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Medición de las diferencias de materia gris con Morfometría basada en Voxel
 

Medición de las diferencias de materia gris con Morfometría basada en Voxel: el cerebro Musical

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Nuestro cerebro está formado por experiencias, dando por resultado cambios en el volumen cortical.

Por ejemplo, ciertas competencias, como aprender y dominar una segunda lengua, han demostrado aumentar la densidad de materia gris, donde residen los cuerpos celulares, particularmente en estructuras como el lóbulo frontal.

Antes de los avances modernos, para medir el tamaño de un área en particular, los científicos tendrían que rastrear minuciosamente la región de interés, una tarea muy tediosa. Ahora, las técnicas de neuroimagen más sensibles — conocida como Morfometría basada en voxel, VBM, existen para capturar pequeñas diferencias volumétricas en neuroanatomía.

Basado en el anterior trabajo de Gaser y Shlaug, así como Bermudez y colegas, este video muestra cómo recopilar imágenes de resonancia magnética estructural y utilizar VBM para identificar los valores de intensidad de voxels en los cerebros de individuos con diferentes experiencias, músicos expertos en comparación con aquellos con muy limitada capacitación, así como en otros casos de experiencia, como jugar ajedrez.

En este experimento, dos grupos de participantes, formalmente entrenados músicos y controles sin dicha formación, se les pide que mienten en un escáner de MRI, mientras que se recogen imágenes estructurales de sus cerebros.

Determinadas regiones entonces pueden definirse utilizando un enfoque automatizado, basado en la intensidad de píxeles volumétricos, llamados voxels. Por ejemplo, clusters muy brillantes indican la ubicación de los haces de fibras de materia blanca, mientras que vóxeles más oscuras corresponden a zonas con densa materia gris.

Después de esta segmentación para cada cerebro, las imágenes se transforman — registrado en un atlas estándar, que es un espacio común para permitir las comparaciones entre el tema.

Muchas veces, este proceso de registro puede estirar una imagen, que hace que algunas estructuras que tienen más materia gris que lo hacen realmente.

Por lo tanto, la plantilla debe ser multiplicada por una medida de cuánta deformación se ha hecho, llamado un determinante de Jacobian, para compensar el estiramiento repetido, y entonces todas las diferencias brutas de anatomía son alisadas.

Después de las transformaciones se aplican, la variable dependiente se calcula como las diferencias en la densidad de materia gris entre los cerebros de los músicos en comparación con controles no músico.

Debido al creciente uso de procesamiento auditivo complejo en músicos expertos, se espera que este grupo aparecerá densidad mayor materia gris en regiones del cerebro auditivo, como el lóbulo temporal superior y convolución del cerebro de Heschl, en comparación con el grupo de control.

Antes del experimento, reclutar a 40 músicos que practican activamente cualquier instrumento 1 hora al día y con al menos 10 años de entrenamiento musical formal, así como 40 controles no músico que no tienen poco o ningún entrenamiento adecuado.

En el día de su exploración, Salude a cada participante en el laboratorio y verificar que cumplen con los requisitos de seguridad que completen los formularios de consentimiento necesario.

Por favor consulte para otro proyecto de fMRI en esta colección para más detalles sobre cómo preparar individuos para entrar en el agujero del escáner y sala de exploración.

Ahora, instruir al participante a mentir en el escáner y empezar a escanear todo el cerebro recogiendo una secuencia anatómica alta resolución, T1-weighted como magnetización preparado rápido eco de gradiente con vóxeles isótropos 1 mm.

Siguiendo el protocolo de la colección de imágenes, despedir a los participantes y comenzar el análisis.

Para comenzar el proceso previo, aislar el cerebro del cráneo para cada análisis y Compruebe la calidad de la extracción.

Para este estudio, crear una plantilla específica de materia gris por primera segmentación cerebral de cada sujeto en la materia blanca y gris y líquido cefalorraquídeo, LCR, basado en la intensidad de cada voxel. Tenga en cuenta que el software distingue automáticamente voxels brillante como materia blanca, vóxeles oscuro como materia gris y áreas dentro de los ventrículos como CSF.

Realizar una transformación afín lineal con 12° de la libertad, para registrar el cerebro de cada sujeto a un espacio estándar atlas. Deformar imagen de materia gris de cada tema en este espacio y promedio de todos juntos.

Espejo, esta izquierda a derecha y una vez más, media las imágenes juntos para producir la plantilla inicial la materia gris.

Luego, realizar una transformación no lineal para volver a registrar el cerebro de cada sujeto a la figura de materia gris y promedio de estos juntos. Crear una copia duplicada de esta nueva imagen y nuevo promedio de los dos juntos para producir una plantilla final, estudio específico, la materia gris.

Ahora registro cerebral de cada sujeto a la última materia gris figura usando una transformación no lineal y se multiplican por una medida de Jacobian de cuánta deformación se ha hecho para compensar la cantidad de cada estructura cerebral ha sido estirado para caber el espacio de la plantilla.

Posteriormente, suavizar los datos usando un kernel Gaussiano con un ancho total media máxima de 10 mm para aumentar la superposición de vóxeles de cerebro similar a través de todos los temas.

Procesamiento terminado, modelo cada grupo de cerebros con un regressor separado. Calcular mapas de un contraste que compara los dos grupos para generar estadísticos que cuantifican la probabilidad de que las diferencias en cada voxel.

Por último, realizar una técnica de corrección de las comparaciones múltiples, como un False Discovery Rate con un valor de q de 0.01, para controlar los miles de simultánea pruebas estadísticas realizadas. Este valor será estimar la tasa de falsos positivos por encima de un umbral del 1%.

Aquí, el análisis VBM reveló un aumento bilateral significativo en la densidad de materia gris en el lóbulo temporal superior de cerebros de los músicos en comparación con los controles. La mayor diferencia fue demostrada a la derecha, y esto incluye la parte posterior de la circunvolución de Heschl, la ubicación de la corteza auditiva primaria.

Ahora que está familiarizado con cómo utilizar VBM para estudiar neuroanatomía, vamos a ver cómo los investigadores utilizan esta técnica para estudiar las diferencias estructurales en otras poblaciones.

Mientras que muchas de las tareas que implica experiencia y entrenamiento intenso están asociados con aumentos en el volumen de materia gris, esta ampliación no es siempre el caso para todos los tipos de habilidades aprendidas, como en el cerebro de un ajedrecista experimentado.

En comparación con los controles, volumen de materia gris se redujo en la Unión occipito-temporal, una zona importante para el reconocimiento de objetos. Tal resultado de hallazgos en una anomalía interesante que puede ayudar a los científicos entender más cómo cortical volumen se refiere al rendimiento en la exigencia de las tareas.

Individuos que son ciegos de nacimiento a menudo tienen menor volumen de materia gris en su corteza visual comparada con controles. Curiosamente, a través del uso de VBM, los investigadores han descubierto una ampliación significativa en áreas del cerebro no se responsabiliza por la visión, como la corteza auditiva, que fue dos veces el tamaño encontrado en controles visuales.

Estas diferencias estructurales pueden servir como una base anatómica para explicar por qué otros sentidos se intensifican en individuos ciegos.

Además, análisis estructural de la resonancia magnética y VBM en medicamento pacientes con trastorno depresivo mayor también indican diferencias en volúmenes de materia gris en comparación con controles.

Los científicos encontraron que estos pacientes habían disminuido volumen de materia gris en la corteza frontal y la ínsula, que puede explicar por qué pacientes deprimidos tienen dificultad con el control cognitivo sobre los sentimientos negativos hacia sí mismos y otros.

Sólo has visto video de Zeus en la morfometría basada en voxel. Ahora debe tener una buena comprensión de cómo recopilar imágenes anatómicas usando MRI así como analizar e interpretar las diferencias en la intensidad de la materia gris en regiones de la corteza auditiva. Usted debe haber también aprendido que no todas las áreas de conocimientos conducen a aumentos en la densidad de la cortical.

¡Gracias por ver!

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