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Mesure des différences de matière grise avec morphométrie Voxel-based 
 

Mesure des différences de matière grise avec morphométrie Voxel-based : le cerveau Musical

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Nos cerveaux est façonnées par des expériences, entraînant des changements dans le volume corticale.

Par exemple, certaines compétences, comme l’apprentissage et la maîtrise d’une langue seconde, ont été démontrés pour augmenter la densité de matière grise, où les corps cellulaires se trouvent, notamment dans des structures telles que le lobe frontal.

Avant le progrès modernes, pour mesurer la taille d’une zone particulière, scientifiques devra tracer soigneusement la région d’intérêt — une tâche très fastidieuse. Maintenant, les techniques de neuro-imagerie plus sensibles — appelée voxel-basé morphométrie, VBM — existent pour capturer des petites différences volumétriques en neuroanatomie.

Basé sur des travaux antérieurs de Gennaro et Shlaug, ainsi que Bertrand et ses collègues, cette vidéo montre comment recueillir des images de résonance magnétique structurelle et VBM permet d’identifier les valeurs d’intensité de voxels dans le cerveau des individus avec différentes expériences — musiciens experts par rapport à ceux avec très une formation limitée — ainsi que dans les autres cas d’expertise, comme le jeu d’échecs.

Dans cette expérience, deux groupes de participants — officiellement formés de musiciens et contrôles sans cette formation, sont priés de se coucher dans un scanner MRI en images structurelles de leurs cerveaux sont recueillis.

Certaines régions peuvent alors être définies en utilisant une approche automatisée, basée sur l’intensité des pixels volumétriques, appelé voxels. Par exemple, des grappes très lumineux indiquent l’emplacement des faisceaux de fibres de matière blanche, tandis que les voxels plus sombres correspondent aux zones denses de matière grise.

Suite à cette segmentation pour chaque cerveau, les images sont transforment — enregistré à un atlas standard, qui est un espace commun afin de permettre des comparaisons inter-sujets.

Souvent, le processus d’enregistrement peut étirer une image, ce qui rend certaines structures comme ils ont plus de matière grise qu’ils le font vraiment.

Par conséquent, le modèle doit être multiplié par une mesure de combien de déformation a été fait, appelé un déterminant jacobien, pour compenser l’étirement répétées, et puis toutes les différences brutes en anatomie sont lissées.

Après que les transformations sont appliquées, la variable dépendante est calculée comme la différence de densité de matière grise entre cerveau de musiciens par rapport aux témoins non musicienne.

En raison de l’utilisation accrue des complexe traitement auditif chez les musiciens habiles, il est prévu que ce groupe fera preuve de la densité accrue de matière grise dans les régions du cerveau auditif, tel que le lobe temporal supérieur et gyrus de Heschl, comparée au groupe témoin.

Avant l’expérience, recruter 40 musiciens qui pratiquent activement à n’importe quel instrument 1 h par jour et avoir au moins 10 ans de formation musicale, ainsi que 40 contrôles non musicienne qui n’ont peu ou aucun une formation adéquate.

Le jour de leur analyse, saluer chaque participant dans le laboratoire et vérifier qu’ils répondent aux exigences de sécurité comme ils remplir les formulaires de consentement nécessaire.

S’il vous plaît se référer à un autre projet d’IRMf dans cette collection pour plus de détails sur la façon de préparer les individus à entrer dans l’alésage de salle et scanner numérisation.

Maintenant, demandez aux participants de se trouvent encore dans le scanner et commence l’analyse de tout le cerveau en recueillant une séquence anatomique haute résolution, pondérées en T1 comme aimantation préparé-Rapid Echo de Gradient avec 1 mm des voxels isotropiques.

Suite au protocole de la collection d’images, de rejeter le participant et commencer l’analyse.

Pour commencer le prétraitement, isoler le cerveau du crâne pour chaque analyse et vérifier la qualité du stripping.

Pour cette étude, créer un modèle spécifique de matière grise en première segmentation cerveau de chaque sujet en blanc et gris et le liquide céphalo-rachidien, LCR, basées sur l’intensité de chaque voxel. Notez que le logiciel distingue automatiquement les voxels lumineux comme matière blanche, voxels sombre comme la matière grise et les zones à l’intérieur des ventricules dans le CSF.

Effectuer une transformation affine linéaire avec 12° de liberté, d’enregistrer le cerveau de chaque sujet à un espace atlas standard. Déformer l’image de matière grise de chaque sujet dans cet espace et leur moyenne tous ensemble.

Ensuite, reflètent cette gauche à droite et une fois de plus, en moyenne les images en vue de produire le modèle initial de matière grise.

Ensuite, effectuer une transformation non linéaire pour réinscrire le cerveau de chaque sujet à la figure de la matière grise et moyenne ensemble. Créer une copie miroir de cette nouvelle image et en moyenne une fois de plus les deux ensemble pour produire un modèle final, étude spécifique, matière grise.

Maintenant Registre cerveau de chaque sujet de la dernière matière grise figure en utilisant une transformation non linéaire et multiplier par une mesure de la jacobienne de combien déformation a été fait pour compenser le montant de chaque structure du cerveau a été étirée pour s’adapter à l’espace de modèle.

Par la suite, lisser les données en utilisant un noyau gaussien avec un Maximum de la moitié pleine largeur de 10 mm pour augmenter le chevauchement des voxels de cerveau similaires dans tous les sujets.

Grâce au prétraitement terminé, modèle chaque groupe des cerveaux avec un régresseur distinct. Calculer un contraste qui compare les deux groupes pour générer des statistiques des cartes quantifier la probabilité des différences à chaque voxel.

Enfin, effectuer une technique de correction des comparaisons multiples, par exemple un taux de découverte de faux d’une valeur de q de 0,01, pour contrôler des milliers de tests statistiques simultanés effectués. Cette valeur va estimer le taux de faux positifs au-delà d’un seuil de 1 %.

Ici, l’analyse VBM a révélé des augmentations bilatérales significatives dans la densité de matière grise dans le lobe temporal supérieur du cerveau de musiciens par rapport aux contrôles. La plus grande différence a été montrée sur le côté droit, et ceci inclut la portion postérieure du gyrus de Heschl, l’emplacement du cortex auditif primaire.

Maintenant que vous êtes familier avec la façon d’utiliser VBM pour étudier la neuroanatomie, regardons comment les chercheurs utilisent cette technique pour étudier les différences structurelles dans d’autres populations.

Tandis que beaucoup de tâches impliquant l’expérience et la formation intense est associées par augmentation du volume de matière grise, cet élargissement n'est pas toujours le cas pour tous les types de compétences apprises, comme dans le cerveau d’un joueur d’échecs expérimentés.

Par rapport aux contrôles, volume de matière grise a été réduite dans la jonction occipito-temporal, une zone importante pour la reconnaissance de l’objet. Tel résultat résultats dans une anomalie intéressante qui peut aider les scientifiques à mieux comprendre comment corticale volume a trait à la performance dans des tâches exigeantes.

Les personnes qui sont aveugles de naissance souvent ont plus petit volume de matière grise dans leur cortex visuel par rapport aux témoins. Fait intéressant, grâce à l’utilisation de VBM, les chercheurs ont découvert un élargissement significatif dans les zones du cerveau pas responsable de la vision, comme le cortex auditif, ce qui a été deux fois la taille trouvée chez les voyants témoins.

Ces différences structurelles peuvent servir de fondement anatomique pour expliquer pourquoi les autres sens sont accrues chez les personnes aveugles.

En outre, analyse structurale de l’IRM et VBM sur médicament-naïve patients atteints de trouble dépressif majeur indiquent également les différences dans les volumes de matière grise par rapport aux témoins.

Scientifiques ont trouvé que ces patients avaient diminué de volume de matière grise dans le cortex frontal et l’insula, ce qui peut expliquer pourquoi les patients déprimés ont de la difficulté avec un contrôle cognitif sur des sentiments négatifs envers eux-mêmes et les autres.

Vous avez juste regardé les vidéo de JoVE sur la morphométrie voxel-basé. Maintenant vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon de recueillir des images anatomiques à l’aide de MRI ainsi que la façon d’analyser et d’interpréter les différences dans l’intensité de la matière grise dans les régions du cortex auditif. Vous avez également appris que pas tous les domaines d’expertise mener à une augmentation de densité corticale.

Merci de regarder !

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