De alta resolução funcionais Métodos ressonância magnética para Midbrain Humanos

O objetivo geral deste procedimento é medir sinais de FMRI de alta resolução no mesencéfalo e no tronco encefálico humanos. Isso é realizado primeiramente apresentando o estímulo visual apropriado ao sujeito da pesquisa. Em seguida, um conjunto ideal de FMRI.

Procedimentos e parâmetros são utilizados para coletar dados, e os dados são analisados usando uma combinação de técnicas de análise padrão e baseadas em superfície. O passo final é sobrepor os dados em uma representação tridimensional da superfície para visualização. Em última instância, a fRMI de alta resolução é usada para mostrar uma representação topográfica do ângulo polar em resposta à estimulação visual no colículo superior humano.

A principal vantagem desta técnica em relação aos métodos existentes para estruturas subcorticais é que somos capazes de alcançar uma alta resolução ao superar a baixa relação sinal-ruído associada à ressonância magnética funcional de alta resolução. Isso é possível graças ao uso de técnicas especializadas de aquisição e análise de imagens. Embora este método tenha sido projetado especificamente para imagear a função no colículo superior humano, ele também pode ser aplicado a outras regiões subcorticais, como o núcleo geniculado lateral, colículo inferior ou núcleo subtalâmico.

Para obter um ângulo polar, no mapa atópico da retina na Colus superior, primeiro estabeleça um paradigma funcional utilizando um setor de 90 graus de pontos em movimento como estímulo. O estímulo é dividido em dois por três setores virtuais, com os pontos em um dos setores escolhidos aleatoriamente em cada tentativa para mover-se mais devagar ou mais rápido do que todos os outros pontos. Abaixo, há um exemplo de tentativa com os pontos do setor esquerdo central movendo-se mais rápido do que os pontos nos outros setores.

Após cada tentativa, a cunha gira em torno do ponto de fixação em incrementos de 30 graus, de modo que o estímulo complete um ciclo completo com um período de 24 segundos. Cada execução consiste em nove voltas e meia do estímulo, e as sessões experimentais devem incluir de 16 a 18 execuções antes da aquisição de imagens. Peça a cada sujeito que pratique a tarefa visual em cada tentativa de dois segundos.

Instrua o participante a atentar-se secretamente para o setor e realizar uma tarefa de discriminação de velocidade mantendo a fixação. Usando um botão, o participante deve indicar se os pontos em um dos setores estão se movendo mais rápido ou mais devagar do que os outros setores. Antes da aquisição, os procedimentos padrão de segurança em ressonância magnética devem ser seguidos. Posicione o participante na mesa do escâner e coloque a bobina de RF sobre a cabeça.

Em seguida, certifique-se de fixar a cabeça do sujeito com almofadas de espuma para minimizar movimentos. Explique que a RMf é particularmente sensível a artefatos de movimento, especialmente nas altas resoluções espaciais utilizadas neste estudo. Coloque também um teclado de botões COMPATÍVEL COM RM em uma das mãos e forneça instruções sobre qual botão pressionar durante a tarefa.

O estímulo é projetado em uma tela de exibição vista por meio de um espelho montado na bobina. O colículo superior humano é uma estrutura pequena, mas distinta, com cerca de nove milímetros de diâmetro, localizada na superfície dorsal do mesencéfalo, e são necessárias várias séries de imagens localizadoras para sua localização precisa. Execute os localizadores ao longo dos planos sagital, axial e coronal.

Agora, utilize essas imagens localizadoras para prescrever com precisão o colículo superior com oito a 10 cortes contíguos. Em seguida, obtenha imagens estruturais ponderadas em T1 de alta resolução utilizando uma sequência SPGR tridimensional. Essas imagens serão usadas para alinhar os dados de FMRI a um volume de referência estrutural de alta resolução, que deve ser obtido em uma sessão separada.

A seguir, configure a aquisição de imagem funcional utilizando uma trajetória espiral de três disparos para obter um tamanho de pixel no plano de 1,2 milímetros. Ajuste o tempo de eco para 40 milissegundos, o que é mais longo do que o tipicamente usado na córtex, correspondendo a um valor medido mais elevado de T2*. Defina o TR para um segundo, de modo que um volume seja adquirido a cada três segundos.

Quando pronto, inicie a varredura enquanto executa o paradigma funcional. Após a conclusão da aquisição funcional, obtenha outra série de imagens estruturais de alta resolução T1 em uma sessão separada. Para cada sujeito, obtenha um volume de referência de alta resolução utilizando uma sequência ponderada em T1 que forneça bom contraste entre os tecidos.

Esta sequência terá cerca de 28 minutos de duração. Após a conclusão da aquisição de imagens, utilize uma combinação de técnicas automáticas e manuais fornecidas no software ITK SNAP para segmentar partes do tronco encefálico e do tálamo no volume de alta resolução. A interface entre o tecido e o líquido cefalorraquidiano do colículo superior é interpolada a partir da segmentação usando tesselação de densidade ISO e, em seguida, refinada para produzir uma representação suave e precisa da superfície.

Esta superfície fornece vértices e normais que são utilizados para cálculos laminares, bem como um meio para visualizar dados funcionais. A análise descrita utiliza o pacote de software Mr.Vista, bem como ferramentas desenvolvidas sobre a estrutura do Mr.Vista. Comece inicializando uma sessão e escolhendo a opção de normalizar espacialmente a intensidade dos dados médios para reduzir os efeitos da não homogeneidade da bobina e descartar a primeira metade do ciclo de imagens.

Para evitar efeitos transientes de equilíbrio magnético e hemodinâmicos. Em seguida, abra o software Mr.Vista. Depois, realize correções de movimento do sujeito e de temporização de fatias.

Em seguida, faça a média das múltiplas execuções registradas dentro de cada sessão. Para melhorar a relação sinal-ruído, alinhe os dados estruturais da sessão de FMRI ao volume de referência. Carregue o alinhamento e a segmentação no Mr.Vista.

Em seguida, transforme os dados da série temporal funcional no volume de referência segmentado. Nos passos a seguir, utilize ferramentas desenvolvidas no framework Mr.Vista. Calcule um mapa de distância determinando a distância entre cada vóxel do tecido SC e seu vértice mais próximo na superfície SE.

Essas distâncias são usadas para medir a posição laminar dentro do volume de referência. Em seguida, realize um processo de segmentação laminar para permitir a média por profundidade dos dados da série temporal, melhorando a relação sinal-ruído (SNR). Para cada ponto na superfície do colículo superior (SC), utilize essas associações laminares para fazer a média da série temporal em uma faixa de profundidade especificada, a fim de analisar a representação topográfica dos dados.

Realize a análise de coerência na série temporal média de profundidade ajustando um sinusoide na frequência de repetição do estímulo para cada vóxel; a partir desse ajuste, derive mapas superficiais de resposta, amplitude, coerência e fase. A fase do ajuste sinusal medirá a posição do estímulo. Aqui, observamos dados de fase sobrepostos a uma superfície 3D do colículo superior, em que a fase zero corresponde ao meridiano vertical superior.

O estímulo então gira no sentido horário, de modo que uma fase de meio pi corresponde ao momento em que o estímulo girou até atingir o meridiano horizontal no campo visual direito. Após PI radianos de fase, o estímulo atravessa para o campo visual esquerdo e assim por diante. A resposta à estimulação visual é representada contralateralmente no colículo superior, sendo o campo visual esquerdo representado no colículo superior direito e vice-versa.

Os limites da extensão superficial total do colículo superior são marcados por linhas tracejadas vermelhas. Há uma organização topográfica da atividade. O campo visual superior direito é representado medialmente no colículo esquerdo e o campo inferior é representado lateralmente.

Da mesma forma, o campo visual superior esquerdo é representado medialmente no colículo direito e o inferior é representado lateralmente. Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como realizar FMRI de alta resolução no mesencéfalo e no tronco encefálico humanos; em particular, deverá ser capaz de compreender como apresentar um estímulo visual, coletar dados de FMRI de alta resolução, realizar análises padrão e baseadas em superfície, e finalmente renderizar os dados em uma superfície 3D para obter mapas tonotópicos na superfície do colículo superior.