invest.+Ophthalmol.+Vis.+Sci%22%5BJournal%5D)">Identifying human albinism: a comparison of VEP and fMRI.</a> Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 49 (1), 238-249 (2008).</li>
<li>Burkhalter, A., Bernardo, K. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Organization+of+cortico-cortical+connections+in+human+visual+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+USA%22%5BJournal%5D)">Organization of cortico-cortical connections in human visual cortex.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 86 (3), 1071-1075 (1989).</li>
<li>Mufson, E. J., Brady, D. R., Kordower, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tracing+neuronal+connections+in+postmortem+human+hippocampal+complex+with+the+carbocyanine+Dye+DiI%5BTitle%5D)+AND+%22Neurobiol.+Aging%22%5BJournal%5D)">Tracing neuronal connections in postmortem human hippocampal complex with the carbocyanine Dye DiI.</a> Neurobiol. Aging. 11 (6), 649-653 (1990).</li>
<li>Wedeen, V. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusion+spectrum+magnetic+resonance+imaging+%28DSI%29+tractography+of+crossing+fibers%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Diffusion spectrum magnetic resonance imaging (DSI) tractography of crossing fibers.</a> Neuroimage. 41 (4), 1267-1277 (2008).</li>
<li>Smith, S. M., et al. <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 (4), 1487-1505 (2006).</li>
<li>Newcombe, V. F., Das, T., Cross, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusion+imaging+in+neurological+disease%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurol%22%5BJournal%5D)">Diffusion imaging in neurological disease.</a> J. Neurol. 260 (1), 335-342 (2013).</li>
<li>Behrens, T. E. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-invasive+mapping+of+connections+between+human+thalamus+and+cortex+using+diffusion+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Non-invasive mapping of connections between human thalamus and cortex using diffusion imaging.</a> Nat. Neurosci. 6 (7), 750-757 (2003).</li>
<li>Bassi, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Probabilistic+diffusion+tractography+of+the+optic+radiations+and+visual+function+in+preterm+infants+at+term+equivalent+age%5BTitle%5D)+AND+%22Brain%22%5BJournal%5D)">Probabilistic diffusion tractography of the optic radiations and visual function in preterm infants at term equivalent age.</a> Brain. 131 (2), 573-582 (2008).</li>
<li>Hofer, S., Karaus, A., Frahm, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reconstruction+and+dissection+of+the+entire+human+visual+pathway+using+diffusion+tensor+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Neuroanat%22%5BJournal%5D)">Reconstruction and dissection of the entire human visual pathway using diffusion tensor MRI.</a> Front Neuroanat. 4, 1-7 (2010).</li>
<li>Fujita, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Lateral+Geniculate+Nucleus%3A+Anatomic+and+Functional+Identification+by+Use+of+MR+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+J.+Neuroradiol%22%5BJournal%5D)">Lateral Geniculate Nucleus: Anatomic and Functional Identification by Use of MR Imaging.</a> Am. J. Neuroradiol. 22 (9), 1719-1726 (2001).</li>
<li>McKetton, L., Joy, W., Viviano, J. D., Yücel, Y. H., Gupta, N., Schneider, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+resolution+structural+magnetic+resonance+imaging+of+the+human+subcortex+in+vivo+and+postmortem%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Vis.+Exp%22%5BJournal%5D)">High resolution structural magnetic resonance imaging of the human subcortex in vivo and postmortem.</a> J. Vis. Exp. , (2015).</li>
<li>Fischl, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((FreeSurfer%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">FreeSurfer.</a> NeuroImage. 62 (2), 774-781 (2012).</li>
<li>Yeh, F. C., Verstynen, T. D., Wang, Y., Fernández-Miranda, J. C., Tseng, W. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deterministic+Diffusion+Fiber+Tracking+Improved+by+Quantitative+Anisotropy%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Deterministic Diffusion Fiber Tracking Improved by Quantitative Anisotropy.</a> PLoS One. 8 (11), 807-813 (2013).</li>
<li>Jiang, H., van Zijl, P. C., Kim, J., Pearlson, G. D., Mori, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((DtiStudio%3A+resource+program+for+diffusion+tensor+computation+and+fiber+bundle+tracking%5BTitle%5D)+AND+%22Comput.+Methods.+Programs.+Biomed%22%5BJournal%5D)">DtiStudio: resource program for diffusion tensor computation and fiber bundle tracking.</a> Comput. Methods. Programs. Biomed. 81 (2), 106-116 (2006).</li>
<li>Smith, S. M., et al. <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 (1), 208-219 (2004).</li>
<li>Galantucci, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((White+matter+damage+in+primary+progressive+aphasias%3A+a+diffusion+tensor+tractography+study%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurol%22%5BJournal%5D)">White matter damage in primary progressive aphasias: a diffusion tensor tractography study.</a> J. Neurol. 134, 3011-3029 (2011).</li>
<li>Cabin, R. J., Mitchell, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((To+Bonferroni+or+not+to+Bonferroni%3A+when+and+how+are+the+questions%5BTitle%5D)+AND+%22Bull.+Ecol.+Soc.+Am%22%5BJournal%5D)">To Bonferroni or not to Bonferroni: when and how are the questions.</a> Bull. Ecol. Soc. Am. 81 (3), 246-248 (2000).</li>
<li>Kaiser, P. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Prospective+evaluation+of+visual+acuity+assessment%3A+a+comparison+of+snellen+versus+ETDRS+charts+in+clinical+practice+%28An+AOS+Thesis%29%5BTitle%5D)+AND+%22Trans.+Am.+Ophthalmol.+Soc%22%5BJournal%5D)">Prospective evaluation of visual acuity assessment: a comparison of snellen versus ETDRS charts in clinical practice (An AOS Thesis).</a> Trans. Am. Ophthalmol. Soc. 107, 311-324 (2009).</li>
<li>Farahibozorg, S., Hashemi-Golpayegani, S. M., Ashburner, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Age+and+sex-related+variations+in+the+brain+white+matter+fractal+dimension+throughout+adulthood%3A+An+MRI+study%5BTitle%5D)+AND+%22Clin.+Neuroradiol%22%5BJournal%5D)">Age and sex-related variations in the brain white matter fractal dimension throughout adulthood: An MRI study.</a> Clin. Neuroradiol. 25 (1), 19-32 (2014).</li>
<li>Tian, L., Wang, J., Yan, C., He, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hemisphere+and+gender-related+differences+in+small+world+brain+networks%3A+a+resting+state+functional+MRI+study%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Hemisphere and gender-related differences in small world brain networks: a resting state functional MRI study.</a> NeuroImage. 54 (1), 191-202 (2011).</li>
<li>Ge, Y., Grossman, R. I., Babb, J. S., Rabin, M. L., Mannon, L. J., Kolson, D. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Age-related+total+gray+matter+and+white+matter+changes+in+normal+adult+brain.+Part+1%3A+volumetric+MR+imaging+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Am.+J.+Neuroradiol%22%5BJournal%5D)">Age-related total gray matter and white matter changes in normal adult brain. Part 1: volumetric MR imaging analysis.</a> Am. J. Neuroradiol. 23 (8), 1327-1333 (2002).</li>
<li>Zhang, L., Dean, D., Liu, J. Z., Sahgal, V., Wang, X., Yue, G. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Quantifying+degeneration+of+white+matter+in+normal+aging+using+fractal+dimension%5BTitle%5D)+AND+%22Neurobiol.+Aging%22%5BJournal%5D)">Quantifying degeneration of white matter in normal aging using fractal dimension.</a> Neurobiol. Aging. 28 (10), 1543-1555 (2007).</li>
<li>Jones, D. K., Knosche, T. R., Turner, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((White+matter+integrity%2C+fiber+count%2C+and+other+fallacies%3A+The+do%27s+and+don%27ts+of+diffusion+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">White matter integrity, fiber count, and other fallacies: The do's and don'ts of diffusion MRI.</a> NeuroImage. 73, 239-254 (2013).</li>
<li>Coenen, V. A., Huber, K. K., Krings, T., Weidemann, J., Gilsbach, J. M., Rohde, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusion-weighted+imaging-guided+resection+of+intracerebral+lesions+involving+the+optic+radiation%5BTitle%5D)+AND+%22Neurosurg.+Rev%22%5BJournal%5D)">Diffusion-weighted imaging-guided resection of intracerebral lesions involving the optic radiation.</a> Neurosurg. Rev. 28 (3), 188-195 (2005).</li>
<li>Andrews, T. J., Halperm, S. D., Purves, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Correlated+size+variations+in+human+visual+cortex%2C+lateral+geniculate+nucleus%2C+and+optic+tract%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Correlated size variations in human visual cortex, lateral geniculate nucleus, and optic tract.</a> J. Neurosci. 17 (8), 2859-2865 (1997).</li>
<li>Bridge, H., Thomas, O., Jbabdi, S., Cowey, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Changes+in+connectivity+after+visual+cortical+brain+damage+underlie+altered+visual+function%5BTitle%5D)+AND+%22Brain%22%5BJournal%5D)">Changes in connectivity after visual cortical brain damage underlie altered visual function.</a> Brain. 131, 1433-1444 (2008).</li>
<li>Asman, A. J., Landman, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Non-local+statistical+label+fusion+for+multi-atlas+segmentation%5BTitle%5D)+AND+%22Med.+Image.+Anal%22%5BJournal%5D)">Non-local statistical label fusion for multi-atlas segmentation.</a> Med. Image. Anal. 17 (2), 194-208 (2013).</li>
</ol>

Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.

Spodziewano się zmienionego WM, a dokładniej zmniejszonej łączności w albinizmie w porównaniu z grupą kontrolną. Tak więc zmniejszone FA w prawej półkuli albinizmu w porównaniu z grupą kontrolną, a także zmniejszona łączność u mężczyzn z albinizmem zgłoszone tutaj są zgodne z naszymi przewidywaniami. Wpływ płci i półkuli nie jest do końca jasny, chociaż badania na zdrowym mózgu, które sugerują zmniejszoną złożoność WM w lewej półkuli mężczyzn w porównaniu z kobietami wwieku 30-31 lat, mogą wyjaśnić niektóre ró...

Albinizm to choroba genetyczna charakteryzująca się przede wszystkim jawną hipopigmentacją obserwowaną u osób dotkniętych chorobą. Jest to spowodowane dziedzicznymi mutacjami genów biorących udział w syntezie melaniny1. Albinizm występuje w dwóch głównych formach: albinizm oczno-skórny (OCA), cecha dziedziczona autosomalnie recesywnie, objawiająca się zarówno cechami ocznymi, jak i skórnymi; i albinizm oczny (OA), cecha sprzężona z chromosomem X, bardziej rozpowszechniona u mężczyzn i charakteryzująca się przede wszystkim objawami ocznymi2. Melanina w nabłonku barwnikowym siatkówki (RPE) jest kluczowa dla prawidłowego rozwoju centralnego szlaku wzrokowego. Jego brak w bielaczu skutkuje zatem upośledzeniem wzroku, w tym światłowstrętem, oczopląsem, obniżoną ostrością wzroku i utratą widzenia obuocznego2-3. Ostrość wzroku została powiązana z morfologią dołka centralnego, która jest zmieniona w albinizmie4. U ludzi linia odcięcia siatkówki leży wzdłuż granicy nosowo-skroniowej przez dołek centralny, z włóknami z siatkówki nosowej przechodzącymi do drugiej półkuli, a włókna z siatkówki skroniowej rozciągają się ipsilateralnie. Stopień obniżonej funkcji wzrokowej w bielacjonizmie został powiązany z poziomem hipopigmentacji. W szczególności pigmentacja jest odwrotnie proporcjonalna do przesunięcia linii decussacji do siatkówki skroniowej5. W wyniku przesunięcia linii dekusacji do siatkówki skroniowej zwiększa się krzyżowanie się włókien nerwu wzrokowego – cecha wspólna dla wszystkich gatunków3.
Badania strukturalnego MRI na ludziach wykazały węższe skrzyżowania wzrokowe w albinizmie w porównaniu do grupy kontrolnej, co jest prawdopodobnie wynikiem zwiększonego krzyżowania RGC obserwowanego w albinizmie6-8. Siatkówka i skrzyżowanie wzrokowe wyrażają aksonalne wskazówki naprowadzające, takie jak receptory rodziny Eph i ich ligandy9, a zatem są miejscami kandydującymi do nieprawidłowego kierowania10.
Badanie przeprowadzone na małpach z indukowaną jaskrą wykazało znaczny spadek liczby parwalbuminowo-immunoreaktywnych neuronów przekaźnikowych LGN i objętościLGN 11. Sugeruje to korelację między rozmiarem LGN a liczbą trajektorii istoty białej (WM) podróżujących przez OR do V1. Badanie pośmiertne ludzkiego albinizmu wykazało również mniejszy LGN ze stopionymi warstwami M i P12. Strukturalny rezonans magnetyczny o wysokiej rozdzielczości potwierdził znaczne zmniejszenie objętości LGN w albinizmie8. Podsumowując, odkrycia te sugerują, że zmniejszona objętość LGN może skutkować zmniejszeniem liczby neuronów w LGN, a co za tym idzie, zmniejszeniem łączności między LGN i V1.
Badanie wzorców połączeń anatomicznych u ludzi zostało ograniczone. Preparacja, wstrzyknięcie znacznika i indukcja zmian to techniki inwazyjne, które mogą być stosowane tylko post mortem i zwykle obejmują bardzo małą liczbę pacjentów. Wcześniejsze badania z użyciem zastrzyków DiI z barwnika karbocyjaninowego wykazały łączność neuronalną między V1 i V2 (drugorzędowa kora wzrokowa)13, a także w obrębie kompleksu hipokampa w pośmiertnych mózgach ludzkich utrwalonych aldehydami14. Znakowanie włókien w ten sposób jest ograniczone do odległości wynoszących zaledwie kilkadziesiąt milimetrów od punktu wtrysku14. Obrazowanie tensora dyfuzji, DTI, to metoda MRI opracowana na początku lat 90. XX wieku w celu identyfikacji kierunku i organizacji szlaku światłowodowego. Jest to nieinwazyjna metoda, która pozwala na mapowanie dużych ścieżek WM w żywym mózgu. DTI jest wrażliwy na dyfuzję cząsteczek wody w tkance biologicznej15. W mózgu dyfuzja wody jest anizotropowa (nierównomierna) ze względu na bariery, takie jak błony i mielina. WM ma wysoką anizotropię dyfuzji, co oznacza, że dyfuzja jest większa równolegle niż prostopadle do orientacji włókien16. Anizotropia frakcyjna (FA) to wielkość skalarna, która opisuje preferencję cząsteczek do dyfuzji w sposób anizotropowy. Wartości FA wahają się od 0-1, od niskiej do wysokiej anizotropii (płyn mózgowo-rdzeniowy (CSF) <istota szara (GM) <WM)16.
Streamline (deterministyczne) i probabilistyczne śledzenie światłowodów to dwa różne algorytmy do rekonstrukcji ścieżek 3D. Traktografia deterministyczna wykorzystuje metodę propagacji linii, łącząc sąsiednie woksele w zdefiniowanym regionie nasiennym. Dwa kryteria zatrzymania używane w tym algorytmie to kąt skrętu i wartość FA. W związku z tym śledzenie drogi między sąsiednimi wokselami jest mało prawdopodobne przy dużych kątach skrętu. Algorytm będzie zatem postępował również tylko wtedy, gdy FA w wokselu przekroczy określony próg, co ogranicza jego skuteczność w dokładnym definiowaniu ścieżek w pobliżu istoty szarej, gdzie anizotropia spada. Z drugiej strony, traktografia probabilistyczna daje mapę połączeń opisującą prawdopodobieństwo, że woksel jest częścią ciągu między dwoma obszarami zainteresowania (ROI), a tym samym przechodzi w istotę szarą, taką jak V117. Za pomocą tej aplikacji MRI można nakreślić kluczowe struktury WM, takie jak sala operacyjna, jak pokazano w poprzednich badaniach18-20.
To badanie wykorzystuje dane dyfuzyjne i traktografię do zbadania wpływu błędnego kierowania aksonów na połączenia siatkówkowo-genikulo-korowe. Opierając się na wcześniej zgłoszonych zmniejszeniach objętości LGN w ludzkim albinizmie8, przewidujemy, że projekcje włókien od LGN do V1 są również zmniejszone (ryc. 1).

<table><tbody><tr><td>Magnetom Tim Trio 3T MRI</td><td>Siemens (Erlangen, Niemcy)</td><td></td><td></td></tr><tr><td>FMRIB' s Biblioteka oprogramowania (FSL)</td><td></td><td></td><td>http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/</td></tr> <tr><td>FreeSurfer</td><td></td><td></td><td>http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu</td></tr><tr><td>DSI Studio</td><td></td><td></td><td>http://dsi-studio.labsolver.org</td></tr><tr><td>SPSS</td><td></td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

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

Measuring Connectivity in the Primary Visual Pathway in Human Albinism Using Diffusion Tensor Imaging and Tractography

W albinizmie liczba komórek zwojowych siatkówki (RGC) wystających ipsilateralnie jest znacznie zmniejszona. Siatkówka i skrzyżowanie wzrokowe zostały zaproponowane jako miejsca kandydujące do nieprawidłowego kierowania. Ponieważ wykazano korelację między liczbą neuronów przekaźnikowych jądra kolankowatego bocznego (LGN) a rozmiarem LGN oraz na podstawie wcześniej zgłoszonych zmniejszenia objętości LGN w ludzkim albinizmie, sugerujemy, że projekcje włókien z LGN do pierwszorzędowej kory wzrokowej (V1) są również zmniejszone. Badanie różnic strukturalnych w układzie wzrokowym albinizmu może poprawić zrozumienie mechanizmu błędnego kierowania i późniejszych zastosowań klinicznych. Dane dyfuzyjne i traktografia są przydatne do mapowania OR (promieniowania optycznego). W tym manuskrypcie opisano dwa algorytmy rekonstrukcji sali operacyjnej w celu porównania połączeń mózgowych w albinizmie i grupie kontrolnej. Do uzyskania skanów strukturalnych użyto skanera MRI z 32-kanałową cewką głowicy. Sekwencja 3D-MPRAGE z izotropowym rozmiarem woksela 1 mm3 została wykorzystana do wygenerowania obrazów o wysokiej rozdzielczości do segmentacji V1 metodą T1. Obrazy ważone gęstością wielu protonów (PD) uzyskano koronalnie dla prawej i lewej lokalizacji LGN. Skany obrazowania tensora dyfuzji (DTI) uzyskano z 64 kierunkami dyfuzji. Uruchomiono i porównano zarówno deterministyczne, jak i probabilistyczne metody śledzenia, przy czym LGN jako maska początkowa i V1 jako maska docelowa. Chociaż DTI zapewnia stosunkowo niską rozdzielczość przestrzenną, a dokładne wytyczenie sali operacyjnej może być trudne ze względu na niską gęstość włókien, wykazano, że traktografia jest korzystna zarówno w badaniach, jak i klinicznie. Statystyki przestrzenne oparte na traktach (TBSS) ujawniły obszary znacznie zmniejszonej integralności istoty białej na sali operacyjnej u pacjentów z bielactwem w porównaniu z grupą kontrolną. Porównania parami wykazały znaczne zmniejszenie łączności LGN z V1 w albinizmie w porównaniu z grupą kontrolną. Porównanie obu algorytmów śledzenia ujawniło wspólne wyniki, co wzmocniło wiarygodność tej techniki.

W tej sekcji przedstawiono podsumowanie wyników uzyskanych przy użyciu dwóch różnych algorytmów traktografii: deterministycznego i probabilistycznego. Objętości LGN w przestrzeni PD, w której pierwotnie wyznaczono maski, a także we wszystkich pozostałych przestrzeniach wykorzystanych w tej badaniu, zapisano w Tabeli 2, a śledzenie LGN zilustrowano na Rysunku 4. Przedstawione tutaj wyniki opierają się na analizach, w których jako ROI LGN z...

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

In albinism, the number of ipsilaterally projecting retinal ganglion cells (RGCs) is significantly reduced. The retina and optic chiasm have been proposed ...

Ogólnym celem tego badania jest zbadanie łączności wzgórzowo-korowej w albinizmie i grupie kontrolnej za pomocą obrazowania dyfuzyjnego oraz porównanie rekonstrukcji wyjściowego promieniowania wzrokowego dwóch algorytmów śledzenia. Dyfuzyjny rezonans magnetyczny i traktografia mogą pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w badaniach nad wzrokiem, takie jak wpływ błędnego kierowania aksonów na strukturalną organizację szlaku wzrokowego w ludzkim albinizmie. Główną zaletą tej techniki jest to, że umożliwia ona nieinwazyjne mapowanie dużych szlaków istoty białej w żywym mózgu i wykazała obiecujące postępy w planowaniu neurochirurgicznym.Wykonaj wszystkie czynności obrazowania zgodnie z opisem w niniejszym protokole. Na skanerze MRI o mocy 3 Tesli wyposażonym w 32-kanałową cewkę głowicy. Przed obrazowaniem należy najpierw dokładnie przebadać każdego uczestnika pod kątem bezpieczeństwa MRI i poprosić go o podpisanie formularza zgody opisującego protokół.Zaopatrz badanych w zatyczki do uszu w celu ochrony słuchu, zanim umieścisz je na plecach i głową do przodu na stole skanera. Zapewnij czujną żarówkę ściskania. Następnie umieść poduszki, aby zmniejszyć ruchy głowy.Punkt orientacyjny nad oczami na wysokości brwi. Przed wysłaniem obiektu do skanera. Rozpocznij obrazowanie od uzyskania obrazu o wysokiej rozdzielczości T1-zależnego za pomocą sekwencji 3D MP-RAGE obejmującej cały mózg.Użyj parametrów widocznych na ekranie tutaj. Z izotropowym rozmiarem woksela wynoszącym jeden milimetr. Następnie uzyskaj sekwencję DTI obejmującą korę z 64 kierunkami w dwumilimetrowych wycinkach.Plastry należy ułożyć w orientacji poprzecznej zgodnie z przednią i tylną linią spoidła. Uzyskaj również od 30 do 40 obrazów gęstości protonów ważonych wyładowaniem niezupełnym, korzystając z sekwencji impulsów echa turbospinowego. Ustaw to w orientacji koronalnej równolegle do pnia mózgu, pokrywając od zewnętrznego zakresu mostu do tylnej części wzgórka dolnego.Rozgraniczenie LGN powinno być wykonywane w przypadku ślepoty na przynależność do grupy badanej. Zacznij od załadowania obrazu PD o wysokiej rozdzielczości w widoku FSL. Następnie kliknij kartę narzędzi, aby wybrać pojedynczą opcję powiększenia obrazu.Następnie wybierz kartę pliku, aby wybrać opcję tworzenia maski i użyj paska narzędzi, aby prześledzić LGN w każdym plasterku. W razie potrzeby zmień kontrast obrazu na pasku narzędzi, aby ułatwić wykrywanie LGN. Ręcznie śledź zarówno prawą, jak i lewą maskę LGN po trzy razy na uśrednionych obrazach PD, które zostały interpolowane do podwójnej rozdzielczości, a tym samym do połowy oryginalnego rozmiaru woksela.Aby przeprowadzić segmentację VI, najpierw uruchom polecenie recon all w trybie free surfer na obrazach ważonych T1 w natywnej przestrzeni anatomicznej w celu automatycznego przetwarzania. Następnie przekonwertuj dane wyjściowe na parcellację V1 na maskę wolumetryczną za pomocą poleceń label2surf i surf2volume. Przed wykonaniem śledzenia probabilistycznego najpierw uruchom rejestrację liniową flirt, aby przenieść obrazy mózgu, które znajdują się w wolnej przestrzeni surfera i anatomicznej, do przestrzeni dyfuzyjnej.Wybierz wyjście wolnej przestrzeni powierzchniowej dla zwiadu dla wszystkich lub mózg obiektu wyodrębniony T1 jako obraz wejściowy. Następnie, obraz ważony dyfuzją z korekcją wirów i wyekstrahowany przez mózg jako obraz referencyjny. Podobnie, do śledzenia deterministycznego, użyj rejestracji liniowej flirt, aby przenieść mózgi o gęstości protonów do przestrzeni dyfuzyjnej.Ponadto, przygotowując się do śledzenia probabilistycznego, uruchom tę liniową rejestrację, aby przenieść mózgi uczestników PD do wolnej przestrzeni powierzchniowej i natywnej przestrzeni anatomicznej do transformacji maski LGN. Należy pamiętać, że ten krok tworzy dwa dane wyjściowe. Mózg wejściowy zarejestrował się w obrazie referencyjnym i macierzy transformacji.Następnie zastosuj transformację flirtu, aby przygotować maski nasienne do traktografii. W przypadku traktografii probabilistycznej użyj danych wyjściowych maty punktowej z liniowej rejestracji PD do swobodnego surfera lub anatomicznego T1 jako macierzy transformacji. Oryginalna maska LGN jako dane wejściowe i mózg w wolnej przestrzeni surfera lub przestrzeni anatomicznej jako objętość referencyjna.Pamiętaj, aby użyć opcji interpolacji najbliższego sąsiada z opcji zaawansowanych. Powtórz to dla deterministycznej traktografii tylko tym razem, z mózgiem w przestrzeni dyfuzyjnej jako objętością odniesienia. Aby znormalizować LGN, użyj matematyki FSL, aby utworzyć punkt ROI ze współrzędnymi odpowiedniej indywidualnej maski LGN w natywnej przestrzeni anatomicznej dla traktografii probabilistycznej lub przestrzeni dyfuzyjnej dla traktografii deterministycznej.Następnie użyj matematyki FSL, aby zastosować promień średniej maski w przestrzeni MNI obliczony dla wszystkich uczestników, aby utworzyć sferę wokół punktu ROI w natywnej przestrzeni anatomicznej lub dyfuzyjnej. W tym momencie, używając tylko plików z wolną przestrzenią powierzchni, przygotuj maski docelowe dla traktografii probabilistycznej. Zarejestruj darmowe mózgi surferów w natywnej przestrzeni anatomicznej.Następnie utwórz maski docelowe, stosując transformację do masek V1 przy użyciu interpolacji trójliniowej. Aby uruchomić traktografię probabilistyczną, najpierw użyj korekcji prądów wirowych w celu skorygowania zniekształceń w obrazach ważonych dyfuzją. Następnie mózg wyodrębnia obrazy.Następnie wybierz opcję łóżka X. Następnie wybierz śledzenie probabilistyczne i uruchom je dla każdej półkuli osobno. Zachowaj domyślne opcje podstawowe, ale w celu zwiększenia dokładności wybierz zmodyfikowaną olejarkę do obliczania probabilistycznych linii w obszarze opcji zaawansowanych.Wybierz pojedynczą maskę jako przestrzeń źródłową. Następnie załaduj przekształconą maskę LGN jako obraz zarodka w natywnej przestrzeni anatomicznej wraz z anatomiczną macierzą transformacji T1 do dyfuzji jako zalążek do transformacji dyfuzyjnej. Na koniec wybierz V1 w przestrzeni anatomicznej z opcjonalnych celów jako cel.Powtórz tę czynność, używając standardowych sferycznych ROI, a następnie ponownie używając nieznormalizowanych masek początkowych i docelowych w wolnej przestrzeni. Aby wykonać deterministyczną traktografię, najpierw otwórz obrazy dyfuzyjne z korekcją wirów w studiu DSI. Następnie załaduj pliki bvec i bval do okna tabeli B, które jest automatycznie otwierane w celu utworzenia pliku źródłowego.Następnie wybierz DTI jako metodę rekonstrukcji i uruchom ją na plikach źródłowych, aby utworzyć pliki informacji o światłowodach. Otwórz pliki z informacjami o światłowodach w oknie śledzenia programu i uruchom śledzenie dla każdej półkuli osobno. Użyj LGN w przestrzeni dyfuzyjnej jako ziarna i regionu 17 z atlasu Brodmanna studia DSI jako regionu determinującego.W każdym przebiegu ustaw maskę istoty białej po kontralateralnej z atlasu segmentacji swobodnego surfera jako obszar unikania. Powtórz śledzenie, używając sferycznych ROI w przestrzeni dyfuzyjnej zamiast poszczególnych LGN jako regionów początkowych dla traktografii. Uśredniony obraz koronalnej gęstości protonów pacjenta z bielactwem jest widoczny tutaj.Ręcznie obrysowane prawe i lewe obszary zainteresowania LGN są oznaczone kolorem czerwonym. Maski LGN przekształcają się w wolną przestrzeń surfera przy użyciu najbliższego sąsiada, czerwonego i trójliniowego, niebieskiego, tutaj pokazano interpolacje. Analiza statystyczna oparta na wokselach ze statystykami opartymi na traktach nie wykazuje obszarów istotnych w albinizmie większych niż kontrast kontrolny ze względu na zmniejszoną FA w albinizmie w porównaniu z grupą kontrolną.Jednak w grupie kontrolnej kontrast większy niż albinizm obserwuje się istotną różnicę między grupami. Tutaj widzimy pogrubioną, szkieletową wersję tych wyników. Wyjście śledzenia światłowodów DSI wskazuje na zmniejszoną łączność LGN do V1 u pacjenta z albinizmem w porównaniu z osobami z grupy kontrolnej.Podobnie, wyniki śledzenia probabilistycznego wykazują zmniejszoną łączność LGN z V1 i albinizm w porównaniu z osobami kontrolnymi. W tym przypadku maski śledzone średnich zarówno dla metod probabilistycznych, jak i deterministycznych są nakładane dla porównania. LGN, niebieska i V1, różowe maski ilustrują regiony początkowe i docelowe.Po opanowaniu, zebranie danych i pełna analiza trzech uczestników może zostać przeprowadzona w ciągu dwóch do trzech dni, podczas gdy czas traktografii zależy od wielkości nasion. Podczas wykonywania traktografii starannie wybierz algorytm i podejście do analizy w zależności od pytania badawczego i badanego obszaru mózgu, a po każdym kroku sprawdzaj pliki wyjściowe. Nie czekaj, aż osiągniesz efekt końcowy, aby sprawdzić swoją pracę.Albinizm wiąże się ze zwiększonym ryzykiem raka skóry oraz z zespołami wpływającymi na dodatkowe typy komórek poza monocytami. Techniki Imagine w połączeniu z technikami molekularnymi pomogą w badaniu mechanizmów rozwoju albinizmu i poprawią zrozumienie zależności między funkcjami struktury. Po jej opracowaniu technika ta utorowała drogę naukowcom z dziedziny neurobiologii do badania połączeń mózgowych w zdrowych i klinicznych populacjach ludzkich in vivo.Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak przeprowadzić rekonstrukcję istoty białej przy użyciu algorytmów deterministycznych i probabilistycznych w celu zbadania różnic w łączności promieniowania wzrokowego między populacjami pacjentów a grupą kontrolną. Nie zapominaj, że praca z silnym magnesem może być niezwykle niebezpieczna i zawsze należy przeprowadzać odpowiednie badania przesiewowe uczestników pod kątem bezpieczeństwa MRI.

measuring-connectivity-primary-visual-pathway-human-albinism-using

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

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

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

Obrazowanie tensora dyfuzji (DTI) zostało wykonane w celu zobrazowania głównych części szlaku wzrokowego. Celem było wykorzystanie zatwierdzonej przez FDA standardowej komercyjnej stacji roboczej, która mogłaby być używana do codziennej rutyny, w celu zmniejszenia pooperacyjnego uszkodzenia drogi wzrokowej u pacjentów.

DTI drogi wzrokowej - drogi istoty białej i zmiany w mózgu

Celem tego badania jest pokazanie każdego etapu techniki preparacji włókien na ludzkich mózgach zwłok, dokumentacji 3D tych sekcji oraz obrazowania tensora dyfuzji anatomicznie wypreparowanych ścieżek włókien.

Ponowne zbadanie połączeń światłowodowych dodatkowego obszaru motorycznego: metodologia rozwarstwiania włókien, DTI i dokumentacja trójwymiarowa

Prezentujemy protokół integracji dyfuzyjnej trakografii MRI w pracy z pacjentami do endoskopowej operacji endoskopowej guza podstawy czaszki. Opisano metody adaptacji tych badań neuroobrazowych w fazie przed- i śródoperacyjnej.

Rola dyfuzyjnej traktatografii MRI w endoskopowej chirurgii endoskopowej podstawy czaszki

Niniejszy film prezentuje metodę wykorzystującą połączenie elektroporacji i mikroskopii konfokalnej do obrazowania na żywo pojedynczych komórek progenitorowych neuronów w rozwijającym się przedmózgowiu danio pręgowanego. W ten sposób można przeprowadzić analizę in vivo rozwoju komórek progenitorowych neuronów przedmózgowia na poziomie klonalnym.

Obrazowanie live w trybie time-lapse klonalnie powiązanych komórek progenitorowych neuronów w rozwijającym się przedmózgowiu danio pręgowanego

Celem tego manuskryptu jest zbadanie hipokampa i podpól hipokampa za pomocą MRI. W manuskrypcie opisano protokół segmentacji hipokampa i pięciu podstruktur hipokampa: cornu ammonis (CA) 1, CA2/CA3, CA4/zakręt zębaty, warstwy promieniste/lacunosum/molecular i subiculum.

Protokół ręcznej segmentacji in vivo o wysokiej rozdzielczości dla ludzkich subpól hipokampa przy użyciu rezonansu magnetycznego 3T

Celem tego protokołu jest uzyskanie wysokiej jakości obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (DWI) rdzenia kręgowego szczura w celu nieinwazyjnej charakterystyki mikrostruktury tkanki. Protokół ten opisuje optymalizacje sekwencji rezonansu magnetycznego, cewki o częstotliwości radiowej i metod analizy, aby umożliwić tworzenie obrazów DWI wolnych od artefaktów.

Obrazowanie dyfuzyjne w szyjnym rdzeniu kręgowym szczura

Ex vivo ERG może być używany do rejestrowania aktywności elektrycznej komórek siatkówki bezpośrednio z izolowanych nienaruszonych siatkówk zwierząt lub ludzi. Pokazujemy tutaj, jak powszechne systemy ERG in vivo można dostosować do zapisów ERG ex vivo w celu zbadania aktywności elektrycznej komórek siatkówki.

Jednoczesne badanie funkcjonalne ex vivo dwóch siatkówk za pomocą systemu elektroretinogramu in vivo

Poznaj metody traktografii deterministycznej i probabilistycznej w badaniu łączności nerwu wzrokowego u osób z albinizmem. Techniki te pozwalają nieinwazyjnie mapować drogi nerwowe w żywym mózgu.

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

Przeglądaj więcej filmów