Name: Ponowne zbadanie połączeń światłowodowych dodatkowego obszaru motorycznego: metodologia rozwarstwiania włókien, DTI i dokumentacja trójwymiarowa (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2017-05-23T14:00:00.000+00:00
Duration: 16 min 23 s
Description: Poznaj metodologię badania połączeń światłowodowych obszaru motorycznego przy użyciu rozwarstwiania włókien i zaawansowanej traktografii MR. Technika ta wspiera planowanie neurochirurgiczne i minimalizację powikłań.

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

Dane zostały częściowo dostarczone przez Human Connectome Project, WU-Minn Consortium (główni badacze: David Van Essen i Kamil Ugurbil; 1U54MH091657), finansowane przez 16 instytutów i centrów NIH, które wspierają NIH Blueprint for Neuroscience Research; oraz przez McDonnell Center for Systems Neuroscience na Uniwersytecie Waszyngtońskim. Rysunki 2A i 2D zostały zreprodukowane za zgodą Rhoton collection57 (http://rhoton.ineurodb.org/?page=21899).

Zmarli są tutaj uwzględnieni jako populacja, chociaż zmarli nie są technicznie ludzkimi podmiotami; podmioty ludzkie są zdefiniowane przez 45 CF 46 jako "żywe istoty ludzkie15,16."
1. Przygotowanie próbek
<ol>
	<li>Zbadaj 5 mózgów utrwalonych w formalinie (10 półkul) i 2 całe ludzkie głowy.</li>
	<li>Utrwal próbki w 10% roztworze formaliny przez co najmniej 2 miesiące zgodnie z metodą Klinglera17.</li>
	<li>Zamrozić wszystkie próbki w temperaturze -16 °C przez 2 tygodnie zgodnie z metodą Klingera17.</li>
	<li>Rozmrozić próbki pod bieżącą wodą.</li>
	<li>Wykonaj rozszerzoną kraniotomię czołowo-skroniową na głowie zwłok, aby odsłonić mózg.
	<ol>
		<li>Umieść głowę zwłok w trzypinowym zacisku czaszki (tabela materiałów).</li>
		<li>Wykonaj nacięcie skóry czołowo-skroniowej za pomocą skalpela.</li>
		<li>Usuń skórę i mięśnie za pomocą skalpela, kleszczy i nożyczek.</li>
		<li>Wykonaj jeden lub więcej otworów w czaszce, aż do osiągnięcia opony twardej; użyj wiertła z kompaktowym reduktorem prędkości i nasadką do perforatora czaszki 14 mm przy 79 000 obr./min (tabela materiałów).</li>
		<li>Wytnij płat kostny i otwórz czaszkę za pomocą frezarki górnowrzecionowej o wymiarach 2 mm x 15,6 mm z nasadką do zadziorów w kształcie kołka 2,1 mm z prędkością wiertła 80 000 obr./min (tabela materiałów).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Usuń oponę twardą, pajęczynówkę i pia mater i przeprowadź sekcję za pomocą mikrodysekcji pod mikroskopem w powiększeniu od 6X do 40X5,18
 (Tabela materiałów).</li>
</ol>
2. Technika preparacji włókien
UWAGA: Wykonuj wszystkie sekcje pod powiększeniem od 6X do 40X na mikroskopie chirurgicznym.
<ol>
	<li>Wykonuj sekcje włókien w sposób krokowy na każdej półkuli, od bocznej do środkowej i przyśrodkowej do bocznej.
	<ol>
		<li>Złuszcz korę mózgową za pomocą dysektora panfielda (tabela materiałów) i usuń wszystkie tkanki kory czołowej, aby odsłonić krótkie drogi włókien asocjacyjnych, które są włóknami U lub włóknami międzyzagrodowymi, które łączą sąsiednie zakręty5,13.</li>
		<li>Usuń krótkie włókna asocjacyjne za pomocą dysektora panfield i chirurgicznego mikrohaczyka, delikatnie przycinając pod mikroskopem (tabela materiałów), aby dotrzeć i odsłonić długie włókna asocjacyjne, które łączą odległe obszary na tej samej półkuli.</li>
		<li>Wejdź głęboko w długie włókna asocjacyjne, aby usunąć powierzchowne włókna asocjacyjne za pomocą chirurgicznego mikrohaka i dysektora panfielda; usuń każdą wiązkę włókien pod mikroskopem (tabela materiałów), aby odsłonić włókna spoidła projekcyjnego.</li>
		<li>Wyświetl każde z połączeń kompleksu SMA zgodnie z anatomią topograficzną, która została wcześniej zdefiniowana w literaturze2,8,18,19,20,21.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przechowuj wszystkie próbki (całe głowy i mózgi), które zostały użyte podczas sekcji, w 10% roztworze formaldehydu (tabela materiałów) między okresami sekcji.</li>
</ol>
3. 3D Technika fotograficzna
<ol>
	<li>Użyj czarnej platformy kolorystycznej podczas fotografowania okazów.</li>
	<li>Postępuj zgodnie z techniką fotografii 3D22.
	<ol>
		<li>Umieść każdy egzemplarz na zaprojektowanej platformie w kolorze czarnym.</li>
		<li>Wybierz scenę z pełnym widokiem próbki z przodu i zrób jedno zdjęcie, ustawiając ostrość aparatu na dowolnym punkcie preparatu w pobliżu punktu środkowego na ekranie aparatu (tabela instrumentów). Użyj lustrzanki jednoobiektywowej 18 do 55 mm f/3.5-5.6 lub obiektywu makro 100 mm f/2.8L i ustaw przysłonę na F29, ISO 100.</li>
		<li>Obróć aparat lekko w lewo, aż skrajny prawy punkt na ekranie aparatu będzie taki sam jak punkt ostrości powyżej. Przesuń aparat w prawo, aż środkowy punkt na ekranie nałoży się na oryginalny punkt ostrości na próbce. Ustaw ostrość aparatu na tym punkcie i zrób kolejne ujęcie.</li>
		<li>Utrzymuj odległość i oś aparatu od fotografowanej próbki na stałych wartościach.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Utwórz obraz 3D za pomocą programu do generowania obrazów 3D (Tabela materiałów).
	<ol>
		<li>Otwórz program 3D.</li>
		<li>Wybierz "Otwórz obrazy stereo z pliku".</li>
		<li>Wybierz dwa obrazy (po lewej i prawej stronie) i upewnij się, że lewy obraz znajduje się w lewym gnieździe, a prawy obraz w prawym gnieździe.</li>
		<li>Wybierz opcję "Anaglif półkolorowy RL/2" i wygeneruj anaglif w formacie jpeg.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
4. Technika DTI
<ol>
	<li>Uzyskaj wstępnie przetworzone dane dyfuzyjne za pomocą Human Connectome Project diffusion data23, pobierając je ze wspomnianej strony internetowej. 
	UWAGA: Dane są pobierane wstępnie przetworzone i składają się z następujących procedur: Dane dyfuzji zostały uzyskane u normalnych ochotników przy użyciu zmodyfikowanego urządzenia MRI 3 T (tabela instrumentów) wykorzystującego sekwencję obrazowania planarnego echa spinowego (EPI) z wielopasmowym przyspieszeniem obrazu24,25,26,27,28. Odpowiednie parametry sekwencji obejmują: TR = 5 520 ms; TE = 89,5 ms; Pole widzenia = 210 x 180 mm; macierz = 168 x 144; Grubość plastra = 1,25 mm (rozmiar woksela 1,25 x 1,25 x 1,25 mm); współczynnik wielopasmowy = 3; i wartości b = 1,000 S/mm2 (95 kierunków), 2,000 S/mm2 (96 kierunków) i 3,000 S/mm2 (97 kierunków). Dane zostały następnie przetworzone przy użyciu FreeSurfer29i FSL30; Proces obejmował korekcję prądów wirowych, korekcję ruchu, normalizację intensywności B0, korekcję zniekształceń podatności oraz korekcję nieliniowości gradientu<klasa SUP="Xref">28,<klasa SUP="Xref">31,<klasa SUP="Xref">32,<klasa SUP="XREF">33. Odpowiednie obrazy MP-RAGE ważone T1 są również zawarte w pakiecie do pobrania. Procedury są udokumentowane w podręczniku procedur Human Connectome Project23.</li>
	<li>Przetwarzanie końcowe danych dyfuzji za pomocą Diffusion Spectrum Imaging (DSI) Studio34w celu wygenerowania szacowanej funkcji rozkładu orientacji dyfuzji pod względem wokseli (ODF) przy użyciu algorytmu uogólnionego obrazowania q-sampling (GQI)35.
	<ol>
		<li>Załaduj pobrany zestaw danych do oprogramowania, wybierając "KROK 1: Obrazy open source" i wybierając plik data.nii.gz.</li>
		<li>Wybierz przycisk "KROK 2: Rekonstrukcja". Po zweryfikowaniu maski mózgowej przejdź do "Krok 2" i wybierz "GQI" jako metodę rekonstrukcji. Wybierz "r^2 waga" ze "stosunkiem długości" "1.0". Pozostaw pozostałe opcje jako domyślne.</li>
		<li>Wybierz opcję "Uruchom rekonstrukcję".</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Umieść odpowiednie nasiona dla regionów zainteresowania, aby usprawnić śledzenie światłowodów.
	<ol>
		<li>W oknie "Region" kliknij przycisk "Atlas", aby umieścić nasiona dla pęczka podłużnego górnego (SLF) I. Wybierz "Brodmann" i dodaj "Region 6" i "Region 7". W oknie regionu ustaw typ "Region 6" na "seed", a typ "Region 7" na "region-of-inclusions" (ROI).
		<ol>
			<li>Wybierz "Nowy region" w oknie regionu i ręcznie narysuj ROI w najbardziej tylnym aspekcie górnego zakrętu czołowego w płaszczyźnie koronalnej. Wykonaj śledzenie światłowodu zgodnie z opisem w kroku 4.4.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Umieść nasiona SLF II w podobny sposób, używając "Nowy region" w oknie regionu i rysując obszar "nasion" w tylnym aspekcie środkowej istoty białej zakrętu czołowego w płaszczyźnie koronalnej. Wybierz zwrot z inwestycji za pomocą "Atlasu" (jak w kroku 4.3.1) i regionów Brodmanna 9, 10, 46, 39 i 19. Wykonaj śledzenie światłowodu zgodnie z opisem w kroku 4.4.</li>
		<li>Umieść nasiona SLF III z regionem "seed", używając "Atlas" (jak w kroku 4.3.1) w oknie regionu i wybierając "Region 40" z atlasu Brodmanna i ROI z "Atlas..." w "Region 40" i "Region 44". Wykonaj śledzenie światłowodu zgodnie z opisem w kroku 4.4.</li>
		<li>Umieść nasiona włókien modzelowatych za pomocą "Nowego regionu" w oknie regionu i narysuj "ziarno" w płaszczyźnie strzałkowej obejmującej ciało modzelowate. Wykonaj śledzenie światłowodu zgodnie z opisem w kroku 4.4.</li>
		<li>Umieść nasiona włókien zakrętu obręczy za pomocą "Nowego regionu" w oknie regionu i narysuj obszar "nasion" w środkowym zakręcie obręczy w widoku koronalnym. Użyj "Nowy region", aby narysować dwa ROI, jeden w bardziej przednim zakręcie obręczy i jeden w tylnym zakręcie obręczy w widoku koronalnym. Wykonaj śledzenie światłowodu zgodnie z opisem w kroku 4.4.</li>
		<li>Umieść nasiona włókien klaustrokorowych za pomocą "Nowy region" w oknie regionu i narysuj "ziarno" w klauzurze z ROI w koronie promienistej za pomocą funkcji "Atlas...". Wybierz atlas jako "JHU-WhiteMatter-labels-1mm".
		<ol>
			<li>Wybierz i dodaj "Anterior_corona_radiata", "Posterior_corona_radiata" i "Superior_corona_radiata". Narysuj obszar unikania dla wszystkich włókien przechodzących przez płaszczyznę niższą od poziomu klauzury w płaszczyźnie osiowej, używając opcji "Nowy region" w oknie regionu. Wykonaj śledzenie światłowodu zgodnie z opisem w kroku 4.4.</li>
		</ol>
		</li>
		<li>Umieść nasiona drogi korowo-rdzeniowej za pomocą "nasiona" z "Atlasu... " w oknie regionu; wybierz "JHU-WhiteMatter-labels-1mm" i dodaj region "Corticospinal_tract". Wykonaj śledzenie światłowodu zgodnie z opisem w kroku 4.4.</li>
		<li>Umieść nasiona na czołowy skośny przewód (FAT) za pomocą regionu "nasion" z "Atlasu... " w oknie regionu i wybierając atlas Brodmanna i zwrot z inwestycji "Region 6" w "Region 44" i "Region 45". Wykonaj śledzenie światłowodu zgodnie z opisem w kroku 4.4.</li>
		<li>Umieść nasiona drogi czołowo-prążkowej (FST) z "nasionem" w "Regionie 6" za pomocą "Atlasa... " funkcji. Wstaw nowe regiony w polach "caudate", "crumamen" i "globus pallidus" z atlasu "HarvardOxfordSub" i ustaw typ w oknie regionu na "end"." 
		UWAGA: Śledzenie włókien dla FST zostanie przeprowadzone poprzez wybór nasion regionu 6 i tylko jednego z nasion podkorowych na sesję śledzenia (tj. region 6 i jądro ogoniaste, następnie region 6 i skorupa, a na końcu region 6 i gałka blada).
		<ol>
			<li>Wykonaj śledzenie światłowodu zgodnie z opisem w kroku 4.4 dla każdej kombinacji.</li>
		</ol>
		</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wykonaj śledzenie światłowodu dla każdej z powyższych kombinacji.
	<ol>
		<li>W oknie "Opcje" ustaw parametry śledzenia jako: indeks zakończenia qa równy 0,08, próg kątowy 75, rozmiar kroku 0,675, wygładzanie 0,2, minimalna długość 20 mm i maksymalna długość 200 mm. Wybierz orientację ziarna jako "Wszystkie", pozycję początkową jako "Subwoksel" i losowo podziel rozstawienie jako "Włączone". Użyj interpolacji w kierunku trójliniowym z algorytmem śledzenia usprawnionego (Euler). Dla każdej kombinacji powyższych regionów wybierz "Uruchom śledzenie" w oknie "Trakty światłowodowe". 
		UWAGA: Ze względu na losowy charakter śledzenia, wyraźne "fałszywe włókna" są identyfikowane i selektywnie usuwane, a obszary unikania są rysowane ręcznie jako "Nowy Region".</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Rejestr afiniczny: wyodrębniony mózgiem skan 3D MP-RAGE z T1 dostarczony w zestawie danych Human Connectome Project do danych dyfuzyjnych za pomocą funkcji "Slices -> Insert T1/T2 Images" programu DSI-Studio. Wygeneruj renderowanie powierzchni mózgu, wybierając opcję "Plasterki -> Dodaj powierzchnię izolacyjną". Użyj "progu" 665.</li>
</ol>

Autorzy deklarują brak konkurencyjnych interesów finansowych oraz brak źródeł finansowania i wsparcia, w tym sprzętu i leków.

Znaczenie i techniki badawcze dla szlaków istoty białej
Kora mózgowa jest akceptowana jako główna struktura neuronalna związana z 2,5 milionami lat życia człowieka. Około 20 miliardów neuronów rozdzieliło się na różne części w oparciu o morfologiczną i komórkową specyfikację40. Architektura każdej z tych części kory mózgowej została funkcjonalnie podgrupowana, taka jak zmysł sensomotoryczny i ruch, doświadczenie emocjonalne i złożone rozumowanie. Ustalono, że wszystkie zac...

Wśród 14 obszarów czołowych nakreślonych przez Brodmanna, obszar przedruchowy i przedczołowy, który znajduje się przed przedcentralną korą ruchową, od dawna uważany jest za cichy moduł, pomimo faktu, że płat czołowy odgrywa ważną rolę w poznaniu, zachowaniu, uczeniu się i przetwarzaniu mowy. Oprócz kompleksu dodatkowego obszaru motorycznego (SMA), składającego się z pre-SMA i SMA właściwego (obszar Brodmanna; BA 6), który rozciąga się przyśrodkowo, moduł przedruchowy/czołowy obejmuje grzbietowo-boczną korę przedczołową (BA 46, 8 i 9), czołowo-biegunową (BA 10) i brzuszno-boczną przedczołową (BA 47), a także część kory oczodołowo-czołowej (BA 11) na bocznej powierzchni mózgu1,2.
Kompleks SMA to znaczący obszar anatomiczny, który jest zdefiniowany przez jego funkcje i połączenia. Resekcja i uszkodzenie tego obszaru powoduje znaczne deficyty kliniczne znane jako zespół SMA. Zespół SMA jest ważnym stanem klinicznym, który jest szczególnie obserwowany w przypadkach glejaka czołowego, które zawierają kompleks SMA3. Kompleks SMA ma połączenia z układem limbicznym, zwojami podstawy, móżdżkiem, wzgórzem, SMA po stronie przeciwległej, górnym płatem ciemieniowym i częściami płatów czołowych za pośrednictwem dróg włóknistych. Kliniczny efekt uszkodzenia tych połączeń istoty białej może być poważniejszy niż w korze mózgowej. Dzieje się tak dlatego, że konsekwencje uszkodzenia kory mózgowej mogą z czasem ulec złagodzeniu ze względu na wysoką plastyczność kory mózgowej 4,5,6,7,8,9,10,11,12,. Dlatego anatomia regionalna SMA i szlaki istoty białej powinny być dogłębnie poznane, w szczególności w przypadku operacji glejaka.
Kompleksowe zrozumienie anatomii szlaków istoty białej jest ważne dla szerokiego spektrum leczenia zmian neurochirurgicznych. Niedawne badania nad trójwymiarową dokumentacją wyników anatomicznych, które uzyskano w mikrochirurgii, wykorzystano do lepszego zrozumienia anatomii topograficznej i wzajemnych powiązań szlaków istoty białej mózgu13,14. W związku z tym celem niniejszej pracy było zbadanie połączeń istoty białej kompleksu SMA (pre-SMA i SMA właściwego) przy użyciu kombinacji technik preparacji włókien na próbkach zwłok i traktografii obrazowania metodą rezonansu magnetycznego (MRI) oraz wyjaśnienie wszystkich metod i zasad obu technik oraz ich szczegółowej dokumentacji.
Planowanie i strategia studiów
Przed przeprowadzeniem eksperymentów przeprowadzono przeszukiwanie literatury na temat podstawowych zasad sekcji włókien, procedur, które muszą być zastosowane do próbek przed i podczas sekcji, oraz wszystkich połączeń między obszarami SMA, które zostały ujawnione podczas sekcji i DTI. Dokonano przeglądu wcześniejszych badań nad anatomiczną lokalizacją i separacją obszarów pre-SMA i SMA-właściwych oraz nad anatomią topograficzną ich połączeń.

<table><tbody><tr><td>%4 Roztwór paraformaldehydu</td><td>AFFYMETRIX, Inc.</td><td>2046C208</td><td>służy do mocowania</td></tr><tr><td>Zamrażarka</td><td>INSIGNA</td><td>NS-CZ70WH6</td><td>służy do zamrażania</td></tr><tr><td>Panfield Dissector</td><td>AESCULAP</td><td>FD305</td><td>służy do rozwarstwiania</td></tr><tr><td>Mikronożyczki chirurgiczne</td><td>W. Lorenz</td><td>04-4238</td><td>służy do miscrodispreparu</td></tr><tr><td>Chirurgiczny Micro Hook</td><td>V. Mueller</td><td>NL3785-009</td><td>służy do miscrodissection</td></tr><tr><td>NOSZE DO MIKRONACZYŃ/ DILATOR</td><td>W. Lorenz</td><td>04-4324</td><td>używany do błędnej sekcji</td></tr><tr><td>Emax2 SC 2000 Konsola elektryczna</td><td>Anspach Companies</td><td>SC2102</td><td>używany do kraniatomii</td></tr><tr><td>Zestaw wierteł</td><td>Anspach Companies</td><td>NS-CZ70WH6</td><td>używany do kraniatomii</td></tr><tr><td>20-1000 mikroskop operacyjny</td><td>Moeller-Wedel, Niemcy</td><td>FS 4-20</td><td>używany do miscrodissection</td></tr><tr><td>Canon EOS 550D 18 MP CMOS APS-C Cyfrowa lustrzanka jednoobiektywowa Aparat fotograficzny</td><td>Canon Inc.</td><td>DS126271</td><td>służy do robienia zdjęć</td></tr><tr><td>Obiektyw makro EF 100 mm f/2.8L IS USM Canon</td><td>Inc.</td><td>4657A006</td><td>służy do robienia zdjęć</td></tr><tr><td>MR-14EX II Macro Ring Lite (Flash)</td><td>Canon Inc.</td><td>9389B002</td><td>używany do robienia zdjęć</td></tr><tr><td>Statyw</td><td>Lino Manfrotto</td><td>322RC2</td><td>używany do robienia zdjęć</td></tr><tr><td>MAYFIELD Infinity Skull Clamp</td><td>Integra Inc.</td><td>A0077</td><td>służy do mocowania głowicy</td></tr><tr><td>Zmodyfikowany skaner Skrya 3T "Connectome"</td><td>Siemens Company, Inc.</td><td>A911IM-MR-15773-P1-4A00</td><td>służy do skanowania DTI</td></tr><tr><td>XstereO Player</td><td>Jurij Gołubinsky</td><td>Wersja 3.6(22)</td><td>służy do tworzenia anaglifów</td></tr><tr><td>EF-S 18-55mm f/3.5-5.6 IS II SLR Obiektyw</td><td>Canon Inc.</td><td>2042B002</td><td>używany do robienia zdjęć</td></tr><tr><td>Skalpel</td><td>6B INVENT</td><td>7-104-L</td><td>służy do wykonywania nacięć</td></tr><tr><td>Kompaktowy reduktor prędkości</td><td>Anspach Companies</td><td>CSR60</td><td>służy do wykonywania otworu na zadziory</td></tr><tr><td>14 mm Perforator czaszki</td><td>Anspach Companies</td><td>CPERF-14-11-3F</td><td>służy do wykonywania otworu na zadziory</td></tr><tr><td>2 mm x 15,6 mm Frezarka karbowana</td><td>Anspach Companies</td><td>A-CRN-M</td><td>służy do wykonywania kraniotomii</td></tr><tr><td>2,1 mm Frezy w kształcie szpilki</td><td>Anspach Companies</td><td>03.000.130S</td><td>używane do wykonywania kraniotomii</td></tr></tbody></table>

ponowne zbadanie połączeń światłowodowych dodatkowego obszaru motorycznego: metodologia rozwarstwiania włókien, dti i dokumentacja trójwymiarowa

Fiber Connections of the Supplementary Motor Area Revisited: Methodology of Fiber Dissection, DTI, and Three Dimensional Documentation

Celem tego badania jest pokazanie metodologii badania połączeń istoty białej kompleksu dodatkowego obszaru motorycznego (SMA) (pre-SMA i SMA właściwego) przy użyciu kombinacji technik preparacji włókien na próbkach zwłok i traktografii rezonansu magnetycznego (MR). Protokół będzie również opisywał procedurę preparacji istoty białej ludzkiego mózgu, obrazowanie traktograficzne tensora dyfuzji oraz dokumentację trójwymiarową. Sekcje włókien na ludzkich mózgach oraz dokumentacja 3D zostały przeprowadzone w Laboratorium Mikrochirurgii i Neuroanatomii Uniwersytetu Minnesoty, Wydział Neurochirurgii. Pięć pośmiertnych próbek ludzkiego mózgu i dwie całe głowy przygotowano zgodnie z metodą Klinglera. Półkule mózgowe były preparowane krok po kroku od bocznej do przyśrodkowej i przyśrodkowej do bocznej pod mikroskopem operacyjnym, a obrazy 3D były rejestrowane na każdym etapie. Wszystkie wyniki sekcji zostały poparte obrazowaniem tensora dyfuzji. Przeprowadzono również badania połączeń zgodnie z klasyfikacją dróg włókien Meynerta, w tym włókien asocjacyjnych (krótkie, górne pęczki podłużne I i czołowe drogi skośne), włókien projekcyjnych (korowo-rdzeniowe, klaustrockorowe, cingulum i czołowo-prążkowe) oraz włókien spoidła (włókna modzelowate).

Kompleks SMA znajduje się w tylnej części zakrętu czołowego górnego. Granice kompleksu SMA wyznaczają: bruzda przedcentralna z tyłu, bruzda czołowa górna od dołu i z boku oraz bruzda obręczy od dołu i od strony przyśrodkowej18. Kompleks SMA składa się z dwóch części: przedniej części SMA (pre-SMA) z przodu oraz właściwej SMA z tyłu18. Między tymi dwiema częściami istnieją różnice w zakresie połączeń istoty białej oraz funkcji<sup class="xref...

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

The purpose of this study is to show the methodology for the examination of the white matter connections of the supplementary motor area (SMA) complex ...

Ogólnym celem niniejszego projektu jest zbadanie połączeń włókien kompleksu motorycznego dodatkowego u ludzi, z wykorzystaniem kombinacji śledzenia włókien in vivo za pomocą MRI oraz mikrodysekcji włókien na preparatach pośmiertnych. Metoda ta może pomóc w odpowiedzi na kluczowe pytania w dziedzinie anatomii istoty białej ludzkiego mózgu, takie jak sposób przeprowadzania mikrodysekcji i techniki DTI oraz sposób wykonywania fotografii 3D i dokumentacji tych badań. Główną zaletą tej techniki jest możliwość kompleksowego zrozumienia anatomii szlaków istoty białej dodatkowego obszaru motorycznego.Implikacje tej techniki rozciągają się na terapię i chirurgię guzów mózgu, ponieważ techniki śledzenia włókien in vivo mogą być stosowane w okresie przedoperacyjnym w celu zminimalizowania powikłań pooperacyjnych. W tym kontekście metoda ta może dostarczyć informacji na temat połączeń włókien dodatkowej kory ruchowej, a także może być zastosowana praktycznie w każdym innym regionie mózgu w celu oceny połączeń szlaków włókien. Zazwyczaj osoby rozpoczynające pracę z dyfuzyjnym śledzeniem włókien w MRI napotykają trudności, ponieważ bardziej powszechnie stosowane obrazowanie tensora dyfuzji posiada znaczące ograniczenia w możliwości modelowania włókien przecinających się, obok innych limitacji.W związku z tym zastosowaliśmy metodę uogólnionego modelowania próbkowania Q (generalized Q-sampling modeling), aby umożliwić dokładniejszą traktografię włókien. Procedurę zaprezentuję wraz z dr. Cevikiem, stypendystą w dziedzinie neuroanatomii z naszego laboratorium. Na początek należy przygotować mózgi utrwalone w formalinie zgodnie z metodą Klinglera.Umieść głowę zwłok w trzybolcowym uchwycie do czaszki i za pomocą skalpela wykonaj nacięcie skóry w okolicy czołowo-skroniowej. Następnie, używając skalpela, pincety i nożyczek, usuń skórę oraz mięśnie z głowy. W kolejnym kroku, używając wiertarki z kompaktowym reduktorem prędkości i nasadką perforatora czaszkowego 14 mm, wykonaj jeden lub więcej otworów trepanacyjnych w czaszce, aż do osiągnięcia opony twardej.Następnie za pomocą frezarki z końcówką frezującą należy wyciąć płat kostny. Otwórz czaszkę i odsłoń mózg. Po odsłonięciu usuń oponę twardą, pajęczynówkę oraz oponę miękką, a następnie umieść tkankę pod mikroskopem przy powiększeniu od 6 do 40 razy.Użyj dyssektora Penfielda do dekortykalizacji kory mózgowej i usunięcia wszystkich tkanek czołowo-korowych w celu odsłonięcia krótkich szlaków włókien asocjacyjnych. Można je zidentyfikować jako włókna typu U lub włókna międzyzakrętowe, które łączą sąsiednie zakręty. Przy pomocy mikrohaka delikatnie usuń krótkie włókna asocjacyjne, aby dotrzeć do długich włókien asocjacyjnych i je odsłonić; łączą one odległe obszary w obrębie tej samej półkuli.Drogi istoty białej składają się z umielinizowanych włókien i są badane w trzech głównych kategoriach. Włókna asocjacyjne stanowią szerokie połączenia między różnymi obszarami kory w tej samej półkuli; włókna komisuralne zapewniają połączenie między obiema półkulami, a włókna projekcyjne zapewniają połączenie między korą a głębszymi częściami mózgu oraz rdzeniem kręgowym. Następnie należy użyć chirurgicznego mikrohaczyka oraz dyssektora Penfielda, aby dotrzeć głęboko do długich włókien asocjacyjnych i usunąć powierzchowne włókna asocjacyjne.Usuń poszczególne pęczki włókien, aby odsłonić włókna komisuralne projekcyjne. Rozpocznij od umieszczenia preparatu na specjalnej platformie w kolorze czarnym. Wybierz widok z przodu, ukazujący cały preparat.Następnie wykonaj zdjęcie, ustawiając ostrość aparatu na dowolnym punkcie preparatu znajdującym się blisko środka ekranu aparatu. Obróć lekko aparat w lewo, aż najbardziej prawy punkt na ekranie aparatu pokryje się z powyższym punktem ostrości. Następnie przesuń aparat w prawo, aż punkt środkowy na ekranie nałoży się na pierwotny punkt ostrości na preparacie.Ustaw ostrość aparatu na tym punkcie i wykonaj kolejne zdjęcie. W programie do grafiki 3D otwórz obrazy stereo w taki sposób, aby obraz lewy znajdował się w lewym slocie, a obraz prawy w prawym slocie. Następnie wybierz opcję Half Color Anaglyph RL2 i wygeneruj anaglif w formacie JPEG.Rozpocznij od pobrania danych dyfuzyjnych przed przetwarzaniem ze strony internetowej Human Connectome Project. Następnie przeprowadź ich postprocessing za pomocą programu Diffusion Spectrum Imaging Studio. Aby to osiągnąć, załaduj zbiór danych do oprogramowania, wybierając najpierw opcję Step1 Open Source Images, a następnie wybierając plik danych nii.plik gz. Następnie wybierz przycisk Step2 Reconstruction. Po zweryfikowaniu mapy mózgu wybierz generalized Q-sampling imaging jako metodę rekonstrukcji.Następnie wybierz ważenie r-squared z proporcją długości 1.0. Pozostałe ustawienia pozostaw domyślne, a następnie wybierz Run Reconstruction. Umieść punkty startowe dla drogi korowo-rdzeniowej, korzystając z funkcji Atlas w oknie Region.Wybierz etykiety JHU White Matter 1 millimeter oraz obszar drogi korowo-rdzeniowej. Następnie przeprowadź śledzenie włókien, przechodząc najpierw do okna Options i ustawiając parametry śledzenia zgodnie z tym, co pokazano tutaj. Wybierz opcję All dla orientacji punktów startowych (seed orientation), Subvoxel dla pozycji punktów startowych (seed position) oraz On dla randomizacji punktów startowych (randomized seeding). Ponadto zastosuj interpolację kierunku Trilinear z algorytmem śledzenia streamline oraz wybierz Run Tracking w oknie traktu włókien.Ze względu na randomizowany charakter śledzenia, mogą pojawić się tzw. fałszywe włókna lub włókna niebędące przedmiotem zainteresowania. Można je usunąć, korzystając z obszarów unikania, które można narysować ręcznie jako nowy obszar. W oknie Region kliknij przycisk Atlas, aby umieścić ziarna dla pęczka podłużnego górnego 1.Wybierz FreeSurferDKT, left_superior_frontal oraz left_precuneus. Następnie w oknie Region ustaw typ dla left_precuneus na Seed, a typ dla left_superior_frontal na ROI. Następnie w oknie Region wybierz New Region i ręcznie narysuj obszar włączenia w najbardziej tylnej części zakrętu czołowego górnego w płaszczyźnie czołowej.Następnie wykonaj traktografię włókien zgodnie z wcześniejszym opisem. W kolejnym kroku przeprowadź ten sam proces dla pęczka podłużnego górnego II. Najpierw użyj funkcji New Region z okna Region i narysuj obszar startowy (seed region) w tylnej części istoty białej zakrętu czołowego środkowego w płaszczyźnie czołowej.Następnie wybierz regiony inkluzji, korzystając z atlasu FreeSurferDKT: left_rostral_middle_frontal oraz left_caudal_middle_frontal, a także regionu ctx_lh_G_pariet_inf-Angular z atlasu FreeSurferSeg. Zakończ ten proces, wykonując traktografię włókien zgodnie z wcześniejszym opisem.W celu śledzenia włókien pęczka podłużnego górnego 3, należy umieścić punkty startowe (seeds) w regionie ziarna przy użyciu narzędzia Atlas. Wybierz obszar ctx_lh_G_pariet_inf-Supermar z atlasu FreeSurferSeg. Następnie, w narzędziu Atlas wybierz region włączenia ctx_lh_G_front_inf-Opercular z atlasu FreeSurferSeg.Zakończ ten proces, wykonując traktografię włókien zgodnie z wcześniejszym opisem. W przypadku włókien spoidłowych umieść ziarna (seeds), korzystając z nowego regionu, a następnie narysuj ziarno w płaszczyźnie strzałkowej obejmujące ciałomózgowie. Zakończ ten proces, wykonując traktografię włókien zgodnie z wcześniejszym opisem, po zwiększeniu parametru Terminate if do 900 traktów.W celu analizy włókien obręczy, należy umieścić punkty startowe (seeds), tworząc nowy obszar i wyznaczając region startowy w obrębie zakrętu obręczy przedniej w widoku czołowym. Używając funkcji New Region, należy wyznaczyć obszar włączenia w zakręcie obręczy tylnej w widoku czołowym. Proces ten należy zakończyć, wykonując śledzenie włókien zgodnie z wcześniejszym opisem.Następnie, przy użyciu funkcji Atlas, określ punkty startowe (seeds) dla włókien klaustrokortykalnych, umieszczając region w Claustrum zgodnie z atlasem Talairacha. Następnie wybierz Atlas i dodaj regiony left_superior_parietal oraz left_superior_frontal z atlasu FreeSurferDKT. W oknie Region ustaw Claustrum jako End, a dwa pozostałe regiony jako Seed.W zależności od dokładności rejestracji, pozycje obszarów mogą wymagać pewnych modyfikacji, w szczególności w przypadku claustrum ze względu na niewielki rozmiar tej struktury. Można to zrobić, klikając prawym przyciskiem myszy na dany obszar w oknie Region i wybierając zmianę pozycji z opcji Move Region. Przeprowadź śledzenie włókien zgodnie z poprzednimi krokami.Wyznacz punkty startowe dla przedniego pasma skośnego, najpierw wybierając funkcję Atlas i zaznaczając left_pars_opercularis z atlasu FreeSurferDKT, a następnie kolejny obszar za pomocą funkcji Atlas, wybierając Supp_Motor_Area_L z atlasu aal. Następnie w oknie Region ustaw left_pars_opercularis jako End, a Supp_Motor_Area_L jako Seed. Dla przedniego pasma prążkowiowego ponownie wybierz funkcję Atlas, a następnie Supp_Motor_Area_L z atlasu aal.Następnie wybierz funkcję Atlas, a potem zaznacz Striatum_L z atlasu ATAG_basal_ganglia. W oknie Region ustaw Striatum_L jako End, a Supp_Motor_Area_L jako Seed. Następnie wygeneruj rendering powierzchni mózgu, wybierając Slices i Add Isosurface.Wartość progowa może się różnić w zależności od zbioru danych i może wymagać dostosowania do momentu uzyskania satysfakcjonujących wyników. Kluczowe jest lepsze zrozumienie anatomii topograficznej, w szczególności poprzez badania anatomiczne 3D, oraz wykorzystanie cech klinicznych tych połączeń do planowania operacji w celu zapobiegania trwałym uszkodzeniom. Kompleks dodatkowego pola ruchowego składa się z dwóch części: przedniego Pre-SMA, pokazanego tutaj na fioletowo, oraz tylnego SMA-Proper, pokazanego na zielono.Połączenia korowe i podkorowe tych dwóch części są tutaj przedstawione z wykorzystaniem technik dyssekcji włókien oraz DTI. Po dekortykacji odsłonięte zostają krótkie włókna asocjacyjne, zwane włóknami U. Włókna U łączą ze sobą sąsiednie zakręty, na przykład przednią część SMA z właściwym SMA oraz właściwy SMA z korą ruchową.Na tym widoku bocznym widoczne są połączenia tworzone przez SLF 1, 2 i 3. Po usunięciu części SLF 2 na poziomie korony odsłonięto FAT. Włókna FAT biegną ukośnie z obszaru SMA do zakrętów czołowych dolnych i stają się powierzchowne w Pars Opercularis.Tutaj widoczna jest odsłonięta granica rozkładu włókien klaustrokortykalnych na obszarze kory. Znajduje się ona pomiędzy przednią częścią przedniego obszaru SMA a tylną częścią płata ciemieniowego. Technika DTI jest potężnym narzędziem do wizualizacji rozmieszczenia włókien w całym mózgu.Przedstawione tutaj obrazy podkreślają położenie włókien SLF, a także opisują relację między FAT a FST. Ponadto technikę tę można wykorzystać do wykazania położenia włókien ciałowołkowkowych, włókien obręczy oraz włókien klaustrokortykalnych. Podczas przeprowadzania procedury śledzenia MRI należy pamiętać, że jakość danych ma kluczowe znaczenie dla sukcesu.W tym projekcie wykorzystujemy wysokiej jakości dane z bazy danych Human Connectome Project. Regularnie powielamy takie wyniki na naszych klinicznych skanerach 3D, jednak należy pamiętać, że pozyskanie danych tak wysokiej jakości może wymagać długotrwałego obrazowania MRI, w zależności od dostępnego skanera MRI. Zrozumienie połączeń traktów włókien kompleksu dodatkowego pola ruchowego jest niezbędne do planowania operacji płata czołowego.Po obejrzeniu tego filmu powinni Państwo posiadać gruntowną wiedzę na temat mikrosurgikalii w powiązaniu z anatomią kompleksu dodatkowego pola ruchowego.

fiber-connections-supplementary-motor-area-revisited-methodology

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

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

Aby zbadać reorganizację mózgu w warunkach patologicznych, użyliśmy pomp miniosmotycznych do bezpośredniego dostarczania białka do mózgu, omijając barierę krew-mózg. Następnie wstrzykuje się znaczniki dróg oddechowych w celu zbadania zmian w połączeniach mózgowych pod wpływem białka.

Implantacja pomp miniosmotycznych i dostarczanie znaczników dróg oddechowych w celu zbadania reorganizacji mózgu w stanach patofizjologicznych

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

Celem tego projektu jest opracowanie interaktywnego, specyficznego dla pacjenta procesu modelowania, aby symulować efekty głębokiej stymulacji mózgu w czasie zbliżonym do rzeczywistego i dostarczyć istotnych informacji zwrotnych na temat tego, jak te urządzenia wpływają na aktywność neuronalną w mózgu.

Celowanie w szlaki włókien nerwowych w celu terapii głębokiej stymulacji mózgu przy użyciu interaktywnych, specyficznych dla pacjenta modeli

Tutaj prezentujemy protokół zastosowania parametrów obrazowania tensora dyfuzji do oceny ucisku rdzenia kręgowego.

Rezonans magnetyczny tensora dyfuzji w przewlekłym ucisku rdzenia kręgowego

Tutaj opisujemy standaryzowany protokół mapowania motorycznego z wykorzystaniem nTMS połączony z rekonstrukcją drogi korowo-rdzeniowej (CST) opartą na obrazowaniu tensorowym dyfuzji (DTI). Protokół jest powtarzalny, klinicznie wykonalny i łatwo integrowalny z rutynowym procesem klinicznym, zapewniając solidne i wartościowe ramy do oceny szlaków ruchowych, badań nad neuroplastycznością oraz planowania rehabilitacji.

Standaryzowany protokół do funkcjonalnego mapowania motorycznego z wykorzystaniem nawigowanej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej

System Gigantycznych Włókien jest prostym obwodem neuronalnym u dorosłych Drosophila melanogaster, zawierającym największe neurony w organizmie muchy. Opisujemy protokół monitorowania przekaźnictwa synaptycznego w tej ścieżce poprzez rejestrację potencjałów postsynaptycznych w mięśniach grzbietowych podłużnych (DLM) i tergotrochanteralnych (TTM) po bezpośredniej stymulacji interneuronów Gigantycznych Włókien.

Rejestracje elektrofizjologiczne z drogi włókna olbrzymiego D. melanogaster

Przedstawiono metodę sekcji in vivo brzusznego sznura nerwowego (VNC) dorosłego owada Drosophila. Ta konkretna metoda sekcji powoduje niewielkie uszkodzenia VNC, co umożliwia późniejsze znakowanie neuronów włókien olbrzymich barwnikiem fluorescencyjnym w celu uzyskania obrazów o wysokiej rozdzielczości.

Przygotowanie całego preparatu brzusznego sznura nerwowego dorosłej Drosophila do wstrzykiwania barwnika do włókien olbrzymich

Poznaj metodologię badania połączeń światłowodowych obszaru motorycznego przy użyciu rozwarstwiania włókien i zaawansowanej traktografii MR. Technika ta wspiera planowanie neurochirurgiczne i minimalizację powikłań.

Ponowne zbadanie połączeń światłowodowych dodatkowego obszaru motorycznego: metodologia rozwarstwiania włókien, DTI i dokumentacja trójwymiarowa (Wideo) | JoVE Journal

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

Przeglądaj więcej filmów