Измерение различий в сером веществе с помощью воксельной морфометрии: музыкальный мозг

1. Наймите 40 музыкантов и 40 немузыкантов.

1. Музыканты должны иметь не менее 10 лет формального музыкального образования. Допустимо обучение игре на любом музыкальном инструменте. Музыканты также должны активно заниматься на своем инструменте не менее одного часа в день.
2. Контрольные субъекты должны иметь незначительную или формальную подготовку в игре на музыкальном инструменте.
3. Все участники должны быть правшами.
4. У всех участников не должно быть в анамнезе неврологических, психиатрических или сердечных расстройств.
5. У всех участников не должно быть металла на теле, который они не могут удалить, чтобы убедиться, что они безопасны для МРТ.

2. Процедуры предварительного сканирования

1. Заполните документы перед сканированием.
2. Когда участники приходят на сканирование с помощью фМРТ, попросите их сначала заполнить форму металлического экрана, чтобы убедиться, что у них нет противопоказаний к проведению МРТ, форму случайных результатов, дающую согласие на то, чтобы их сканирование было рассмотрено радиологом, и форму согласия с подробным описанием рисков и преимуществ исследования.
3. Подготовьте участников к работе со сканером, удалив с их тела весь металл, включая ремни, кошельки, телефоны, заколки для волос, монеты и все украшения.

3. Посадите участника в сканер.

1. Дайте участнику беруши, чтобы защитить их уши от шума сканера, и наушники, чтобы они могли слышать экспериментатора во время сканирования, и попросите их лечь на кровать, укутав голову в катушку.
2. Дайте участнику мяч для экстренного сжатия и попросите его сжать его в случае чрезвычайной ситуации во время сканирования.
3. Используйте поролоновые прокладки для фиксации головы участника в катушке, чтобы избежать лишних движений во время сканирования, и напомните участнику, что очень важно оставаться как можно более неподвижным во время сканирования, так как даже самые незначительные движения размывают изображение.

4. Сбор данных

1. Соберите анатомическое сканирование всего мозга с высоким разрешением. Это сканирование должно быть взвешенной по Т1 последовательности, такой как быстрое градиентное эхо с подготовкой к намагничиванию (MP-RAGE) с изотропными вокселями 1 мм.

5. Анализ данных

1. Удаляйте череп из каждого анатомического сканирования мозга с помощью автоматизированного программного обеспечения. Проверьте качество снятия черепа.
2. Создание шаблона серого вещества для конкретного исследования с использованием итерационного процесса линейной и нелинейной регистрации (рис. 1).
   1. Используйте автоматизированное программное обеспечение для сегментации мозга каждого субъекта на белое вещество, серое вещество и спинномозговую жидкость в зависимости от интенсивности каждого воксела.
   2. Выполните линейное аффинное преобразование с 12 степенями свободы, чтобы зарегистрировать мозг каждого субъекта в стандартном пространстве атласа, таком как атлас MNI152.
   3. Деформируйте изображение серого вещества каждого объекта в это пространство и усредните их все вместе.
   4. Отразите это изображение слева направо, а затем усредните зеркальные отражения вместе, чтобы получить шаблон мозга из серого вещества.
   5. Повторно зарегистрируйте мозг каждого субъекта в этом шаблоне с помощью нелинейного преобразования.
   6. Усредните все вновь преобразованные мозги вместе.
   7. Создайте зеркальное отражение этого нового шаблона и усредните два зеркальных отражения вместе, чтобы получить окончательный шаблон серого вещества для этого исследования.

Рисунок 1: Создание шаблона серого вещества для конкретного исследования. Используя итерационные линейные и нелинейные преобразования, каждый мозг регистрируется в общем пространстве и усредняется вместе, чтобы создать шаблон мозга серого вещества, специфичный для исследования.

3. Зарегистрируйте изображение серого вещества каждого объекта в шаблоне и выполните предварительную обработку.
   1. Используйте нелинейное преобразование, чтобы зарегистрировать мозг каждого испытуемого в соответствии с шаблоном, специфичным для исследования.
   2. Чтобы компенсировать то, насколько каждая структура мозга была растянута в соответствии с пространством шаблона, умножьте на меру того, сколько деформации было сделано. Эта мера называется якобианом варп-поля. Этот шаг призван учесть тот факт, что структуры могут иметь больше серого вещества просто потому, что они были растянуты в результате нелинейного процесса регистрации.
   3. Сгладьте данные с помощью ядра Гаусса с полной шириной полумаксимума (FWHM) 10 мм.
   4. Эти выровненные, сглаженные мозги послужат окончательными данными для воксельного анализа.
4. Используйте общую линейную модель для анализа разницы между группами в каждом вокселе.
   1. Моделируйте каждую группу мозга с помощью отдельного регрессора и вычисляйте контраст, который сравнивает две группы, создавая статистические карты, которые количественно оценивают вероятность различий в каждом вокселе.
   2. Пороговое значение статистических карт для выявления статистически значимых кластеров.
      1. Используйте метод коррекции множественных сравнений, такой как коэффициент ложного обнаружения (FDR), чтобы контролировать тот факт, что вы проводите тысячи одновременных статистических тестов. При использовании FDR значение q 0,01 оценит количество ложных срабатываний выше порогового значения в 1%.