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Messung der grauen Substanz Unterschiede mit Voxel-basierte Morphometrie
 

Messung der grauen Substanz Unterschiede mit Voxel-basierte Morphometrie: das musikalische Gehirn

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Unsere Gehirne sind geprägt von Erfahrungen, was zu Veränderungen im kortikalen Volumen.

Zum Beispiel haben bestimmte Ausprägungen wie erlernen und beherrschen einer Fremdsprache nachweislich erhöhen die Dichte der grauen Substanz, wo Zellkörpern befinden, besonders in Strukturen wie der Frontallappen.

Vor dem modernen Fortschritt, um einen bestimmten Bereich Größe messen Wissenschaftler müsste akribisch die Region von Interesse zu verfolgen – eine sehr langwierige Aufgabe. Nun, empfindlicher bildgebende Verfahren – bekannt als Voxel-basierte Morphometrie, VBM-existieren, um volumetrische Kleindifferenzen in Neuroanatomie zu erfassen.

Basierend auf früheren Arbeiten der Gaser und Shlaug, sowie Bermudez und Kollegen, dieses Video veranschaulicht das strukturelle Magnetresonanztomographie-Bilder sammeln und verwenden VBM die Intensitätswerte Voxel in den Gehirnen von Menschen mit unterschiedlichen Erfahrungen zu identifizieren – erfahrene Musiker, die im Vergleich zu denen mit sehr begrenzten Ausbildung – wie auch in anderen Fällen von Fachwissen, wie Schach spielen.

In diesem Experiment, zwei Gruppen von Teilnehmern – formell ausgebildet, Musiker und Kontrollen ohne solche Ausbildung – in einem MRI-Scanner liegen, während strukturelle Bilder ihres Gehirns gesammelt werden sollen.

Bestimmte Regionen können dann mit einem automatisierten Ansatz, basierend auf der Intensität der volumetrischen Pixel, genannt Voxel definiert werden. Zum Beispiel geben sehr helle Cluster den Standort der weißen Substanz Faserbündel, während dunklere Voxel in Gebiete mit dichten grauen Substanz entsprechen.

Im Anschluss an diese Segmentierung für jedes Gehirn, verwandeln sich die Bilder – registriert, um ein standard-Atlas, ist ein gemeinsamer Raum, um zwischen Thema Vergleiche zu ermöglichen.

Oft kann ein Bild, wodurch einige Strukturen scheinen, wie sie mehr graue Substanz haben, als sie es wirklich tun, diesen Registrierungsvorgang ausstrecken.

Daher die Vorlage muss ein gewisses Maß an wieviel verziehen bezeichnet eine Jacobi Determinante geschehen, Ausgleich für die wiederholte Dehnung, multipliziert werden und dann alle groben Unterschiede in der Anatomie werden geglättet.

Nachdem die Transformationen angewendet wurden, wird die abhängige Variable als die Unterschiede in der Dichte der grauen Substanz Musiker Gehirne im Vergleich zu nicht-Musiker Kontrollen berechnet.

Aufgrund der verstärkten Nutzung von komplexen auditive Verarbeitung in talentierte Musiker wird erwartet, dass diese Gruppe erhöhte grau Materiedichte in auditive Gehirnregionen wie überlegene Temporallappen und Heschl Gyrus, im Vergleich zu der Kontrollgruppe zeigen wird.

Rekrutieren Sie vor dem Experiment 40 Musikern, die aktiv ein Instrument 1 Stunde pro Tag üben zu und haben Sie mindestens 10 Jahre musikalische Ausbildung sowie 40 nicht-Musiker-Steuerelemente, die wenig bis gar keine richtige Ausbildung haben.

Am Tag ihrer Scan jeder Teilnehmer im Labor zu begrüßen und stellen Sie sicher, dass sie die Sicherheitsanforderungen gerecht zu werden, sobald sie die erforderlichen Einverständniserklärungen abgeschlossen.

Entnehmen Sie bitte ein anderes fMRT-Projekt in dieser Kollektion für mehr Details über Einzelpersonen ins Zimmer und Scanner Scan Bohrung vorbereiten.

Nun weisen Sie die Teilnehmer immer noch in den Scanner zu liegen, und starten Sie den Scanvorgang des ganzen Gehirns durch eine hochauflösende, T1-gewichteten anatomischen Sequenz wie Magnetisierung vorbereitet-Rapid Gradient Echo mit 1 mm isotrope Voxel zu sammeln.

Im Anschluss an die Bildersammlung Protokoll entlassen Sie den Teilnehmer zu und starten Sie die Analyse.

Um zu Beginn Vorverarbeitung, isolieren Sie das Gehirn aus dem Schädel für jeden Scan und prüfen Sie die Qualität der abtragen.

Für diese Studie bestimmte graue Substanz Vorlage erstellen von ersten Segmentierung jedes Thema Gehirn in weißen und grauen Substanz und zerebralen spinalen Flüssigkeit, CSF, basierend auf der Intensität der jedes Voxel. Beachten Sie, dass die Software automatisch unterscheidet hellen Voxel als weiße Substanz, dunkle Voxel als graue Substanz und Bereiche innerhalb der Ventrikel als CSF.

Führen Sie eine lineare affine Transformation mit 12° der Freiheit, zu jedem Thema Gehirn zu einem standard Atlas Raum registrieren. Warp jedes Thema grauen Bild in diesem Raum, und sie alle zusammen im Durchschnitt.

Als Nächstes spiegeln diese links nach rechts, und wieder einmal durchschnittlich die Bilder zusammen, um die ersten grauen Vorlage zu produzieren.

Anschließend führen Sie eine nicht-lineare Transformation um jedes Thema Gehirn, die graue Substanz Figur erneut zu registrieren, und durchschnittlich zusammen. Erstellen Sie eine gespiegelte Kopie dieses neue Bild, und noch einmal durchschnittlich zwei zusammen, um eine endgültige, studienspezifischen, graue Substanz Vorlage zu produzieren.

Jetzt wurde Register jedes Thema Gehirn, um die letzten grauen Substanz herausfinden mithilfe einer nicht-linearen Transformation, und multiplizieren Sie mit Jacobi Maß wie viel verziehen getan wurde, um die Menge jedes Gehirnstruktur zu kompensieren gedehnt, um die Vorlage Raum zu passen.

Glätten Sie anschließend die Daten mit Hilfe eines Gaußschen Kernels mit ein Full-Width Half Maximum von 10 mm um die Überlappung von ähnlichen Gehirn Voxel über alle Themen zu erhöhen.

Mit Vorverarbeitung abgeschlossen, Modell jede Gruppe von Gehirn mit einer separaten Regressor. Compute-ein Kontrast, der die beiden Gruppen statistische generieren vergleicht zuordnet, die die Wahrscheinlichkeit, dass Unterschiede bei jedem Voxel zu quantifizieren.

Zu guter Letzt führen Sie mehrere Vergleiche Korrektur Technik, wie z. B. ein False Discovery Rate mit einem Q-Wert von 0,01 bis Kontrolle für die Tausenden von gleichzeitigen statistische Tests durchgeführt. Dieser Wert wird die Rate falsch positiver Ergebnisse ab einem Schwellenwert von 1 % schätzen.

Hier, offenbart die VBM-Analyse bilaterale Steigerungen in grauen Substanz Dichte in die überlegene Temporallappen die Musiker Gehirne im Vergleich zu den Kontrollen. Der größte Unterschied zeigte sich auf der rechten Seite, und dazu gehörte auch des hinteren Teils des Heschl Gyrus, die Lage des primären auditorischen Kortex.

Nun, Sie vertraut mit, wie sind Sie nutzen VBM zu studieren Neuroanatomie, werfen wir einen Blick wie Forscher diese Technik verwenden, um strukturelle Unterschiede in anderen Populationen zu studieren.

Während viele Aufgaben im Zusammenhang mit intensivem Training und Erfahrung verbunden mit einem Anstieg der Volumen der grauen Substanz sind, ist diese Erweiterung nicht immer der Fall für alle Arten von erlernten Fähigkeiten, wie im Gehirn von einem erfahrenen Schachspieler.

Im Vergleich zu Kontrollen, verringerte Volumen der grauen Substanz in der Occipito-zeitliche Kreuzung, einen Bereich für die Objekterkennung wichtig. Solche Erkenntnisse führen zu interessanten Anomalie, die Wissenschaftler weiter zu verstehen, wie kortikale Volumen helfen können bezieht sich auf Leistung bei anspruchsvollen Aufgaben.

Personen, die von der Geburt oft blind sind haben kleineres Volumen der grauen Substanz in ihrer visuellen Kortex im Vergleich zu Kontrollen. Interessant ist, durch den Einsatz von VBM, Forscher haben entdeckt erhebliche Erweiterung in Bereichen des Gehirns nicht verantwortlich für die Vision, wie z. B. den auditorischen Cortex, die doppelt so groß war in sehende Kontrollen gefunden.

Diese strukturellen Unterschiede können dienen als eine anatomische Grundlage zu erklären, warum andere Sinne bei blinden Personen erhöht werden.

Darüber hinaus MRT und VBM Strukturanalyse auf Medikamente-naive Patienten mit major Depression zeigen auch Unterschiede im Volumen der grauen Substanz im Vergleich zu Kontrollen.

Wissenschaftler fanden heraus, dass diese Patienten grauen Masse Volumen in den frontalen Kortex und Insula, was erklären könnte, warum depressive Patienten mit kognitiven Kontrolle über negative Gefühle gegenüber sich selbst und andere Schwierigkeiten haben abgenommen hatte.

Sie haben nur Jupiters Video auf Voxel-basierte Morphometrie angesehen. Jetzt haben Sie ein gutes Verständnis der anatomische Bildern mittels MRI zu sammeln sowie analysieren und interpretieren Unterschiede in der Intensität der grauen Substanz in Regionen der auditorischen Kortex. Sie sollten auch gelernt haben, dass nicht alle Kompetenzbereiche zu einem Anstieg in der kortikalen Dichte führen.

Danke fürs Zuschauen!

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