Зондирование мозга при аутизме Использование МРТ и тензора диффузии изображений

Общая цель данного эксперимента — изучить связи между областями мозга, которые важны для социального познания при аутизме. Используя функциональную МРТ и диффузионно-тензорную визуализацию мозга как у детей, так и у взрослых с аутизмом, это достигается путем разработки соответствующих экспериментов FMRI, а затем набора аутичных участников. Участники должны быть адекватно подготовлены к процедуре для получения качественных, функциональных и структурных изображений мозга.

Функциональные эксперименты представляются участнику в МРТ-сканере во время выполнения заранее заданной задачи. Полученные МР-изображения приводят к относительно большому объему данных для каждого эксперимента. Полученные данные нейровизуализации передаются на компьютерный сервер лаборатории, затем предварительно обрабатываются и подвергаются статистическому анализу путем создания моделей.

В дополнение к базовому анализу активации мозга, исследуются функциональные и анатомические связи у участников с аутизмом и контрольной группы. ФМРИ. Получены результаты, которые показывают сниженную активацию и более слабую функциональную связь во время социального познания у аутичных субъектов. Кроме того, анализ данных DTI указывает на аномальную целостность белого вещества при аутизме.

Этот метод может ответить на важные вопросы, касающиеся организации мозга и функционирования мозга при расстройствах аутистического спектра и, возможно, в один прекрасный день. Это может привести к выявлению неврологического маркера аутизма. Применение этой техники распространяется и на терапию аутизма, потому что выявление измененных связей между областями мозга может привести к разработке новых методов лечения, которые устраняют эти связи.

Таким образом, хотя этот метод может быть использован для оценки аутичного мозга, он также может быть использован в других методах, таких как изучение других нарушений развития нервной системы, а также того, как развивается типичный мозг. Потому что трудно представить МРТ-сканер детям с аутизмом, так как это шумная среда, к которой они чувствительны. Это компактное и потенциально клаустрофобное пространство, и это новая среда. Наглядная демонстрация этого метода имеет решающее значение для подготовки ребенка с аутизмом.

Для FMRI сканирование может быть сложным, и многие люди с аутизмом, как правило, обладают визуальным мышлением. Эту процедуру будут демонстрировать мои аспиранты из моей лаборатории, Донна Мердо, Лорен Либро, Марк Пенник и Хизер Уодсворт. Перед включением в исследование потенциальные участники и их семья, в случае детей-субъектов, должны быть проинформированы об исследовании по телефону.

Это также должно включать в себя скрининг, чтобы убедиться, что участник соответствует критериям включения в исследование. Если потенциальный участник имеет на это право, он должен быть набран для проведения МРТ в день и время, которые подходят как для участника, так и для исследователей и центра визуализации. Отправьте испытуемому копию социальной истории о процедуре МРТ и запись шума сканера на компакт-диске.

В случае с детьми их следует обсудить с родителями, чтобы лучше понять процедуры исследования до дня сканирования и сделать пациента более комфортным в условиях МРТ. Когда участник и его семья прибудут в центр визуализации, поприветствуйте их и ответьте на любые вопросы, которые могут возникнуть у них об исследовании и экспериментальной процедуре. Затем ознакомьтесь с документами IRB, прежде чем получать информированное согласие.

Затем отведите участника в тихую комнату для нейропсихологического тестирования, включая языковые способности IQ и праворукость. Затем попросите участника попрактиковаться в кратких версиях парадигм исследования на портативном компьютере, чтобы ознакомиться с экспериментами. После завершения всех испытаний и практики подведите участника к макету МРТ-сканера и проведите симуляцию процедуры МРТ-сканирования.

Еще одним подготовительным этапом является украшение МРТ-сканера в центре визуализации легко снимаемыми наклейками и изображениями животных и персонажей мультфильмов, чтобы сделать среду сканирования более дружелюбной к детям. Когда участник вернется в центр визуализации, сделайте небольшой перерыв, а затем попросите его или ее заполнить анкету по безопасности МРТ. Перед входом в комнату сканирования сложите все вещи в шкафчик, а затем проверьте наличие металлов на теле.

После завершения скрининга отведите участника в комнату сканирования и попросите его или ее сесть на кровать для сканера, предоставьте беруши и наушники, прежде чем позволить испытуемому лечь на кровать сканера. Затем лаборант МРТ должен поместить многоканальную катушку головы над головой участника и отрегулировать прикрепленное зеркало так, чтобы изображения, отображаемые на экране компьютера, были видны. Затем накройте участника одеялом и предоставьте ответные коробки для левой и правой руки, которые будут использоваться во время заданий FMRI.

Также поместите аварийный сжимающий шарик в пределах досягаемости, чтобы субъект мог подать сигнал, если он или она хочет выйти из сканера. Наконец, лаборант МРТ вставит станину сканера в шар сканера и убедится, что объект чувствует себя комфортно, прежде чем начать сканирование. Сначала лаборант начинает сеанс сканирования, приобретая локализаторы, чтобы убедиться, что голова участника находится в правильном положении.

Затем проводится структурное сканирование с высоким разрешением, которое будет использоваться для совместной регистрации и нормализации. В последующем анализе, чтобы развлечь испытуемого, исследователь может показать ему отрывок из фильма во время сканирования. Затем настройте параметры визуализации, соответствующие используемому сканеру и последовательности импульсов.

Исследователь должен помочь технологу в назначении срезов для функциональной визуализации. Здесь в косой осевой плоскости прописываются 17 пятимиллиметровых срезов, чтобы обеспечить максимальный охват всего мозга. Теперь говорите через микрофон, чтобы дать понять испытуемому, что эксперимент вот-вот начнется, и дайте инструкции по выполнению задания.

Также откройте экспериментальное задание на компьютере, которое должно быть синхронизировано для запуска с триггером от сканера. Участник должен нажать кнопку, чтобы начать эксперимент, и сканирование, когда он или она будет готов приступить к экспериментальным заданиям, включая статические и динамические визуальные стимулы, а также слуховые стимулы, которые можно увидеть здесь, отобразить и запрограммировать с помощью программного обеспечения ePrime. Обязательно следите за ответами участника по мере их записи и отображения на экране компьютера.

После первого эксперимента поговорите с участником и дайте обратную связь о выполнении задания и движении головы, а также подготовьте его или ее к следующему эксперименту, который будет проведен. Когда все эксперименты FMRI завершены, исследователь должен дать испытуемому команду просто лежать неподвижно в течение примерно 12 минут, пока будет получено сканирование DTI, фрагмент фильма может быть снова показан здесь для развлечения. После завершения сканирования выньте участника из сканера и позвольте ему или ей забрать все вещи, которые могли быть помещены в шкафчик.

Затем отведите его или ее в тихую комнату для короткого сеанса подведения итогов. Во время сеанса подведения итогов спросите участника о его или ее работе со сканером, отзывах об уровне сложности заданий, а также о любых проблемах или опасениях, которые могли возникнуть. Также обязательно поблагодарите испытуемого за участие в исследовании.

Между тем, MR. Лаборант должен загрузить все полученные данные МРТ и DTI в компьютерную сеть, защищенную HIPAA. Затем исследователь может войти в эту сеть с паролем для доступа и передачи данных на исследовательский сервер. Перед анализом полученные данные должны быть анонимизированы путем удаления из заголовка изображения любой идентифицируемой информации, такой как имя и дата рождения.

Затем преобразуйте данные в изящный формат изображения, чтобы начать функциональную обработку. Как предварительная, так и последующая обработка данных может быть выполнена с помощью программного обеспечения, такого как статистическое параметрическое отображение или SPM 8. Функциональная связность для данной задачи должна быть измерена путем предварительного рисования областей интереса и извлечения временного хода сигнала FMRI из каждого ROI для каждого участника.

Затем соотнесите сигнал из одного ROI с другим. Анатомические связи также могут быть исследованы с помощью полученных данных DTI и программного обеспечения FSL. Предварительный анализ с помощью такого программного обеспечения изучает диффузию воды в мозге и использует ее в качестве показателя целостности белого вещества.

Дальнейший анализ может включать трактографию белого вещества, в которой делаются выводы о ориентации и структуре тракта. Здесь можно увидеть репрезентативные функциональные карты с повышенной активностью, как это наблюдается в типичной языковой задаче, такой как понимание предложений. Активации появляются в левой нижней лобной извилине и левой задней верхней височной борозде, повышенная двусторонняя активация задних верхних височных борозд может наблюдаться у нейротипичных участников во время атрибуции психических состояний.

Для других эти карты корректируются FWE с пороговым значением P меньше 0,05. Здесь мы видим данные задания на социальное познание у участников с аутизмом со значительно сниженной функциональной связностью, что указывает на то, что демонстрируется синхронизация активации мозга между лобными и височными областями. Наконец, на этом рисунке показаны результаты трактографии DTI, показывающие пучок волокон белого вещества, идущий от височной доли к височному теменному соединению.

Первоначальной отправной точкой для трактографии был ROI, идентифицированный на основе отслеживаемой пространственной статистики как имеющий значительно меньшее значение FA у молодых людей с аутизмом по сравнению с типичными участниками контрольной группы, соответствующими по возрасту. Педиатрическая нейровизуализация может быть очень сложной, особенно у детей с аутизмом, но при достаточной практике и подготовке эти методы сканирования могут быть успешно выполнены. При попытке проведения МРТ с любым участником, но особенно с детьми, важно убедиться, что опыт работы в лаборатории будет приятным и положительным.

Данные, полученные в результате выполнения этой процедуры, могут быть использованы для ответа на вопросы, связанные с нейробиологией. Кроме того, с помощью правильных гипотез и анализов можно использовать эту информацию, чтобы узнать не только о мозге, но и о взаимосвязи между мозгом и поведением. Не забывайте, что процесс МРТ чрезвычайно чувствителен к движению.

Кроме того, следует принять меры предосторожности для удаления всего металла из карманов участников и на их теле до проведения процедуры. После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее понимание того, как успешно использовать нейровизуализацию для изучения детей в целом и детей с нарушениями развития, такими как аутизм.