Мы разработали методы картирования функции зрительной коры с использованием большего количества поля зрения, чем обычно используется. Этот подход имеет потенциал для улучшения оценки нарушений зрения и заболеваний глаз.
Методическая статья
* These authors contributed equally
Мы разработали методы картирования функции зрительной коры с использованием большего количества поля зрения, чем обычно используется. Этот подход имеет потенциал для улучшения оценки нарушений зрения и заболеваний глаз.
Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) с высоким разрешением, зависящая от уровня оксигенации крови (BOLD) с широким обзором, может быть использована для функционального картирования периферической и центральной зрительной коры. Этот метод измерения функциональных изменений зрительного мозга позволяет функционально картировать затылочную долю, стимулируя >100° (±50°) или более поля зрения, по сравнению со стандартными установками визуального представления фМРТ, которые обычно охватывают <30° поля зрения. Простая широкоугольная система стимуляции для BOLD fMRI может быть настроена с помощью обычных МР-совместимых проекторов, поместив большое зеркало или экран близко к лицу субъекта и используя только заднюю половину стандартной головной катушки, чтобы обеспечить широкий угол обзора, не мешая обзору. Широкоугольная карта ретинотопической фМРТ может быть затем визуализирована с использованием различных парадигм ретинотопической стимуляции, и данные могут быть проанализированы для определения функциональной активности областей зрительной коры, соответствующих центральному и периферическому зрению. Этот метод обеспечивает практичную, простую в реализации систему визуального представления, которая может быть использована для оценки изменений в периферической и центральной зрительной коре из-за заболеваний глаз, таких как глаукома, и потери зрения, которая может им сопутствовать.
Функциональная магнитно-резонансная томография (фМРТ) является ценным методом для оценки изменений регионарной сосудисто-нервной функции в зрительной коре в ответ на стимулы, поскольку изменения в регионарном кровотоке коррелируют с активацией областей мозга 1,2. Измерения сигналов, зависящих от уровня оксигенации крови (BOLD) с высоким разрешением, отражают изменения в дезоксигемоглобине, которые обусловлены локальными изменениями кровотока и оксигенации крови в головном мозге 1,2. Паттерны активности BOLD, собранные из данных фМРТ, могут быть использованы для функционального картирования периферической и центральной зрительной коры, а также для обнаружения изменений в ретинотопической карте в ответ на нарушение зрения и нейродегенерацию.
В большинстве предыдущих исследований фМРТ использовались неретинотопические стимулы узкого обзора (около ±12° центрального поля зрения) или простые ретинотопические стимулы с узкими зрительными стимулами, которые обеспечивали ограниченную функциональную парцелляцию ретинотопического представления в зрительной коре и ограничивали оценку только центральным полем зрения, исключая периферию3. Следовательно, данные фМРТ узкого обзора сообщают о противоречивых процентных изменениях BOLD у пациентов с глаукомой 4,5,6. В связи с этим существует потребность в улучшении подходов фМРТ к оценке периферического и центрального поля зрения, особенно при оценке таких заболеваний, как глаукома.
Глаукома является основной причиной необратимой слепоты, поражая 10% людей в возрасте до 80лет7. Глаукома вызывается прогрессирующей, необратимой нейродегенерацией ганглиозных клеток сетчатки, которые отвечают за передачу зрительных стимулов в мозг через зрительный нерв. При первичной открытоугольной глаукоме (ПОУГ), наиболее распространенной форме глаукомы, повышение внутриглазного давления вызывает истончение слоя нервных волокон сетчатки (RNFL), что приводит к потере периферического зрения с последующей периферической и центральной слепотой 8,9,10,11. Гистологические данные, полученные в исследованиях на животных, свидетельствуют о том, что глаукома дополнительно приводит к прогрессирующей нейродегенерации зрительного нерва, зрительного тракта, латерального коленчатого ядра, оптического излучения и зрительной коры12,13. Технология МРТ предлагает минимально инвазивный метод оценки как оксигенации крови, так и нейродегенерации в зрительной коре. У пациентов с глаукомой МРТ обнаружила признаки атрофии серого вещества в зрительном пути 13,14,15,16 и аномального белого вещества в зрительной хиазме, зрительном тракте и оптическом излучении 1,17,18.
Для дальнейшего изучения влияния на обработку зрительной информации, фМРТ может быть использована для определения функций мозга в ответ на визуальные сигналы. В данном протоколе описывается новый метод получения недорогой широкоугольной ретинотопической карты с использованием ретинотопической фМРТ высокого разрешения с широкоугольными (>100°) стимулами, описанный Zhou et al3. Визуальные стимулы в виде расширяющихся колец и вращающихся клиньев использовались для получения ретинотопического картирования эксцентриситета и полярного угла для фМРТ. Процентные изменения БОЛД фМРТ были проанализированы как функция эксцентриситета для оценки функции мозга, соответствующей как центральному, так и периферическому зрению. Процентное изменение BOLD fMRI может быть использовано для визуализации активации по всей зрительной коре. Эти измерения фМРТ представляют собой новый надежный метод оценки нейродегенеративных изменений и их функционального влияния на зрительную кору, обнаруженных при заболеваниях глаз, связанных с дефектами поля зрения, таких как глаукома.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Исследования с участием людей проводились в соответствии с институциональными рекомендациями Научного центра здоровья Техасского университета и Университета Стоуни-Брук, с получением информированного согласия участников на эти исследования и использование их данных.
1. Настройка МРТ-сканера и протоколов визуализации
2. Подготовка участников
3. ФМРТ-сканирование участника
4. Анализ данных ретинотопической фМРТ
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Девять участников с диагнозом ПОУГ (четверо мужчин, 36-74 года) и девять здоровых добровольцев соответствующего возраста (шесть мужчин, 53-65 лет) были оценены с использованием вышеупомянутого широкоугольного протокола фМРТ, как ранее описано Zhou et al3. ПОУГ был клинически подтвержден у пациентов с открытым углом путем оценки наличия дефектов поля зрения, соответствующих глаукоме, купированию диска зрительного нерва и/или внутриглазному давлению (ВГД) более 21 мм рт.ст.3....
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Приведенный выше протокол использования широкоугольной ретинотопической фМРТ является инновационным методом оценки влияния потери зрения и заболеваний глаз на головной мозг. Благодаря широкопольному ретинотопическому картированию зрительной коры с использованием экрана с более широким углом обзора, этот подход позволяет получить более полное представление о функциональной организации зрительной системы. Это может привести к лучшему пониманию аномалий в системе обработки зрительной информации мозга, которые возникают при ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторам нечего раскрывать.
Эта работа была поддержана Национальными институтами здравоохранения [R01EY030996].
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Нейлоновые машинные винты 1/4"-20, винт | для крепления стержня к раме из ПВХ | ||
| 1-1/4 дюйма труба | длиной ~5-10 футов необходим | ||
| 3T МРТ-сканер | Siemens | ||
| 6-32 нейлоновые машинные винты, закругленная головка | для крепления зеркала/экрана к стержню | ||
| 8-канальная головка массива катушки | Siemens | ||
| Локоть из ПВХ под углом 90 градусов, посадка | |||
| Акриловое зеркало | Ширина и длина 25-30 см | ||
| Акриловый стержень | шириной 1 дюйм, ~ 2 фута в длину в зависимости от размера отверстия сканера и катушки головки | ||
| E-Prime | Psychology Программные инструменты | для подготовки и представления визуальных стимулов парадигмы | |
| Фанерный лист, толщина | 1/2 дюйма | Размер должен быть как минимум таким же, как отверстие сканера. Вырежьте раму размером с отверстие для проекционного экрана | |
| обратной проекции | Размер должен быть не меньше отверстия сканера |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение