לחקור את המוח באוטיזם באמצעות fMRI ו דימות מותח דיפוזי

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

טכניקות הדמייה כגון MRI פונקציונלי דימות מותח דיפוזי הפכו להיות שימושי יותר ויותר המאפיינת את גירעונות קוגניטיביים עצביים באוטיזם. בדיקה של קישוריות המוח באוטיזם ברמת הרשת יחד עם עיבודים לסריקה ילדים עם נכויות התפתחותיות מוצג.

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

תיאוריות המתהווה מראים כי המוח אינו מתפקד כיחידה מלוכדת באוטיזם, וזה צרימה משתקפת סימפטומים התנהגותיים מוצג על ידי אנשים עם אוטיזם. למרות הממצאים הדמייה מבנית סיפקו כמה תובנות הפרעות במוח באוטיזם, העקביות של הממצאים כזה מוטלת בספק. הדמייה פונקציונלית, מצד שני, כבר פורה יותר בהקשר זה כי אוטיזם היא הפרעה של עיבוד דינמי מאפשר בחינה של רשתות תקשורת בין קליפת המוח, שנראה שבו מתרחשת הבעיה הבסיסית באוטיזם. קישוריות פונקציונלית מוגדרת הקשר הזמני של events1 נוירולוגיות נפרדות מרחבית. ממצאים ממספר מחקרים fMRI האחרונות תמכו ברעיון כי יש תיאום חלש בין חלקים שונים של המוח, כי צריך לעבוד יחד כדי להשיג את בעיות חברתיות או שפה מורכבת 2,3,4,5,6. אחת התעלומות של אוטיזם הוא קיום של ליקויים בתחומים שונים, יחד עם שלם יחסית, יכולות משופרות לפעמים. ביטוי מורכב כזה של אוטיזם שיחות לבדיקה גלובלית ומקיפה של ההפרעה ברמה העצבית. החשבון האחרונות משכנעת של תפקוד המוח באוטיזם, התיאוריה underconnectivity קליפת המוח, 2,7 מספק מסגרת שילוב עבור הבסיסים הנוירוביולוגי של אוטיזם. התיאוריה underconnectivity קליפת המוח של אוטיזם מציע כי כל שפה, תפקיד חברתי, או פסיכולוגית תלויה שילוב של מספר אזורים במוח רגיש הפרעה כמו הביקוש גדל עיבוד. ב אוטיזם, underfunctioning של המעגלים אינטגרטיבי של המוח עלולה לגרום underconnectivity נפוצה. במילים אחרות, אנשים עם אוטיזם עשויים לפרש מידע באופן הדרגתי על חשבון הכלל. מאז underconnectivity קליפת המוח בין אזורים במוח, בעיקר בקליפת המוח הקדמית באזורים האחוריים יותר 3,6, יש עכשיו כבר יחסית מבוססת היטב, אנו יכולים להתחיל להבין נוסף קישוריות המוח כמרכיב קריטי הסימפטומים של אוטיזם.

הצעד ההגיוני הבא בכיוון זה היא לבחון את הקשרים אנטומיים שעשויים לתווך את הקשר הפונקציונלי שהוזכרו לעיל. דימות מותח דיפוזי (DTI) היא טכניקה הדמייה חדשנית יחסית, המסייע לחקור את הדיפוזיה של מים במוח להסיק את שלמות של סיבי החומר הלבן. בטכניקה זו, דיפוזיה מים במוח נבחנת בכמה כיוונים באמצעות הדרגתיים דיפוזיה. למרות קישוריות תפקודית מספק מידע על סנכרון של הפעלת המוח על פני אזורי מוח שונים במהלך פעילות או במנוחה, DTI מסייעת בהבנת הארגון axonal הבסיסית אשר עשוי להקל על צולבות לדבר בין אזורים במוח. מאמר זה יתאר את הטכניקות האלה ככלים חשובים בהבנת המוח באוטיזם ואת האתגרים הכרוכים קו זה של מחקר.

Protocol

1. טכניקות מיוחדות סריקה אנשים עם נכויות התפתחותיות:

בעוד הדמייה עצמה היא טכניקה מורכבת, באמצעות MRI כדי לסרוק את אוכלוסיית ילדים ואנשים עם הפרעות התפתחותיות ניתן הבעיות העיקריות challenging.The ביותר הם: 1) תנועה ראשי: אנשים עם הפרעות, במיוחד ילדים, אולי קשה לשמור עדיין סורק ה-fMRI במהלך הפגישה סריקה. זה עלול לגרום תנועה ראש אשר בתורו יכול להשפיע על איכות הנתונים, 2) ילדים עם אוטיזם יש רגישויות חושיות קיצוניים עלול להיות מוטרד על ידי גורמים, כגון רעש סורק, להיות בחלל סגור טמפרטורה, וכן הלאה; ו -3 ) חרדה מקבל מותאמים לסביבה חדשה יכול להיות קשה עבור אנשים עם אוטיזם. שינוי השגרה שלהם יכול להוות בעיה אם לא מוכנים היטב. לכן, נהלים חדשניים עם הכנות מדוקדקות נדרשים כדי להשיג תשואה טובה, כדי לשפר את האיכות של הנתונים שנאספו. אנו משלבים תובנות רבות ערך שנרכשו תיאוריה ומעשה להכין משתתף עבור סריקת MRI, כדי להפוך את הניסוי תהליך הסריקה מהנה עבור המשתתפים, ועל מנת לעבד את הנתונים שנאספו, שחלקם הם:

  1. סיפורים חברתיים. חברתית סיפורים קצרים, סיפורים ישיר משמש לעתים קרובות להסביר מצבים רומן ומבלבל לילדים עם autism8. אנו משתמשים בסיפורים חברתיים, שנכתב מנקודת המבט של האדם עם אוטיזם, כדי להדגים מילולית לתאר כל שלב של תהליך המחקר שלנו. בשלב כל פריט בסיפור, הן descriptionsare מילולית ציורי סיפק. תחת הכותרת "על מושב ה-MRI שלי", אנו מספקים את הסיפור למשתתף לקראת יום סריקה שלהם, כך שהם יכולים להכיר את תהליך הסריקה. מטרת הסיפור היא להגביר את ההבנה של הפרט הנוהל, לגרום לו / לה נוח יותר במצב חדש.
  2. הקלטת תקליטור של צלילים סורק. במפגש סריקה, סורק MRI מייצרת רעשים כל הזמן זה עשוי להיות מרתיעה כמה אנשים עם אוטיזם. על מנת להתאקלם participantsto הרעש סורק, אנו שולחים את המשתתפים (לפני יום סריקה) הקלטה של ​​קולות שנעשו על ידי הסורק.
  3. מוק סורק MRI. אנו לדמות מושב סריקת MRI עם המשתתף באמצעות סורק מדומה, הבנוי מתוך סורק ה-MRI מושלך פיליפס. זה מספק הערכה מציאותית של הפגישה סריקה בפועל. שימוש בסורק הזה מדומה, הממוקם במחלקה לאופטומטריה, UAB, מאפשרת למשתתף להתרגל לסביבה הסורק.
  4. סיור של סורק ה-MRI לפני סריקה. לפני תחילת סריקת MRI, המשתתף ניתנת הזדמנות לראות את סורק ואפילו לקבל על המיטה סורק בקצרה. בדרך כלל, זה עוזר להקל על פחד וחרדה, כמו גם לספק לחוקרים מידע התנהגותי לגבי התגובה של המשתתף לסורק. תגובות אלו לעיתים קרובות לספק ערך, אינטואיטיבי למרות ואיכותי, מידע אם משתתף רשאי סביר להשלים את scan.Before כל משתתף נכנס הסורק, הוא / היא משאירה את כל חפציו בחדר ההלבשה והוא בדק גם מתכת באמצעות גלאי מתכת.
  5. ביצוע סורק MRI ילד ידידותי. עבור כל סריקות שלנו, אנו משתמשים 3.0 סימנס טסלה אלגרה סורק MRI הממוקם Civitan UAB International Research Center. זהו סורק הראש בלבד מה שהופך אותו פחות מאיימת עבור המשתתפים. על מנת להפוך את הסביבה סורק כילד ידידותית ככל האפשר (עבור אוכלוסיית הילדים), הסורק יכול להיות מקושט במדבקות נשלף בקלות של בעלי חיים, דמויות מצוירות, וכו 'בנוסף, אנו מספקים שמיכות צבעוניות למשתתפים לשמור אותם חם הסורק. עבור ילדים עם אוטיזם, אשר לעתים קרובות יש אינטרסים מיוחדים (למשל, רכבות), אינטרסים כאלה עשוי להילקח בחשבון בזמן סורק מעטר.
  6. שימוש או סרטים מצויירים: אנטומי ורכישת DTI התמונה אינם דורשים המשתתף לבצע משימה הסורק. במהלך סריקות אלה, המשתתפים מקבלים את האפשרות לצפות כמה דקות של הסרט האהוב שלהם או סדרת קריקטורות. בנוסף לאספקת הפסקה מבורכת של משימות, זה עוזר להפוך את תהליך הסריקה ומהנה יותר למשתתף.

2. השימוש בתוכנה Stimulus מצגת ותגובה התקנים לחצן כדי לתקשר עם סורק:

  1. המשימות ניסיוני מתוכנתים באמצעות E-הממשלה (פסיכולוגיה כלים תוכנה, פיטסבורג, פנסילבניה) מצגת תוכנה גירוי. לפני הפגישה סריקה, המשתתף שיטות גרסאות קצרות יותר של משימות על מחשב נייד, כך שהם מכירים את מה שהם יראו הסורק ומה הכפתורים הם יידרשו העיתונות.
  2. לאשואל נטענים מערכת דימות משולב פונקציונלית (IFIS, Invivo Corporation, אורלנדו, פלורידה), ו מסונכרנים עם הפרדיגמה סריקה. המערכת מסייעת IFIS הפרויקט גירויים חזותיים על מסך מאחורי המשתתף בעוד סורק, אשר הדעות משתתף דרך המראה המצורפת סליל ראש.
  3. מפקחת כפול בחדר הבקרה לאפשר לחוקרים כדי לבחור את משימות הניסוי או סרטים שהוצגו במהלך הסריקה, ולעקוב אחר התגובות למשתתף (כולל זמן תגובה ודיוק הביצוע).
  4. המשתתפים ללבוש אוזניות תואמות MRI המאפשרים להם לשמוע אודיו, להקשיב להוראות של החוקרים, כמו גם להקטין את הרעש בולט של הסורק. בנוסף אוזניות, אטמי אוזניים ניתנים לצמצם עוד יותר את הרעש של הסורק.
  5. בתגובה סיב אופטי המחובר למכשיר כפתור כל יד מאפשר המשתתף להשיב לשאלות המשימה. מערכת IFIS רשומות התגובות הללו, כמו גם העיתוי של כל תשובה יחד עם תזמון הסריקה.
  6. חירום "לסחוט כדור" ניתנת למשתתף במקרה שהוא / היא לא רוצה להמשיך את הסריקה. לחיצה על הכדור תקבע אזעקה בחדר הבקרה הנחיה החוקרים להגיע המשתתף באופן מיידי.

3. שימוש של גירויים חזותיים סטטי ודינמי כדי לעורר תגובה מוחית המשתתפים עם אוטיזם:

בעוד עיצוב ניסיוני מעולה הוא קריטי ללמוד בכל יצירה מדעית, בולט אקורד עם המשתתפים יכולים להשפיע באופן משמעותי על נתוני רכש, במיוחד הדמייה. גירויים צריך להיות ברמה של הבנה של המשתתף, ו הניסוי צריך להיות קצר, מדויק, ומהנה. אם תשומת לב נאותה אינה ניתנת רכיבים אלה, איכות הנתונים יכולים להיות מושפעות לרעה. טיפול מיוחד נלקח לנסות לעשות את המשימות ניסיוני מאתגרת ומהנה ידי יצירת גירויים חדשניים.

  1. גירויים חזותיים דינאמיים, כגון קטעי וידאו המתארים אינטראקציה חברתית משמשים כדי לעורר תגובות המשתתפים על ייחוס מצבו הנפשי. בנוסף להיותו קצר ומהנה, גירויים אלה פרוסות של העולם החברתי האמיתי ולספק זירה מתאימה חוקרת את תגובות המוח הקשורים בהכרה חברתית.
  2. גירויים חזותיים סטטיים, כגון דמות דמויות מקל הצגת תנוחות גוף שונים משמשים גם כדי ללמוד קוגניציה חברתית. גירויים אלה מועיל בלימוד רגשות על ידי עידוד המשתתפים להסיק רגשות שפת גוף.
  3. גירויים חזותיים סטטיים כמו vignettes הקומיקס שכוללות תווים מרובים המתארים מצבים חברתיים משמשים גם. גירויים אלה כרוכים ייחוס מבוסס על פיזיקה עממית, פסיכולוגיה עממית.
  4. עבור מחקרים הבוחנים עיבוד שפה, אנחנו בעיקר להשתמש משימות שכוללות הבנה משפט, לקסיקלי קבלת החלטות, ועיבוד השיח.
  5. למרות אורכו של כל ניסוי שונה אחרת, אנו מנסים לשמור כל ניסוי פחות מ -10 דקות. בנוסף, אנו גם לנסות כריך לסרוק DTI שלנו סורק אנטומית בין הניסויים לתת משתתף קצת זמן פנוי / מנוחה. מצאנו הצלחה סבירים עם אסטרטגיה זו. באחת הפגישות סריקה, אנו מנסים לכלול 2-3 משימות לוקח את סך כל הזמן בילה המגנט כ 30-40 דקות. ראה איור 1 עבור תרשים זרימה המתאר את פרוטוקול המחקר.

4. רכישת נתונים, בקרה, אחסון ניתוח, ואיכות:

Data Acquisition:

  1. Functional MRI נתוני DTI נאספים בפגישה אחת למשתתף באמצעות סימנס 3.0 טסלה אלגרה הראש רק סורק (Siemens Medical Inc, Erlangen, גרמניה) שוכנו הבינלאומי Civitan מרכז המחקר, מאוניברסיטת אלבמה בבירמינגהם.
  2. במושב סריקה מתחיל גבוה T1-משוקלל סריקות ברזולוציה הדמיה מבנית. אלה הם רכשו באמצעות 160-3D פרוסה MPRAGE (הוכן המגנטיזציה Gradient ראפיד אקו) סריקה עם נפח TR (זמן חזרה) = 200 ms, TE (זמן Echo) = 3.34 ms, זווית להעיף = 12 מעלות, FOV (שדה תצוגה) = 25.6 ס"מ, 256 X 256 גודל מטריצה, ו 1 פרוסה מ"מ עובי. רכישה זו נמשכת כ -8 דקות, רכשה את הנתונים מספקים מידע אנטומי על המוח של כל משתתף.
  3. סריקות אנטומי מלוות סריקות תפקודית. כדי לרכוש תמונות תפקודית, אנו משתמשים רצף יחיד ירה דופק שיפוע, נזכר הד מישורי עם TR = 1000 ms, TE = 30ms, זווית להעיף = 60 מעלות, FOV = 24 ס"מ, ו - מטריצה ​​= 64 x 64. אנו רוכשים seventeen פרוסות סמוכות צירית עקיפה ברצף משולבים עם עובי 5 מ"מ פרוסה, 1 פרוסת הפער מ"מ, 24 ס"מ FOV, ו 64 X 64 מטריקס, וכתוצאה מכך ברזולוציה בתוך מטוס של 3.75 X 3.75 X 5 מ"מ.
  4. בהתאם לאורך של ניסוי ה-MRI פונקציונלי, שניים או שלושה ניסויים כלולים דק '60-75אוטי סריקה הפגישה.
  5. התמונות DTI נרכשים באמצעות זריקה אחת, ספין הד, EPI (Echoplanar Imaging) עם רצף 46 כיוונים אורתוגונליים. דיפוזיה משוקלל, נורה בודדת, ספין הד, הד מישורי רצף הדמיה משמש עם TR = 7000 ms, TE = 90 מילישניות, רוחב פס = 2790 גודל הרץ / voxel, FOV = 220, ו - מטריצה ​​= 128x 128. פרוסות עבות עשרים ושבע 3 מ"מ הם צילמו (אין פער פרוסה) עם שקלול-דיפוזיה לא (ב = 0s/mm2) ועם שקלול-דיפוזיה (ב = 1000s/mm2) הדרגתיים מיושם 46 כיוונים אורתוגונליים.

אחסון נתונים וניתוח נתונים:

  1. הנתונים הדמייה רכשה מההפעלה MRI מועברים רשת קיר להעביר למחשב מוגן בבית החולים של אוניברסיטת בקנה אחד עם ניידות הבריאות חוק ביטוח אחריות (HIPAA).
  2. MRI ו DTI נתונים מהשרת זה מועברים אל שרת מחשב מרכזי של המעבדה (נוירונים), ו לאנונימיים לפני שזה נעשה זמין עבור ומנתח נתונים. שרת נוירון בתים כל ניתוח התמונה תוכניות, כמו גם את הבית, סקריפטים שנוצר לעשות חישובים ספציפיים הניסויים שלנו.
  3. אשכול מחשב מעסיקה 3 צמתים, כל אחד עם מעבד ארבע ליבות, מאפשר עיבוד מהיר יותר ומקביל של מערכי נתונים מרובים. בנוסף, מאז נתונים ממחקרים שונים נמצאים במיקום משותף, זה עושה את זה יותר קל לארגן את הנתונים, מנתח מטא ולעשות היקשים העל.
  4. נתוני ה-fMRI הן לפני ואחרי עיבוד, ונותחו סטטיסטית בעזרת SPM8 (סטטיסטיים מיפוי פרמטרית; Wellcome המחלקה לנוירולוגיה קוגניטיבית, לונדון, בריטניה). בנוסף, תוכנות אחרות, כגון ניתוח NeuroImages פונקציונלית (AFNI), fMRIB תוכנה הספרייה (FSL), ו MRICron משמשים גם עבור ניתוחים אחרים.
  5. התמונות DTI הם לפני ואחרי עיבוד, ונותחו סטטיסטית בעזרת FSL.

בקרת איכות:

  1. התאמות של זמן ומרחב הם עשו את נתוני ה-fMRI באמצעות צעדים preprocessing, כגון תיקון פרוסה תזמון, תיקון תנועה, ההתכנסות, נורמליזציה המרחביים, החלקה המרחבית.
  2. יחס אות לרעש (SNR) מחושב לפי לוקח את היחס בין השתנות משימה הקשורה לבין השתנות משימה בלתי קשורים. רעש (משימה בלתי שונות הקשורות) יכול לכלול כל דבר החל הרעש התרמי בראש ההצעה אפקטים. הן חישוב SNR להשיג יחס יחסית גבוה יותר (> 0.8) ועל ידי פיקוח על חפצים, נוכל לוודא שהתמונות לעמוד בתקני איכות מחמירים.
  3. Temporal יחס אות לרעש (tSNR) הוא SNR במהלך כל הניסוי מוגדר מתמטית על ידי היחס בין עוצמת האות מתכוון וריאציה של האות לאורך זמן. סטיית תקן מתכוון נלקחים על voxel כל אם היחס בתוך המוח הוא על סף מקובלת, את התמונות ניתן להשתמש לצורך ניתוח נוסף.
  4. זה תמיד רעיון טוב לבחון את הנתונים עבור פריטים בכל שלב העיבוד המקדים וניתוח מדי. לדוגמה, בחינת התמונות גלם תדר רדיו (RF) חפצים או הערכת ההצעה artifacts בנתוני מעובד. אחד המדדים מונעת לשליטה על חפצים הוא מסך נושאים מתכת או סביב הראש, כגון פלטות או שכר קבוע, כדי להגביל את כמות ירידה האות החוצה.
  5. אם במערך יש יותר מדי רעש, גם לאחר הליכי תיקון בתנועה, אינו עומד בסטנדרטים איכות הנתונים שלנו, במערך זה נכללו בדרך כלל ניתוחים נוספים.

5. בחינת המוח באוטיזם ברמה רשת: fMRI מבוסס חקירת קישוריות פונקציונליים DTI מבוססי בדיקת קישוריות אנטומי:

פונקציונלית קישוריות:

קישוריות פונקציונלית מתייחס הסנכרון של הפעלת המוח באזורים שונים במוח. המתאם כמובן את זמן ההפעלה על פני אזורים במוח נלקח כראיה של תקשורת או קישוריות בין אזורים אלה. השלבים הכרוכים בניתוח זה הן כדלקמן:

  1. אזורי עניין (ROIs) מזוהים, או פונקציונלית (מבוסס על תגובה הפעלה למשימות) או אנטומית (מבוסס על אטלסים המוח סטנדרטית). ROIs אלה מוגדרים או כדורית עם רדיוס כי היה להקיף את ההפעלה או שהם מוגדרים לצורה המקורית שלהם.
  2. ברדיוס המצוין או צורה ממשית, יחד עם קואורדינטות MNI, התאגדה כדי ליצור קובץ ההחזר על ההשקעה עבור כל ROIs באמצעות in-house נוכחות script.The של חפיפה בין המיקומים של ROIs אלה הוא נחקר ותיקן.
  3. ההחזר על ההשקעה עבור כל אחד, האות מופק במהלך זמן הניסוי מנתונים כל משתתף של הפרט.
  4. עבור כל משתתף, האות ממוצע זמן ההחזר על ההשקעה עבור כל קורס היא בקורלציה עם ROIs כל האחרים וכתוצאה מכך מטריצת מתאם. המתאםערכים מומרים מכן עשרות z "פישר עבור ניתוחים סטטיסטיים נוספים כדי להפוך קבוצה הפרט, ובין מסקנות רמת קבוצה.

קישוריות אנטומי (DTI):

כדי לבחון את שלמות החומר הלבן על פני המוח, מותח את התמונות דיפוזיה מנותחות באמצעות fMRIB תוכנה הספרייה (FSL) 9. להלן השלבים העיקריים המעורבים:

  1. הצעד הראשון בניתוח זה כרוך preprocessing, כולל גולגולת להפשיט תיקון הנוכחית אדי. גולגולת הפשטת נעשה באמצעות כלי חילוץ המוח (בית) כדי להסיר את כל הרקמה הלא parenchymal. כאשר גבוה דיפוזיה הדרגתיים בעוצמת מוחלפות במהירות, חפצי גזירה ולמתוח מיוצרים אשר שונה לכל כיוון שיפוע. עיוותים אלו מתוקנות בעזרת מערבולת של FSL התיקון הנוכחי אשר רושם את התמונות דיפוזיה לתמונה התייחסות עם שיפוע לא דיפוזיה מיושם.
  2. טנזורים דיפוזיה השבר (FA) ערכים אנאיזוטרופיה, מדד הדיפוזיה של מים לאורך אקסונים, אז מחושבים באמצעות ארגז הכלים דיפוזיה של FSL ברמה voxel.
  3. ההבדלים קבוצה ברמה voxel-by-voxel נבחנים באמצעות בדרכי מבוסס סטטיסטיקה מרחבית (TBSS) 10. בטכניקה זו, כל התמונות דיפוזיה מיושרים הראשון לחלל משותף באמצעות רישום ליניארית.
  4. השלד האנגלי של כל קטעי העיקריים בחומר הלבן של כל המשתתפים נוצרת. דיפוזיה תמונות אישיות של כל המשתתפים הרשומים ואז השלד הזה בדרכי FA.
  5. תחומי לאורך השלד הזה מהתמונות של המשתתפים עם אוטיזם מושווים voxel-by-voxel אל אותם אזורים מן המשתתפים לשלוט באמצעות t-בדיקות. Voxels עם ערכים שונים FA מבודדים אז כמו ROI גדול הערכים האנגלי אומר מחושב.

6. נציג תוצאות:

תוצאות העיקרית העולה מן המחקרים הנוגעים התגובה העצבית נחלשה ב המשתתפים עם אוטיזם שלנו (מבחינת ההפעלה, שינוי עוצמת האות, וכן קישוריות תפקודית) ואת השימוש האפשרי של המסלול קליפת המוח משתנה בביצוע משימות קוגניטיביות וחברתיות. למשל, באזורים הליבה נמצא מתווך פונקציה (למשל עבור האחורי מענית הזמני מעולה בצומת temporoparietal ב הסיק כוונותיהם של אחרים; ראה איור 2) נראים מתחת להגיב אוטיזם, בהשוואה למשתתפי קבוצת הבקרה טיפוסי. בנוסף, באזור הליבה נראה underconnected תפקודית עם צמתים אחרים, בעיקר אלה הרחוקים מרחבית (איור 3). עם DTI, אנו מוצאים גם כמה בסיס אנטומי על ממצאים אלה (ראה איור 4), מתן מקיף, ברמת הרשת תמונה של ארגון המוח באוטיזם.

איור 1
באיור 1. Flow-תרשים המתאר את שיטות ונהלים.

איור 2
איור 2: הפעלה) מוגברת במשימה שפה טיפוסית, כגון הבנת המשפט (משמאל gyrus חזיתית נחות, והשאיר מענית האחורי הזמני מעולה); B) מוגבר דו צדדי האחורי הפעלה מעולה הזמני sulci משתתפים neurotypical במהלך ייחוס מצבים מנטליים אחרים (FWE תיקן סף של p <0.05).

איור 3
איור 3. קישוריות תפקודית הקטינה באופן משמעותי (סנכרון של הפעלת המוח) בין אזורים פרונטלי ובזמן במשימה קוגניציה חברתית בקרב המשתתפים עם אוטיזם (p <0.05). LSTG: שמאל gyrus הזמני מעולה, RSTG: זכות gyrus הזמני מעולה, RIFG: זכות gyrus חזיתית נחות, ההחזר על ההשקעה: אזור ריבית, FCA: קישוריות תפקודית.

איור 4
איור 4. DTI תוצאות Tractography מראה החומר הלבן סיבים צרור הליך של האונה הטמפורלית לצומת temporoparietal. נקודת המוצא הראשונית tractography היה מזוהה על ידי ROI TBSS כבעל ערך FA קטן משמעותית אצל צעירים עם אוטיזם בהשוואה גיל מתאימים למשתתפים שליטה טיפוסי.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

שיטות ונהלים המתואר במאמר זה מתבססות על העקרונות הבסיסיים של מדעי המוח הקוגניטיביים ו הדמייה. יחדיו, שיטות אלה מספקים מסגרת משכנעת להערכת תפקוד המוח ברמה המערכות אצל ילדים, מבוגרים, אצל אנשים עם הפרעות. מחקרים מעוגנת שיטות אלה היו בעלי השפעה במיוחד המאפיינת את תפקוד המוח צורמים של אנשים עם אוטיזם.

למרות טכניקות המוצגים כאן הם להעברה באוכלוסיות אחרות במטרה לענות על שאלות תיאורטיות הקשורות 11,12,13,14, תשומת לב נדרשת הדמייה ילדים, כמו גם עבור הדמייה אצל אנשים עם הפרעות התפתחותיות: 1) למרות מספר הזהירות אמצעי הכנה ניקח לצורך סריקה, תנועה הראש עדיין מהווה דאגה גדולה הדמייה. הסורק הוא רגיש מאוד תנועה הראש, בתנועה הסיבובית של רק 0.5 מ"מ גרימת ההצעה artifacts משמעותי. בעוד הצגנו מספר טכניקות כדי לסייע בהפחתת חרדה בתורו להפחית תנועה, כגון סורק מדומה וחדר לקשט את הסורק, כל מאמץ שורות אלה עשוי להיות כדאי. נכון לעכשיו, אנחנו מנסים להתאים פרדיגמה משוב באמצעות סרטים לאימונים כדי לשמור על תנועת הראש עד למינימום; 2) אחר נוגע לנושא הנשירה על המשתתף, בעיקר אצל ילדים. ילדים רבים מסרבים להיכנס לפאניקה או סורק לאחר הסריקה הוא התחיל; 3) סוגיה נוספת קשורה ההטרוגניות הטמון ביטוי של הפרעות התפתחותיות. חוקרים של הפרעות התפתחותיות צריכים להיות זהירים בהתמודדות עם השתנות במדגם שלהם, אחרת יכול להיות קבור תחת קבוצה ברמה מסקנות דיווחו לעתים קרובות, ו 4) גם בעיות בציוד קטין יכולה להיות השפעה משמעותית על פרוטוקול המחקר ומשתמש החוקר. למשל, את המצגת גירוי תוכנית E-הממשלה אין את היכולת לשחק גירויים וידאו. אמנם את הגירסה האחרונה של התוכנה הזו מנגנת קטעי וידאו, גירסה זו אינה עולה בקנה אחד עם מערכת IFIS. במקרה כזה, אנו משתמשים בתוכנות Inquisit לשחק אנימציות וקטעי וידאו שלנו, אלא לשלב נוסף של צורך לסנכרן באופן ידני את הוידאו עם המחשב של הסורק. למרות כמה המגבלות שצוינו לעיל, MRI פונקציונלי יש מספר יתרונות על מה שהופך אותו לאחד טכניקות הדמייה הטובה ביותר ללמוד את תפקוד המוח: 1) בניגוד טכניקות כמו טומוגרפיה פליטת פוזיטרונים (PET), fMRI אינה דורשת הזרקת איזוטופים רדיואקטיביים לתוך גוף האדם; 2) ברזולוציה מרחבית של fMRI הוא טוב יותר מאשר טכניקות כמו Electroencephalography (EEG), ו -3) את הזמן יכול להיות קצר הרכישה בהתאם הפרדיגמה, אשר עשויים לסייע לך לעבוד עם אנשים עם הפרעות כמו אוטיזם.

על מנת לאפיין את הנוירוביולוגיה של הפרעות כמו אוטיזם ממדי מורכב, מקיף גישות המוח, כי להקיף שיטות חדשניות ומגוון שיטות, תיאוריות של needed.Current מניחים שאוטיזם underconnectivity של אזורים במוח, בעיקר בין אזורים בקליפת המוח הקדמית אחורית יותר, עשוי להיות חיוני להסביר את הגירעונות מפתח באוטיזם. הצעד ההגיוני הבא אפשרי בכיוון זה היא להתמודד עם בעיות כאלה באמצעות גישות translational במטרה לשפר את הקישוריות שונה במוח האוטיסטי. מחקר אורך מיקוד פלסטיות המוח להעריך התגובות המוח לפני ואחרי התערבות קוגניטיבית אינטנסיבית יכול להראות ההתערבות יכולה להיות ההשפעה האפשרית על תגובות התנהגותיות, קוגניטיביות עצבית אנשים עם אוטיזם. לפי ממשיכים לפתח וכוונן טכניקות שלנו, כגון קישוריות פונקציונלית, יעילה, אנטומי, נוכל להשיג הבנה טובה יותר של הפרעה זו התפתחותיות ולתרגם את הידע שנצבר להתערבות.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

אין ניגודי אינטרסים הכריז.

Acknowledgments

המחברים מבקשים להודות סתיו אלכסנדר, ג'ף Killen, צ'ארלס וולס, קתי פירסון, ו Vaibhav Paneri על עזרתם עם הפרויקט בשלבים שונים. עבודה זו נתמכת על ידי מחלקת UAB קרנות פסיכולוגיה הפקולטה ההפעלה, פרס מקנאלטי-Civitan המדען & לחקר פיילוט CCTS גרנט (5UL1RR025777) כדי RK.

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