تحقق في الدماغ باستخدام الرنين المغناطيسي الوظيفي في التوحد وإنتشار العضلة الشادة التصوير

Medicine

Your institution must subscribe to JoVE's Medicine section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Summary

وقد أصبحت تقنيات التصوير العصبي ، مثل التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي وإنتشار العضلة الشادة التصوير مفيدة بشكل متزايد في وصف العجز المعرفي والعصبي في التوحد. وتقدم دراسة الربط في الدماغ في التوحد على مستوى الشبكة جنبا إلى جنب مع التعديلات لمسح الأطفال ذوي العاهات الخلقية.

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Kana, R. K., Murdaugh, D. L., Libero, L. E., Pennick, M. R., Wadsworth, H. M., Deshpande, R., Hu, C. P. Probing the Brain in Autism Using fMRI and Diffusion Tensor Imaging. J. Vis. Exp. (55), e3178, doi:10.3791/3178 (2011).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

النظريات الناشئة حديثا تشير إلى أن الدماغ لا يعمل كوحدة متماسكة في التوحد ، وهذا ينعكس في أعراض اتوافق السلوكية التي أبداها الأفراد ذوي التوحد. في حين أن النتائج تصوير الأعصاب الهيكلي قدمت بعض الأفكار إلى تشوهات في المخ في مرض التوحد ، واتساق هذه النتائج مشكوك فيها. تصوير الأعصاب الوظيفية ، من ناحية أخرى ، كانت أكثر ومثمرة في هذا الصدد لأن التوحد هو اضطراب في معالجة دينامية ويسمح فحص الاتصال بين الشبكات القشرية ، والتي يبدو أن المشكلة الأساسية التي تحدث في مرض التوحد. يتم تعريف اتصال وظيفية والترابط الزماني للevents1 عصبية منفصلة مكانيا. وقد دعمت نتائج عدد من الدراسات الحديثة الرنين المغناطيسي الوظيفي لفكرة أن هناك ضعف التنسيق بين أجزاء مختلفة من الدماغ الذي يجب أن نعمل معا لإنجاز مجمع المشاكل الاجتماعية أو اللغة 2،3،4،5،6. واحد من أسرار التوحد هو التعايش العجز في مجالات عدة مع سليمة نسبيا ، والقدرات ، وتعزيز بعض الأحيان. مظاهر معقدة مثل التوحد تدعو لإجراء فحص عام وشامل للاضطراب على المستوى العصبي. حساب قاهرة مؤخرا على وظائف الدماغ في التوحد ، ونظرية underconnectivity القشرية ، 2،7 يوفر إطارا لدمج الأسس العصبية الحيوية من التوحد. نظرية underconnectivity القشرية التوحد يوحي بأن أية لغة ، والوظيفة الاجتماعية ، أو النفسية التي تعتمد على التكامل بين مناطق الدماغ متعددة عرضة للاضطراب كما يزيد الطلب على المعالجة. في التوحد ، قد underfunctioning من الدارات التكاملية في الدماغ تسبب underconnectivity نطاق واسع. وبعبارة أخرى ، فإن الناس قد يعانون من مرض التوحد تفسير المعلومات بطريقة مجزأة على حساب الجامعة. منذ underconnectivity القشرية بين مناطق الدماغ ، وخصوصا القشرة الأمامية والخلفية 3،6 مناطق أكثر ، وقد تم الآن راسخة نسبيا ، يمكن أن نبدأ في فهم المزيد من اتصال الدماغ باعتباره عنصرا حاسما من أعراض مرض التوحد.

والخطوة المنطقية التالية في هذا الاتجاه لدراسة تشريحية الاتصالات التي قد توسط في الاتصالات الوظيفية المذكورة أعلاه. نشر العضلة الشادة التصوير (DTI) هي تقنية جديدة نسبيا تصوير الأعصاب التي تساعد على تحقيق نشر المياه في المخ للاستدلال على سلامة ألياف المادة البيضاء. في هذه التقنية ، يتم فحص المياه نشرها في الدماغ في اتجاهات عدة باستخدام التدرجات نشرها. بينما ربط الفنية يوفر معلومات حول تزامن تنشيط الدماغ عبر مناطق الدماغ المختلفة خلال مهمة أو أثناء الراحة ، وزارة التجارة والصناعة يساعد في فهم تنظيم محواري الكامنة التي يمكن أن تسهل عبر نقاش بين مناطق الدماغ. هذه الورقة سوف تصف هذه التقنيات وأدوات قيمة في فهم الدماغ في التوحد والتحديات التي ينطوي عليها هذا النوع من البحوث.

Protocol

1. خاصة تقنيات المسح الضوئي الأفراد ذوي العاهات الخلقية :

بينما تصوير الأعصاب نفسها هي تقنية معقدة ، وذلك باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي لفحص عدد السكان الأطفال والأشخاص الذين يعانون اضطرابات النمو يمكن المشاكل الرئيسية challenging.The للغاية هي : 1) الحركة الرئيسي : الناس الذين يعانون من اضطرابات ، وبخاصة الأطفال ، قد تجد أنه من الصعب إبقاء ما زالت في الماسح الرنين المغناطيسي الوظيفي في جميع أنحاء دورة المسح. قد يؤدي هذا إلى رئيس الحركة والتي بدورها قد تؤثر على نوعية البيانات ، 2) للأطفال المصابين بالتوحد والحساسيات الحسي الشديد ، وربما تكون ازعجت من العوامل ، مثل الضوضاء الماسح الضوئي ، ويجري في الأماكن المغلقة ، ودرجة الحرارة وهلم جرا ، و 3 ) يمكن الحصول على القلق وتعديلها لبيئة جديدة سيكون من الصعب بالنسبة للأشخاص المصابين بالتوحد. ويمكن للتغيير في روتين حياتهم تثير مشاكل اذا لم يكن مستعدا بشكل جيد. لذا ، هناك حاجة إلى إجراءات مبتكرة مع التحضير بعناية لتحقيق عائد جيد ، وتحسين نوعية البيانات التي يتم جمعها. ندمج أفكارا قيمة المكتسبة من النظرية والممارسة العملية لإعداد المشاركين للحصول على التصوير بالرنين المغناطيسي ، لجعل تجربة ممتعة وعملية المسح للمشارك ، ومعالجة البيانات التي تم جمعها ، والبعض منها هي :

  1. قصص اجتماعية. قصص قصيرة الاجتماعية ، وقصص المباشر غالبا ما تستخدم لشرح أوضاع جديدة ومربكة للأطفال ذوي autism8. نستخدم القصص الاجتماعية ، وكتب من وجهة نظر الفرد مع مرض التوحد ، لتوضيح ووصف لفظيا كل خطوة من عملية الدراسة. في كل عنصر في القصة ، وقدمت كل من descriptionsare اللفظية والتصويرية. تحت عنوان "دورة حول التصوير بالرنين المغناطيسي بلادي" ، ونحن نقدم قصة للمشترك قبل يومهم المسح بحيث يمكن أن تصبح مألوفة مع عملية المسح. والهدف من هذا المقال هو لزيادة فهم الفرد من هذا الإجراء ، وجعل له / لها أكثر راحة في الوضع الجديد.
  2. CD تسجيل الأصوات الماسح. وخلال جلسة المسح الضوئي ، والتصوير بالرنين المغناطيسي ينتج الماسح سمع أصواتا عالية باستمرار وهذا قد يكون مكره لبعض الأفراد المصابين بالتوحد. من أجل التأقلم على participantsto ضوضاء الماسح الضوئي ، نرسل المشاركين (قبل يوم والمسح الضوئي) من تسجيل الأصوات التي أدلى بها الماسح الضوئي.
  3. ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي وهمية ، ونحن محاكاة جلسة فحص بالرنين المغناطيسي مع المشاركين باستخدام الماسح الضوئي وهمية ، وشيدت من ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي تجاهل فيليبس. يوفر هذا تقريب واقعية للدورة المسح الفعلي. استخدام هذا الماسح الضوئي وهمية ، وتقع في قسم البصريات ، UAB ، ويسمح لتصبح مشاركا اعتادوا على البيئة الماسح الضوئي.
  4. جولة في ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي قبل المسح الضوئي ، وقبل بداية التصوير بالرنين المغناطيسي ، وتقدم المشاركين فرصة لرؤية الماسح الضوئي ، وحتى الحصول على السرير الماسح الضوئي لفترة وجيزة. عادة ، وهذا يساعد على التخفيف من حدة الخوف والقلق ، فضلا عن تزويد الباحثين بالمعلومات المتعلقة سلوكية رد فعل المشاركين في الماسح الضوئي. ردود الفعل هذه غالبا ما توفر قيمة ، على الرغم من بديهية والنوعية ، ومعلومات عن ما إذا كان يجوز لكل مشارك كاملة على الأرجح scan.Before كله مشارك يذهب الى الماسح الضوئي ، وقال انه / انها تترك جميع ممتلكاته في غرفة خلع الملابس ، ويتم اختبار أيضا للمعادن باستخدام كاشف المعادن.
  5. جعل ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي الصديقة للطفل. بمسح لجميع شركائنا ، ونحن نستخدم 3.0 تيسلا سيمنز ماسح التصوير بالرنين المغناطيسي الموجود في أليجرا Civitan UAB مركز البحوث الدولية. هذا هو ماسح ضوئي الرأس فقط مما يجعلها أقل تهديدا للمشاركين. من أجل جعل البيئة الماسح الضوئي والصديقة للطفل ممكن (للسكان للأطفال) ، قد يكون زينت مع الماسحة الضوئية القابلة للإزالة الملصقات بسهولة من الحيوانات والشخصيات الكرتونية ، الخ وعلاوة على ذلك ، ونحن نقدم الأغطية الملونة للمشاركين لابقائهم الدافئة في الماسحة الضوئية. للأطفال المصابين بالتوحد الذين لديهم مصالح خاصة في كثير من الأحيان (مثل القطارات) ، يجوز اتخاذ مثل هذه المصالح في الاعتبار حين تزيين الماسح الضوئي.
  6. استخدام أفلام أو رسوم متحركة : وزارة التجارة والصناعة التشريحية والحصول على الصور لا يحتاج المشارك لتنفيذ مهمة في الماسحة الضوئية. خلال هذه بالاشعة ، وتعطى المشاركين خيار يراقب بضع دقائق من الفيلم المفضلة لديهم أو سلسلة الرسوم المتحركة. بالإضافة إلى تقديم فاصل ترحيب من المهام ، وهذا يساعد على جعل عملية المسح الضوئي أكثر متعة للمشارك.

2. استخدام برمجيات وأجهزة العرض المحفز الاستجابة زر للاتصال مع الماسح الضوئي :

  1. مبرمجة المهام التجريبية باستخدام E - الوزراء (برمجيات أدوات علم النفس ، بيتسبرغ ، بنسلفانيا) التحفيز برنامج العرض. قبل انعقاد الدورة المسح الضوئي ، والممارسات المشارك أقصر إصدارات المهام على جهاز كمبيوتر محمول بحيث تكون على دراية ما سوف نراه في الماسح الضوئي والأزرار ما سوف يكون مطلوبا منها الصحافة.
  2. ريتم تحميل يسأل على نظام التصوير الوظيفية المتكاملة (IFIS ، Invivo كوربوريشن ، اورلاندو ، فلوريدا) ، وتزامن ذلك مع نموذج المسح. نظام IFIS يساعد المشروع محفزات بصرية على شاشة وراء مشارك بينما في الماسح الضوئي ، والتي وجهات نظر المشاركين من خلال المرآة المعلقة على لفائف الرأس.
  3. شاشات مزدوجة في غرفة التحكم يسمح للباحثين لتحديد المهام التجريبية أو الأفلام التي قدمت خلال الفحص ، ورصد ردود المشاركين (بما في ذلك وقت الاستجابة ودقة الأداء).
  4. المشاركين ارتداء سماعات متوافقة التصوير بالرنين المغناطيسي التي تسمح لهم لسماع الصوت ، والاستماع إلى تعليمات الباحثين ، وكذلك الحد من الضوضاء نافرة من الماسح الضوئي. بالإضافة إلى سماعات الرأس ، يتم توفير المزيد من سدادات للحد من ضوضاء الماسح الضوئي.
  5. والألياف البصرية استجابة زر الجهاز تعلق على كل يد يسمح للمشارك للرد على الأسئلة المهمة. نظام IFIS سجلات هذه الاستجابات ، وكذلك توقيت كل استجابة بالتزامن مع توقيت التفحص.
  6. ويرد على "الضغط على الكرة" في حالات الطوارئ للمشارك في حال انه / انها لا ترغب في الاستمرار في الفحص. وسوف تضغط هذه الكرة انطلقت إنذار في غرفة التحكم دفع الباحثين للوصول الى المشاركين على الفور.

3. استخدام محفزات بصرية والدينامية إلى الحصول على ردود الدماغ في التوحد مع المشاركين :

في حين أن تصميم ممتاز التجريبية أمر بالغ الأهمية لأية دراسة علمية ، يمكن للضرب على وتر حساس مع المشاركين يكون لها تأثير كبير على البيانات التي حصل عليها ، وخاصة في تصوير الأعصاب. يجب أن تكون المحفزات على مستوى الفهم للمشارك ، وهذه التجربة يجب أن تكون قصيرة ودقيقة وممتعة. اذا لم يعط الاهتمام الكافي لهذه العناصر ، يمكن أن نوعية البيانات ستتأثر سلبا. يؤخذ عناية خاصة في محاولة لجعل المهام التجريبية تحديا وممتعة من خلال خلق حوافز مبتكرة.

  1. وتستخدم المحفزات الحيوية البصرية ، مثل أشرطة الفيديو التي تصور التفاعل الاجتماعي للمشارك الحصول على ردود على إسناد الحالة النفسية. بالإضافة إلى كونها قصيرة وممتعة ، وهذه هي المحفزات شرائح من العالم الاجتماعي الحقيقي ، ويوفر ساحة مناسبة للتحقيق في ردود الدماغ المرتبطة الادراك الاجتماعي.
  2. كما تستخدم مؤثرات بصرية ثابتة ، مثل أحرف عصا الرقم عرض المواقف الجسم المختلفة لدراسة الإدراك الاجتماعي. هذه المحفزات التي تساعد في دراسة العواطف من خلال تشجيع المشاركين على الاستدلال مشاعر من لغة الجسد.
  3. كما تستخدم مؤثرات بصرية ثابتة مثل المقالات القصيرة فكاهية التي تنطوي على أحرف متعددة يصور الاوضاع الاجتماعية. تنطوي هذه المحفزات صفات قوم على أساس الفيزياء وعلم النفس الشعبي.
  4. للدراسات دراسة معالجة اللغة ، ونحن نستخدم بشكل رئيسي المهام التي تنطوي على فهم الجملة ، المعجمية صنع القرار ، ومعالجة الخطاب.
  5. على الرغم من أن طول كل تجربة تختلف عن الآخر ، ونحن نحاول أن تبقي كل تجربة أقل من 10 دقيقة. بالإضافة إلى ذلك ، ونحن نحاول أيضا أن لدينا شطيرة المسح الضوئي وزارة التجارة والصناعة بفحص التشريحية في التجارب بين المشاركين لإعطاء بعض الوقت الحر / يستريح. وجدنا نجاحا معقولا مع هذه الاستراتيجية. في دورة مسح واحدة ، نحن نحاول أن تشمل المهام 2-3 أخذ الوقت الاجمالي الذي قضي في المغناطيس إلى حوالي 30-40 دقيقة. انظر الشكل رقم 1 لمخطط تدفق تصور بروتوكول الدراسة.

4. الحصول على البيانات وتخزينها وتحليلها ، ومراقبة الجودة :

الحصول على البيانات :

  1. يتم جمع البيانات الفنية التصوير بالرنين المغناطيسي وزارة التجارة والصناعة في جلسة واحدة لكل مشارك باستخدام سيمنز 3.0 تيسلا أليجرا الرأس فقط الماسح الضوئي (سيمنز الطبية المحدودة ، الاحتفالات ، ألمانيا) الموجودة في المركز الدولي للبحوث Civitan ، جامعة ألاباما في برمنغهام.
  2. دورة المسح يبدأ بمسح عالية T1 المرجحة لقرار التصوير الهيكلي. يتم الحصول على هذه باستخدام شريحة 160 - 3D MPRAGE (مغنطة إعداد الارتداد السريع التدرج) مع مسح حجم = 200 مللي ثانية ، TE (صدى الزمن) = 3.34 مللي ثانية ، وزاوية الوجه = 12 درجة (حسب التوقيت التكرار) TR ، FOV (حقل عرض) = 25.6 سم ، 256 X 256 حجم المصفوفة ، و 1 شريحة سمك ملم. هذا الاستحواذ تستغرق ما يقرب من 8 دقائق والبيانات التي حصل عليها تقديم معلومات حول الدماغ التشريحية لكل مشارك.
  3. يتم اتباع بفحص التشريحية التي بفحص وظيفية. للحصول على الصور وظيفية ، ونحن نستخدم واحد بالرصاص تسلسل نبض التدرج ، وذكر بالصدى مستو مع 1000 مللي ثانية = TR ، TE = 30ms ، وزاوية الوجه = 60 درجة ، FOV = 24 سم ، ومصفوفة = 64 × 64. علينا اكتساب seventeen المتاخمة شرائح المائل المحوري في تسلسل معشق مع شريحة سمك 5 ملم ، 1 شريحة الفجوة مم ، 24 سم FOV ، و64 X 64 مصفوفة ، مما أسفر عن القرار في الطائرة من 3.75 X 3.75 X 5 ملم.
  4. اعتمادا على طول التجربة ، التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي ، وشملت اثنين أو ثلاثة من التجارب في 60-75 دقيقةutes المسح الدورة.
  5. يتم الحصول على الصور DTI به طلقة واحدة ، تدور صدى ، البرنامج الموسع للتمنيع (Echoplanar التصوير) مع 46 تسلسل الاتجاهات المتعامدة. ونشر الموزون ، يستخدم احد بالرصاص ، وتدور الصدى ، صدى المستوية تسلسل التصوير مع 7000 مللي ثانية = TR ، TE = 90 مللي ثانية وعرض النطاق الترددي = حجم هرتز / فوكسل ، FOV = 220mm ، ومصفوفة 2790 = 128x 128. يتم تصوير شرائح سميكة سبعة وعشرين 3 ملم (أي الفجوة شريحة) مع عدم ترجيح - نشرها (ب = 0s/mm2) ونشرها ، مع الترجيح (ب = 1000s/mm2) التدرجات تطبيقها في 46 الاتجاهات المتعامدة.

تخزين البيانات وتحليل البيانات :

  1. يتم نقل البيانات تصوير الأعصاب المكتسبة من جلسة التصوير بالرنين المغناطيسي لشبكة تمرير جدار حماية الكمبيوتر في مستشفى جامعة تمشيا مع نقل التأمين الصحي وقانون محاسبة (HIPAA).
  2. يتم نقل بيانات التصوير بالرنين المغناطيسي وزارة التجارة والصناعة من هذا الخادم إلى خادم مختبر كمبيوتر مركزي (الخلايا العصبية) ، ومجهولة المصدر قبل إتاحتها لتحليل البيانات. خادم بيوت كل عصبون تحليل الصور والبرامج ، فضلا عن الكتابات ولدت في المنزل للقيام حسابات محددة لتجاربنا.
  3. الكتلة الكمبيوتر توظف 3 نقاط ، مع كل المعالجات رباعية النوى ، مما يتيح معالجة أسرع وبالتوازي مع مجموعات البيانات متعددة. بالإضافة إلى ذلك ، لأن البيانات من الدراسات المختلفة الموجودة في موقع مشترك ، فإنه يجعل من الأسهل لتنظيم البيانات للتحليل التلوي والوصول لاستنتاجات شاملة.
  4. وقبل والرنين المغناطيسي الوظيفي آخر البيانات المجهزة ، وتحليلها إحصائيا باستخدام SPM8 (الإحصائية البارامترية رسم الخرائط ؛ يلكوم لعلم الأعصاب الإدراكي وزارة ، لندن ، المملكة المتحدة). بالإضافة إلى ذلك ، برامج أخرى ، مثل تحليل NeuroImages وظيفية (AFNI) ، وتستخدم أيضا برامج fMRIB مكتبة (FSL) ، وغيرها من التحليلات لMRICron.
  5. وقبل وزارة التجارة والصناعة آخر الصور المجهزة ، وتحليلها إحصائيا باستخدام FSL.

مراقبة الجودة :

  1. تتم التعديلات الزمانية والمكانية للبيانات باستخدام الرنين المغناطيسي الوظيفي الخطوات تجهيزها ، مثل تصحيح توقيت شريحة ، وتصحيح الحركة ، وإعادة ترتيب ، وتطبيع العلاقات المكانية ، وتمهيد المكانية.
  2. ويتم احتساب نسبة إشارة إلى الضوضاء (SNR) بأخذ نسبة التباين بين المهام ذات الصلة ، والتقلبات غير المهمة ذات الصلة. يمكن الضجيج (غير مهمة تقلب ذات الصلة) وتشمل كل شيء من الضوضاء الحرارية لرئيس تأثيرات الحركة. كل من حساب دائرة الاستخبارات الوطنية للحصول على نسبة مرتفعة نسبيا (> 0.8) ، والسيطرة على القطع الأثرية ، يمكننا التأكد من أن الصور التي تلبي معايير الجودة الصارمة.
  3. إشارة إلى نسبة الضوضاء الزمنية (tSNR) هو SNR على كامل التجربة ويعرف حسابيا من خلال نسبة كثافة يعني إشارة إلى أن التباين في إشارة مرور الوقت. تؤخذ يعني الانحراف والمعايير في كل فوكسل وإذا كانت نسبة داخل الدماغ هو على عتبة مقبولة ، ويمكن استخدام الصور لمزيد من التحليلات.
  4. هو دائما فكرة جيدة لفحص البيانات عن الآثار في كل خطوة تجهيزها وتحليلها. على سبيل المثال ، تفحص الصور الخام للترددات الراديو (RF) التحف أو تقييم الحركة الفنية في البيانات preprocessed. تدبير وقائي واحد للتحكم عن التحف هو الشاشة للمعادن في الموضوعات أو في جميع أنحاء الرأس ، مثل الأقواس أو التجنيب دائمة ، للحد من كمية من انخفاض إشارة الخروج.
  5. إذا مجموعة البيانات والكثير من الضجيج ، حتى بعد إجراءات تصحيح الحركة ، ولا تلبي معايير الجودة البيانات ، يتم استبعادها من مجموعة البيانات التي عادة المزيد من التحليلات.

5. فحص الدماغ في التوحد على مستوى الشبكة : الرنين المغناطيسي الوظيفي القائم على التحقيق في الربط الوظيفي وزارة التجارة والصناعة القائمة على فحص تشريحي التوصيل :

وظيفية الربط :

الاتصال الوظيفية يشير إلى تزامن تنشيط الدماغ عبر مناطق مختلفة في الدماغ. واتخذت العلاقة من خلال وقت التنشيط عبر مناطق الدماغ كدليل على الاتصال أو الربط بين هاتين المنطقتين. الخطوات المتبعة في هذا التحليل هي كما يلي :

  1. ويتم تحديد المناطق ذات الأهمية (رويس) ، سواء من الناحية الوظيفية (على أساس الاستجابة لتفعيل المهام) أو تشريحيا (استنادا الأطالس الدماغ موحدة). يتم تعريف هذه رويس كرويا سواء مع دائرة نصف قطرها من شأنه أن يشمل تفعيل أو أنها معرفة في شكلها الأصلي.
  2. أدرج في دائرة نصف قطرها المحدد أو الشكل الفعلي ، جنبا إلى جنب مع إحداثيات MNI ، لإنشاء ملف لجميع ROI باستخدام رويس في المنزل هو التحقيق script.The جود تداخل بين هذه المواقع رويس وتصحيحها.
  3. لكل عائد الاستثمار ، يتم استخراج الإشارة من خلال التجربة المرة من البيانات لكل مشارك على حدة.
  4. لكل مشارك ، ويرتبط في الوقت إشارة متوسط ​​العائد على الاستثمار لكل دورة مع جميع رويس الأخرى الناتجة في مصفوفة الارتباط. الارتباطثم يتم تحويل القيم إلى عشرات ض فيشر "لمزيد من التحليلات الإحصائية لجعل فرد أو جماعة ، وبين الاستدلالات مستوى المجموعة.

التشريحية التوصيل (DTI) :

من أجل فحص سلامة المادة البيضاء عبر الدماغ ، ويتم تحليل هذه الصور الموترة نشرها باستخدام fMRIB مكتبة البرامج (FSL) 9. أدناه هي الخطوات الرئيسية المعنية :

  1. الخطوة الأولى في هذا التحليل ينطوي على تجهيزها ، بما في ذلك تجريد الجمجمة ودوامة التصحيح الحالية. ويتم تجريد الجمجمة الدماغ باستخدام أداة استخراج (BET) لإزالة أي نوع من الأنسجة غير متني. عندما يتم تبديل بسرعة عالية التدرجات نشر الكثافة ، تنتج القص وتمتد الآثار التي تختلف عن كل اتجاه الانحدار. يتم تصحيح هذه التشوهات باستخدام FSL في دوامة التصحيح الحالية التي يسجل فيها نشر الصور إلى صورة مرجع مع عدم وجود تدرج نشر تطبيقها.
  2. ومن ثم تحسب كسور التنسورات نشرها وتباين القيم (FA) ، وهو مؤشر لنشر المياه على طول محاور عصبية ، على الصعيد فوكسل باستخدام أدوات FSL للإنتشار.
  3. ويتم فحص الاختلافات المجموعة على المستوى فوكسل تلو فوكسل به المسالك الإحصاءات المستندة المكانية (TBSS) 10. في هذه التقنية ، يتم محاذاة أول كل الصور نشر في مساحة مشتركة باستخدام تسجيل الخطية.
  4. يتم إنشاء الهيكل العظمي لكرة القدم جميع مساحات المادة البيضاء الكبرى من جميع المشاركين. يتم تسجيل الصور ثم نشر الفردية لجميع المشاركين لهذا الهيكل العظمي المسالك الاتحاد الانجليزي.
  5. تتم مقارنة المناطق الواقعة على طول هذا الهيكل العظمي من الصور للمشاركين مع التوحد فوكسل تلو فوكسل إلى المناطق نفسها من المشاركين التحكم باستخدام T - الاختبارات. ثم يتم عزل Voxels مع اختلاف قيم الاتحاد باعتباره عائد الاستثمار الكبيرة والقيم FA يعني محسوب.

6. ممثل النتائج :

النتائج الأولية المنبثقة عن دراساتنا تتعلق الاستجابة العصبية ضعف في عدد المشتركين مع التوحد (من حيث التنشيط ، والتغير في كثافة الإشارة ، والاتصال وظيفية) ، والاستخدام المحتمل لتغيير مسار القشرية في إنجاز المهام المعرفية والاجتماعية. على سبيل المثال ، وجدت في المناطق الأساسية التي يتعين التوسط وظيفة (على سبيل المثال متفوقة التلم الخلفي الزمانية عند تقاطع الصدغية في استنتاج نوايا الآخرين ، وانظر الشكل 2) ويبدو أن في التوحد تحت الاستجابة ، السيطرة النسبية للمشاركين نموذجي. بالإضافة إلى ذلك ، يبدو أن المنطقة الأساسية underconnected وظيفيا مع العقد الأخرى ، ولا سيما تلك البعيدة مكانيا (الشكل 3). مع DTI ، نجد أيضا بعض الأسس التشريحية لهذه النتائج (انظر الشكل 4) ، وتوفير مجموعة شاملة ، شبكة على مستوى صورة المؤسسة في الدماغ في التوحد.

الشكل 1
الشكل 1. التدفق البياني تصور أساليب وإجراءات.

الشكل 2
زيادة ب) الخلفي متفوقة الثنائية التنشيط الأتلام الزمنية في neurotypical المشاركين خلال إسناد من الحالات الذهنية للآخرين ؛ والتنشيط) زيادة مهمة في اللغة النموذجية ، مثل فهم الجملة (يسار التلفيف الجبهي السفلي والعلوي الخلفي الأيسر التلم الصدغي) : الشكل 2 (تصحيح FWE عتبة P <0.05).

الشكل 3
الشكل 3. الربط الوظيفي انخفاضا كبيرا (تزامن تنشيط الدماغ) بين المناطق الأمامية والزماني في مهمة الإدراك الاجتماعي في التوحد مع المشاركين (ع <0.05). LSTG : غادر التلفيف الصدغي العلوي ، RSTG : التلفيف الصدغي العلوي الأيمن ، RIFG : الحق التلفيف الجبهي السفلي ، وعائدات الاستثمار : منطقة سياحية ، FCA : اتصال وظيفية.

الشكل 4
الشكل 4. DTI Tractography النتائج تظهر الألياف المادة البيضاء حزمة انطلاقا من الفص الصدغي على مفترق الصدغية. كانت نقطة الانطلاق المبدئية لtractography عائد استثمار التي حددها بأنها TBSS قيمة FA أصغر بكثير في صغار البالغين المصابين بالتوحد مقارنة مع العمر كعينة نموذجية المشاركين السيطرة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

ترتكز على الأساليب والإجراءات المبينة في هذه الورقة في المبادئ الأساسية لعلم الأعصاب الإدراكي وتصوير الأعصاب. أخذت معا ، وهذه الأساليب أن توفر إطارا مقنعا لتقييم وظائف الدماغ على مستوى النظم في الأطفال والبالغين ، والناس الذين يعانون من اضطرابات. وقد أسس الدراسات في هذه الأساليب المؤثرة وخاصة في وصف وظائف المخ المتنافرة في الأشخاص الذين يعانون التوحد.

على الرغم من أن التقنيات المعروضة هنا transferrable إلى السكان الآخرين لمعالجة المسائل النظرية ذات الصلة 11،12،13،14 ، هناك حاجة إلى عناية فائقة للتصوير الأعصاب للأطفال ، وكذلك لتصوير الأعصاب في الأشخاص الذين يعانون من اضطرابات النمو : 1) وعلى الرغم من عدد من الحيطة و نحن نأخذ التدابير التحضيرية للمسح الضوئي ، رئيس الحركة لا يزال يشكل مصدر قلق كبير في تصوير الأعصاب. الماسح الضوئي حساسة للغاية لرئيس الحركة ، مع حركة دورانية من 0.5 مم فقط مما تسبب الحركة الفنية الهامة. حين قدمنا ​​عددا من التقنيات للمساعدة على تقليل القلق ، وهذا بدوره خفض الحركة ، مثل الماسح الضوئي وهمية وتزيين غرفة الماسحة الضوئية ، قد بذل أي جهد في هذه السطور تكون جديرة بالاهتمام. حاليا ، نحن نحاول التكيف مع نموذج التغذية الراجعة باستخدام الأفلام للتدريب للحفاظ على حركة الرأس إلى أدنى حد ممكن ؛ 2) أخرى تتعلق المسألة إلى التسرب من المشاركين ، وخصوصا لدى الأطفال. كثير من الأطفال يرفضون دخول الماسح الضوئي أو الذعر بعد بدء التفحص ، 3) ولكن هناك مسألة أخرى ترتبط مع عدم التجانس المتأصل في مظهر من مظاهر اضطرابات النمو. باحثون من اضطرابات النمو يجب أن نكون حذرين في معالجة التباين في العينة الخاصة بهم والتي قد يكون خلاف ذلك دفنوا تحت الاستدلالات على مستوى المجموعة وذكرت في كثير من الأحيان ؛ و 4) قضايا المعدات الثانوية وحتى يمكن أن يكون لها تأثير كبير على بروتوكول البحث ويستخدم المحقق. على سبيل المثال ، عرض برنامج التحفيز E - رئيس الوزراء لا يملك القدرة على لعب الفيديو منبهات. على الرغم من أن أحدث نسخة من هذا البرنامج يلعب أشرطة الفيديو ، وهذا الإصدار غير متوافق مع نظام المؤسسات المالية الدولية. وفي هذه الحالة ، فإننا نستخدم Inquisit البرمجيات للعب الرسوم المتحركة وأشرطة الفيديو لدينا ، ولكن مع وجود خطوة إضافية لمزامنة يدويا الفيديو مع الكمبيوتر الماسح الضوئي. على الرغم من بعض القيود المذكورة أعلاه ، التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي ديها العديد من المزايا مما يجعلها واحدة من أفضل تقنيات التصوير العصبي لدراسة وظائف المخ : 1) وعلى عكس تقنيات مثل التصوير المقطعي انبعاث البوزيترون (PET) ، الرنين المغناطيسي الوظيفي لا يتطلب حقن النظائر المشعة في جسم الإنسان ؛ 2) القرار المكاني لالرنين المغناطيسي الوظيفي أفضل من تقنيات مثل تخطيط كهربية الدماغ (EEG) ، و 3) في المرة اقتناء يمكن أن تكون قصيرة اعتمادا على النموذج ، والتي قد تكون مفيدة في العمل مع الناس الذين يعانون من اضطرابات مثل التوحد.

من أجل تميز بيولوجيا الأعصاب من الاضطرابات ، معقدة ومتعددة الأبعاد مثل التوحد ، شامل نهج الأعصاب ، والتي تشمل طرق جديدة ومتنوعة والتقنيات ، من النظريات needed.Current من يفترض أن التوحد underconnectivity من مناطق الدماغ ، وخصوصا بين القشرة الأمامية والمناطق الخلفية ، قد يكون حيويا في تفسير عجز رئيسي في التوحد. والخطوة التالية المنطقية الممكنة في هذا الاتجاه تتمثل في معالجة مثل هذه المشاكل من خلال نهج متعدية بهدف تحسين التوصيلية تغيير في الدماغ التوحد. ويمكن لدراسة طولية استهداف اللدونة الدماغ لتقييم استجابات الدماغ قبل وبعد التدخل المكثف المعرفي تظهر تدخل التأثير المحتمل يمكن أن يكون على الاستجابات السلوكية ، والمعرفية ، والعصبية في الأشخاص الذين يعانون التوحد. اكتسبت من خلال الاستمرار في تطوير وصقل التقنيات لدينا ، مثل الاتصال وظيفية وفعالة ، والتشريحية ، يمكننا الحصول على فهم أفضل لهذا الخلل التنموي انتشارا وترجمة المعرفة إلى التدخل.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الإعلان عن أي تضارب في المصالح.

Acknowledgments

فإن الكتاب أود أن أشكر الخريف الكسندر ، كيلن جيف ويلز تشارلز ، كاثي بيرسون ، وPaneri Vaibhav لمساعدتهم في تنفيذ المشروع في مراحل مختلفة. ويؤيد هذا العمل من قبل إدارة البنك العربي المتحد للأموال كلية علم النفس بدء التشغيل ، وجائزة العلماء ماكنولتي - Civitan والتحويلات النقدية المشروطة التجريبي للبحوث غرانت (5UL1RR025777) لRK.

References

  1. Friston, K. J. Functional and effective connectivity in neuroimaging: A synthesis. Human Brain Mapping. 2, 56-78 (1994).
  2. Just, M. A., Cherkassky, V. L., Keller, T. A., Minshew, N. J. Cortical activation and synchronization during sentence comprehension in high-functioning autism: evidence of underconnectivity. Brain: a journal of neurology. 127, 1811-1821 (2004).
  3. Kana, R. K., Keller, T. A., Cherkassky, V. A., Minshew, N. J., Just, M. A. Sentence comprehension in autism: thinking in pictures with decreased functional connectivity. Brain: a journal of neurology. 129, 2484-2493 (2006).
  4. Koshino, H., Kana, R. K., Keller, T. A., Cherkassky, V. L., Minshew, N. J., Just, M. A. fMRI Investigation of Working Memory for Faces in Autism: Visual Coding and Underconnectivity with Frontal Areas. Cerebral Cortex. 18, 289-300 (2007).
  5. Kana, R. K., Keller, T. A., Minshew, N. J., Just, M. A. Inhibitory control in high-functioning autism: decreased activation and underconnectivity in inhibition networks. Biological Psychiatry. 62, 196-208 (2007).
  6. Just, M. A., Cherkassky, V. L., Keller, T. A., Kana, R. K., Minshew, N. J. Functional and Anatomical Cortical Underconnectivity in Autism: Evidence from an fMRI Study of an Executive Function Task and Corpus Callosum Morphometry. Cerebral Cortex. 17, 951-961 (2007).
  7. Castelli, F., Frith, C., Happe, F., Frith, U. Autism, Asperger syndrome and brain mechanisms for the attribution of mental states to animated shapes. Brain. 125, 1839-1849 (2002).
  8. Gray, C. A., Garand, J. D. Social stories: Improving responses of students with autism with accurate social information. Focus on Autistic Behavior. 8, 1-10 (1993).
  9. Smith, S. M., Jenkinson, M., Woolrich, M. W., Beckmann, C. F., Behrens, T. E. J., Johansen-Berg, H. Advances in functional and structural MR image analysis and implementation as FSL. NeuroImage. 23, 208-219 (2004).
  10. Smith, S. M., Jenkinson, M., Johansen-Berg, H., Rueckert, D., Nichols, T. E., Mackay, C. E., Watkins, K. E., Ciccarelli, O., Cader, M. Z., Matthews, P. M. Tract-based spatial statistics: Voxelwise analysis of multi-subject diffusion data. NeuroImage. 31, 1487-1505 (2006).
  11. Li, Q., Sun, J., Guo, L., Zang, Y., Feng, Z., Huang, X., Yang, H., Lv, Y., Huang, M., Gong, Q. Increased fractional anisotropy in white matter of the right frontal region in children with attention-deficit/hyperactivity disorder: a diffusion tensor imaging study. Neuro Endocrinol Lett. 31, 747-753 (2010).
  12. Jeong, J. W., Sundaram, S. K., Kumar, A., Chugani, D. C., Chugani, H. T. Aberrant diffusion and geometric properties in the left arcuate fasciculus of developmentally delayed children: a diffusion tensor imaging study. AJNR Am J Neuroradiol. 32, 323-330 (2011).
  13. Mulder, M. J., van Belle, J., van Engeland, H., Durston, S. Functional connectivity between cognitive control regions is sensitive to familial risk for ADHD. Human Brain Mapping. (2010).
  14. Vourkas, M., Micheloyanni, S., Simos, P. G., Rezaie, R., Fletcher, J. M., Cirino, P. T., Papanicolaou, A. C. Dynamic task-specific brain network connectivity in children with severe reading difficulties. Neurosci Lett. 488, 123-128 (2011).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics