Onderzoek naar de hersenen bij autisme Met behulp van fMRI en Diffusion Tensor Imaging

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

Neuroimaging technieken, zoals functionele MRI en Diffusion Tensor Imaging worden steeds nuttig in het karakteriseren van de cognitieve en neurale stoornissen bij autisme. Een onderzoek van de hersenen connectiviteit bij autisme op een netwerk niveau, samen met aanpassingen voor het scannen van kinderen met ontwikkelingsstoornissen wordt gepresenteerd.

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

Nieuw opkomende theorieën suggereren dat de hersenen niet functioneren als een samenhangend geheel van autisme, en deze discrepantie wordt weerspiegeld in de gedragssymptomen weergegeven door mensen met autisme. Terwijl structurele neuroimaging bevindingen hebben meer inzicht in de hersenafwijkingen bij autisme, de consistentie van deze bevindingen is twijfelachtig. Functionele neuroimaging, aan de andere kant, is meer vruchtbaar in dit verband, want autisme is een aandoening van de dynamische bewerking en maakt het onderzoek van de communicatie tussen de corticale netwerken, die lijkt te zijn waar het onderliggende probleem zich voordoet bij autisme. Functionele connectiviteit wordt gedefinieerd als de tijdelijke correlatie van ruimtelijk gescheiden neurologische events1. Bevindingen uit een aantal recente fMRI-studies hebben gesteund het idee dat er zwakker is coördinatie tussen de verschillende delen van de hersenen die samen moeten werken om complexe sociale of taalproblemen 2,3,4,5,6 bereiken. Een van de mysteries van autisme is het naast elkaar bestaan ​​van tekorten in verschillende domeinen, samen met relatief intact, soms versterkt, vaardigheden. Dergelijke complexe manifestatie van autisme vraagt ​​om een ​​wereldwijde en brede onderzoek naar de aandoening op de neurale niveau. Een boeiende recente rekening van de hersenen functioneren in autisme, het corticale underconnectivity theorie, 2,7 biedt een kader voor het integreren van de neurobiologische basis van autisme. De corticale underconnectivity theorie van autisme suggereert dat elke taal, sociale of psychologische functie die afhankelijk is van de integratie van meerdere gebieden van de hersenen is gevoelig voor verstoring als de verwerking van de vraag toeneemt. In autisme, kan de underfunctioning van integratieve circuits in de hersenen veroorzaken wijdverbreide underconnectivity. Met andere woorden, mensen met autisme te interpreteren informatie stukje bij beetje ten koste van het geheel. Omdat corticale underconnectivity onder de hersenen gebieden, met name de frontale cortex en meer posterieure gebieden 3,6, is nu relatief goed ingeburgerd, kunnen we beginnen met de hersenen connectiviteit verder te begrijpen als een kritische component van autisme symptomatologie.

Een logische volgende stap in deze richting is te onderzoeken of het anatomische verbindingen die kunnen bemiddelen de functionele verbindingen hierboven vermeld. Diffusion Tensor Imaging (DTI) is een relatief nieuwe beeldvormende techniek die helpt sonde de diffusie van water in de hersenen om de integriteit van witte stof vezels af te leiden. In deze techniek wordt het water diffusie in de hersenen onderzocht in verschillende richtingen met behulp van diffusie gradiënten. Terwijl de functionele connectiviteit geeft informatie over de synchronisatie van hersenactiviteit tussen verschillende hersengebieden tijdens een taak of tijdens de rust, DTI helpt bij het begrijpen van de onderliggende axonale organisatie die de cross-talk kan vergemakkelijken tussen hersengebieden. Dit document zal beschrijven deze technieken als waardevolle hulpmiddelen bij het begrijpen van de hersenen bij autisme en de uitdagingen die betrokken zijn in deze lijn van onderzoek.

Protocol

1. Speciale technieken voor het scannen personen met een handicap Developmental:

Terwijl de neuroimaging zelf is een complexe techniek, met behulp van MRI voor de pediatrische populatie te scannen en mensen met ontwikkelingsstoornissen kan uiterst challenging.The voornaamste problemen zijn: 1) Hoofd beweging: mensen met stoornissen, met name kinderen, vinden het moeilijk om nog in te houden de fMRI-scanner gedurende een scan sessie. Dit kan resulteren in het hoofd van beweging die op hun beurt kunnen de kwaliteit van de gegevens van invloed zijn, 2) Kinderen met autisme hebben extreme zintuiglijke gevoeligheden en kan worden gehinderd door factoren, zoals de scanner lawaai, wordt in een gesloten ruimte, temperatuur en ga zo maar door, en 3 ) Angst en het krijgen aangepast aan een nieuwe omgeving kan het moeilijk zijn voor mensen met autisme. Een verandering in hun routine kan problemen opleveren indien niet goed voorbereid. Daarom zijn innovatieve procedures met een zorgvuldige voorbereiding nodig is om een ​​goede opbrengst te bereiken, en om de kwaliteit van de verzamelde gegevens te verbeteren. We nemen waardevolle inzichten uit theorie en praktijk aan een deelnemer voor te bereiden op een MRI-scan, om het experiment en het scanproces plezierig voor de deelnemer te maken en de verzamelde gegevens, waarvan sommige zijn proces:

  1. Social Stories. Sociale verhalen zijn korte, directe verhalen vaak gebruikt voor het verklaren van nieuwe en verwarrende situaties voor kinderen met autism8. We maken gebruik van sociale verhalen, geschreven vanuit het perspectief van het individu met autisme, om te illustreren en verbaal te beschrijven elke stap van onze studie proces. Bij elk item in het verhaal, zowel verbale en picturale descriptionsare verstrekt. Getiteld "over mijn MRI-sessie ', bieden wij het verhaal aan de deelnemer een voorsprong op hun scan dag, zodat ze vertrouwd raken met het scanproces. Het doel van het verhaal is aan de individuele begrip van de procedure te verhogen, en om hem / haar meer comfortabel in een nieuwe situatie.
  2. CD Opname van Scanner Sounds. Tijdens het scannen een sessie, de MRI-scanner produceert harde geluiden voortdurend en dit kan aversieve zijn om sommige mensen met autisme. Om de participantsto de scanner geluid acclimatiseren, sturen wij de deelnemers (voorafgaand aan de scan dag) een opname van het geluid van de scanner.
  3. Mock MRI-scanner. We simuleren een MRI-scan sessie met de deelnemer met behulp van een mock-scanner, opgebouwd uit een afgedankte Philips MRI-scanner. Dit zorgt voor een realistische benadering van de werkelijke scannen sessie. Het gebruik van deze mock scanner, gelegen bij de afdeling Optometrie, UAB, kan de deelnemer te wennen aan de scanner omgeving.
  4. Ronde van de MRI-scanner Voorafgaand aan het scannen. Voorafgaand aan het begin van de MRI-scan, is de deelnemer in de gelegenheid gesteld om de scanner ook te zien en kort krijgen op de scanner bed. Meestal helpt dit te verlichten angst en bezorgdheid, maar ook bieden de onderzoekers met gedragsproblemen informatie over de deelnemer reactie op de scanner. Dergelijke reacties vaak waardevol, maar intuïtieve en kwalitatieve, informatie over de vraag of de deelnemer kan waarschijnlijk completeren het geheel scan.Before de deelnemer gaat in de scanner te bieden, hij / zij laat al zijn bezittingen in een kleedkamer en is ook gecontroleerd op het gebruik van een metalen metaaldetector.
  5. Het maken van de MRI-scanner voor kinderen. Voor al onze scans, hebben we de Siemens 3,0 Tesla MRI scanner Allegra gelegen aan de UAB Civitan International Research Center te gebruiken. Dit is een kop-only scanner waardoor het minder intimiderend voor de deelnemers. Om de scanner omgeving als kindvriendelijk mogelijk te zijn (voor de pediatrische populatie) te maken, de scanner kan worden ingericht met eenvoudig te verwijderen stickers van dieren, stripfiguren, etc. Daarnaast bieden wij kleurrijke dekens om de deelnemers te houden warm in de scanner. Voor kinderen met autisme die hebben vaak speciale interesses (bijv., treinen), kunnen deze belangen rekening worden gehouden, terwijl het versieren van de scanner.
  6. Het gebruik van films of Cartoons: De anatomische en DTI beeldacquisitie niet nodig de deelnemer aan een taak uit te voeren in de scanner. Tijdens deze scans, worden de deelnemers krijgt de optie van het kijken naar een paar minuten van hun favoriete film of cartoon-serie. Naast het leveren van een welkome afwisseling van de taken, dit helpt om het scanproces leuker voor de deelnemer.

2. Gebruik van de Stimulus Presentation Software en Button responstoestellen te communiceren met de scanner:

  1. De experimentele taken worden geprogrammeerd met behulp van E-Prime (Psychologie Software Tools, Pittsburgh, PA) stimulus presentatie software. Voor het scannen sessie de deelnemer kortere versies van de taken praktijken op een laptop computer, zodat ze bekend zijn met wat ze zien in de scanner en welke knoppen ze moeten drukken.
  2. De tvraagt ​​zijn geladen op de Integrated Functional Imaging System (IFIS, Invivo Corporation, Orlando, FL), en zijn gesynchroniseerd met het scannen paradigma. Het IFIS systeem helpt het project de visuele stimuli op een scherm achter de deelnemer, terwijl in de scanner, die de deelnemer standpunten door middel van een spiegel aan het hoofd spoel.
  3. Dual monitoren in de controlekamer kan de onderzoeker de experimentele taken of films gepresenteerd tijdens de scan te selecteren, en monitor deelnemer reacties (inclusief de reactietijd en de prestaties van de nauwkeurigheid).
  4. De deelnemers dragen MRI-compatibele hoofdtelefoon die hen in staat stellen om te horen audio, luisteren naar de onderzoekers aanwijzingen, evenals vermindering van de storende geluid van de scanner. Naast de hoofdtelefoon, zijn oordoppen aan verdere vermindering van het geluid van de scanner.
  5. Een glasvezel-knop antwoord apparaat aangesloten op elke hand kan de deelnemer om te reageren op taak vragen. Het IFIS systeem registreert deze reacties, maar ook de timing van elk antwoord in combinatie met de scan timing.
  6. Een noodsituatie "squeeze bal" wordt gegeven aan de deelnemer in het geval hij / zij niet wil om de scan te gaan. Door op deze bal zal een alarm in de controle kamer vragen aan de onderzoekers om meteen aan de deelnemer.

3. Het gebruik van statische en dynamische visuele stimuli om Brain reacties uitlokken in Deelnemers met autisme:

Terwijl het een uitstekend experimenteel design is van cruciaal belang voor een wetenschappelijke studie, kan het vinden van een akkoord met de deelnemers hebben een belangrijke invloed op de verkregen gegevens, vooral in neuroimaging. De stimuli moeten worden op het niveau van begrip van de deelnemer en het experiment moet kort, precies, en plezierig. Als voldoende aandacht wordt niet gegeven aan deze elementen, kan de kwaliteit van de data negatief worden beïnvloed. Speciale zorg is genomen om te proberen om de experimentele taken uitdagend en plezierig door het creëren van innovatieve stimuli.

  1. Dynamische visuele stimuli, zoals video's beeltenis van sociale interactie worden gebruikt om de deelnemer de antwoorden op de geestelijke toestand attributie op te roepen. Naast het feit dat kort en leuk, deze prikkels zijn plakjes van de echte sociale wereld en zorgen voor een geschikte arena voor het onderzoeken van de hersenen reacties geassocieerd met sociale cognitie.
  2. Statische visuele stimuli, zoals de stick figure personages weergeven van verschillende lichaamshoudingen worden ook gebruikt om sociale cognitie te bestuderen. Deze prikkels zijn nuttig bij het bestuderen van emoties door het stimuleren van de deelnemers om gevoelens afleiden uit lichaamstaal.
  3. Statische visuele stimuli, zoals strip vignetten die meerdere tekens afbeelden sociale situaties te betrekken worden ook gebruikt. Deze stimuli te betrekken toeschrijvingen gebaseerd op folk fysica en folk psychologie.
  4. Voor studies naar de verwerking van taal, we voornamelijk gebruik van taken die zin begrijpen, lexicale besluitvorming, en het discours verwerking te betrekken.
  5. Hoewel de lengte van elk experiment verschilt van een ander, we proberen te houden elk experiment minder dan 10 minuten. Daarnaast proberen we ook onze sandwich DTI scan en anatomische scans tussen experimenten om de deelnemer te geven wat vrije / rusttijd. We vonden redelijk succes met deze strategie. In een sessie scannen, proberen we tot 2-3 taken het nemen van de totale tijd doorgebracht in de magneet tot ongeveer 30-40 minuten op te nemen. Zie Figuur 1 voor een flow-chart voorstelling van de studie protocol.

4. Data Acquisition, opslag, analyse, & Quality Control:

Data Acquisition:

  1. Functionele MRI en DTI gegevens worden verzameld in een enkele sessie per deelnemer met behulp van een Siemens 3,0 Tesla Allegra head-only scanner (Siemens Medical Inc, Erlangen, Duitsland) gevestigd in het Civitan International Research Center, University of Alabama in Birmingham.
  2. Het scannen sessie begint met een hoge resolutie T1-gewogen scans voor structurele beeldvorming. Deze zijn verkregen met behulp van een 160-slice 3D MPRAGE (Magnetisatie Bereide Rapid Gradient Echo) volume scannen met TR (herhaling Time) = 200 ms, TE (Echo Time) = 3,34 ms, flip hoek = 12 graden, FOV (Field of View) = 25,6 cm, 256 x 256 matrix grootte, en 1 mm slice dikte. Deze overname duurt ongeveer acht minuten en verwierf de gegevens te verstrekken anatomische informatie over de hersenen van elke deelnemer.
  3. De anatomische scans worden gevolgd door functionele scans. Te verwerven functionele beelden maken we gebruik van een single-shot gradiënt-echo-planaire herinnerd puls sequentie met TR = 1000 ms, TE = 30ms, flip hoek = 60 graden, FOV = 24 cm, en matrix = 64 x 64. We krijgen zeventien aangrenzende schuin axiale plakjes in een interleaved sequentie met 5 mm plakdikte, 1 mm slice gap, een 24 cm FOV, en een 64 X 64 matrix, wat resulteert in een in-plane resolutie van 3,75 X 3,75 X 5 mm.
  4. Afhankelijk van de lengte van een functionele MRI-experiment, twee of drie experimenten zijn opgenomen in een 60-75 min.Utes scannen sessie.
  5. De DTI beelden worden verkregen met behulp van een single-shot, spin-echo, EPI (Echoplanar Imaging) sequentie met 46 orthogonale richtingen. Een diffusie gewogen, single-shot, spin-echo, echo-planar imaging sequence wordt gebruikt met TR = 7000 ms, TE = 90 ms, bandbreedte = 2790 Hz / voxel, FOV = 220mm, en de matrix size = 128x 128. Zevenentwintig 3 mm dikke plakken worden afgebeeld (geen slice gap) zonder diffusie-weging (b = 0s/mm2) en met diffusie-gewogen (b = 1000s/mm2) gradiënten toegepast in 46 orthogonale richtingen.

Gegevensopslag en data-analyse:

  1. De verworven neuro-imaging data van een MRI-sessie worden overgebracht naar een pas muur beveiligd computernetwerk in het Universitair Ziekenhuis in lijn met de Health Insurance Portability and Accountability Act (HIPAA).
  2. De MRI en DTI data van deze server worden overgebracht naar het lab centrale computer server (neuron), en geanonimiseerd voordat deze beschikbaar wordt gesteld voor data-analyses. Het neuron server bevat alle beeldanalyse-programma's, evenals de in-house scripts gegenereerd om de berekeningen die specifiek zijn voor onze experimenten te doen.
  3. De computer maakt gebruik van cluster 3 nodes, elk met een quad-core processor, waardoor snellere en parallelle verwerking van meerdere datasets. Bovendien, omdat de gegevens uit verschillende studies wonen op een gemeenschappelijke locatie, het maakt het makkelijker om de gegevens voor meta-analyses te organiseren en overkoepelende gevolgtrekkingen te maken.
  4. De fMRI data zijn pre-en post-processed, en statistisch geanalyseerd met behulp van SPM8 (Statistisch Parametric in kaart brengen; Wellcome Afdeling Cognitieve Neurologie, Londen, VK). Ook andere software programma's, zoals analyse van functionele NeuroImages (AFNI), zijn fMRIB Software Library (FSL), en MRICron ook gebruikt voor andere analyses.
  5. De DTI beelden zijn pre-en post-processed, en statistisch geanalyseerd met behulp van FSL.

Quality Control:

  1. Temporele en ruimtelijke aanpassingen zijn gedaan om de fMRI gegevens met behulp van preprocessing stappen, zoals slice timing correctie, correctie beweging, reorganisatie, ruimtelijke normalisatie, en ruimtelijke glad te maken.
  2. Signaal-ruisverhouding (SNR) wordt berekend door de verhouding tussen de taak-gerelateerde variabiliteit en de niet-taakgerelateerde variabiliteit. Ruis (niet-taakgerelateerde variabiliteit) kan van alles van thermische ruis om beweging effecten hoofd. Door zowel de berekening van de SNR een relatief hogere ratio (> 0,8) te krijgen en door de controle voor artefacten, kunnen we ervoor zorgen dat de beelden strenge kwaliteitsnormen voldoen.
  3. Temporele signaal-ruisverhouding (TSNR) is de SNR over het gehele verloop van het experiment en is mathematisch bepaald door de verhouding van de gemiddelde intensiteit van het signaal om de variatie van het signaal in de tijd. Het gemiddelde en de standaarddeviatie worden genomen op elk voxel en indien de verhouding in de hersenen op een aanvaardbaar drempel, de beelden kunnen worden gebruikt voor verdere analyses.
  4. Het is altijd een goed idee om de gegevens voor artefacten bij elke preprocessing en analyse stap te onderzoeken. Bijvoorbeeld, het onderzoeken van de ruwe beelden voor Radio Frequency (RF) artefacten of het beoordelen van bewegingsartefacten in het voorbewerkte gegevens. Een preventieve maatregel voor het besturen van artefacten is om onderwerpen voor metaal in of rond het hoofd, zoals beugels of een permanente retainer, scherm om de hoeveelheid signaal vallen te beperken uit.
  5. Als een dataset is te veel ruis, zelfs na correctie beweging procedures, en voldoet niet aan onze kwaliteitsnormen voor de gegevens, is dat de dataset meestal uitgesloten van verdere analyses.

5. Het onderzoeken van de hersenen bij autisme op een Network Level: fMRI-based onderzoek naar functionele connectiviteit en DTI-op basis van onderzoek van de Anatomische Connectiviteit:

Functionele connectiviteit:

Functionele connectiviteit verwijst naar de synchronisatie van hersenactiviteit in verschillende regio's in de hersenen. De correlatie van het tijdsverloop van activatie over hersengebieden die wordt genomen als bewijs van de mededeling of connectiviteit tussen deze regio's. De stappen die betrokken zijn in deze analyse zijn als volgt:

  1. Regio's van belang (ROI) zijn geïdentificeerd, ofwel functioneel (gebaseerd op de activering naar aanleiding van taken) of anatomisch (op basis van gestandaardiseerde hersenen atlassen). Deze ROI worden gedefinieerd ofwel sferisch met een straal die de activering zouden omvatten Of ze zijn gedefinieerd in hun oorspronkelijke vorm.
  2. De opgegeven radius of de werkelijke vorm, samen met de coördinaten MNI, is opgenomen om een ​​ROI-bestand voor alle ROI met behulp van een in-house script.The aanwezigheid van overlap tussen de locaties van deze ROI is onderzocht en gecorrigeerd te creëren.
  3. Voor elke ROI, is het signaal uit het tijdsverloop van het experiment van de gegevens elke individuele deelnemer.
  4. Voor elke deelnemer, is de gemiddelde signaal tijdsverloop voor elk ROI gecorreleerd met alle andere ROI wat resulteert in een correlatiematrix. De correlatiewaarden worden vervolgens omgezet in Fisher's z 'scores voor verdere statistische analyses individu, groep te maken, en tussen de groepsniveau conclusies.

Anatomische connectiviteit (DTI):

Met het oog op de witte stof integriteit te onderzoeken over de hersenen, zijn de diffusie tensor afbeeldingen geanalyseerd met behulp van fMRIB Software Library (FSL) 9. Hieronder zijn de belangrijkste betrokken stappen:

  1. De eerste stap in deze analyse gaat preprocessing, inclusief schedel strippen en wervelstroom correctie. Schedel strippen gebeurt met behulp van Brain Extraction Tool (BET) alle niet-parenchymale weefsel te verwijderen. Wanneer hoge intensiteit diffusiegradiënten snel worden geschakeld, zijn afschuiving en stretch artefacten geproduceerd die zijn verschillend voor elke helling richting. Deze vervormingen worden gecorrigeerd met behulp van FSL van de wervelstroom correctie die de diffusie beelden registreert op een referentiebeeld zonder toegepast diffusie verloop.
  2. Diffusion tensoren en fractionele anisotropie (FA) waarden, een index van het water diffusie langs de axonen, worden dan berekend op het voxel niveau door gebruik te maken van de FSL Diffusion Toolbox.
  3. Groep verschillen op een voxel-by-voxel niveau zijn onderzocht met behulp van Tract-Based ruimtelijke statistieken (TBSS) 10. In deze techniek worden alle diffusie beelden eerst uitgelijnd in een gemeenschappelijke ruimte met behulp van niet-lineaire registratie.
  4. Een FA skelet van alle grote witte stof traktaten van alle deelnemers wordt gemaakt. Individuele diffusie beelden van alle deelnemers worden dan geregistreerd om deze FA-darmkanaal skelet.
  5. Gebieden langs dit skelet van de beelden van de deelnemers met autisme worden vergeleken voxel-by-voxel naar dezelfde gebieden van de controle-deelnemers met behulp van t-toetsen. Voxels met verschillende FA waarden worden vervolgens geïsoleerd als een groot ROI en de gemiddelde berekende FA waarden.

6. Representatieve resultaten:

De eerste resultaten die uit onze studies hebben betrekking op verzwakte neurale respons bij de deelnemers met autisme (in termen van activering, veranderingen in het signaal intensiteit, en in functionele connectiviteit) en het mogelijke gebruik van een veranderde corticale route in de uitvoering van cognitieve en sociale taken. Bijvoorbeeld, de kernregio's blijken te zijn bemiddelende een functie (voor bijvoorbeeld posterior superior temporale sulcus op de temporoparietal kruispunt af te leiden intenties van anderen, zie figuur 2) lijkt te onder-reageren op autisme, ten opzichte van typische controle deelnemers. Daarnaast is het kerngebied lijkt underconnected functioneel met andere knooppunten, met name de ruimtelijk verre die (figuur 3). Met DTI, vinden we ook enkele anatomische basis van deze bevindingen (zie figuur 4), die een uitgebreide, netwerk-level beeld van de hersenen organisatie in autisme.

Figuur 1
Figuur 1. Flow-chart beeltenis van de methodes en procedures.

Figuur 2
Figuur 2: A) verhoogde activering in een typische taal taak, zoals het vonnis begrip (linker inferieure frontale gyrus en linker posterior superior temporale sulcus), b) Verhoogde bilaterale posterior superior temporale sulci activering in neurotypische deelnemers tijdens de toekenning van mentale toestanden aan anderen (FWE gecorrigeerd drempel van p <0,05).

Figuur 3
Figuur 3. Duidelijk verminderde functionele connectiviteit (synchronisatie van hersenactiviteit) tussen de frontale en temporale gebieden in een sociale cognitie taak in de deelnemers met autisme (p <0,05). LSTG: links superieure temporale gyrus, RSTG: rechts superieure temporale gyrus, RIFG: rechts inferieure frontale gyrus, ROI: Region of Interest, FCA: functionele connectiviteit.

Figuur 4
Figuur 4. DTI Tractography resultaten waaruit blijkt dat een witte stof vezelbundel die uitgaat van de temporale kwab van de temporoparietal kruising. De initiële uitgangspunt voor tractography was een ROI geïdentificeerd door TBSS als het hebben van een aanzienlijk kleiner FA waarde bij jonge volwassenen met autisme in vergelijking met dezelfde leeftijd typische controle deelnemers.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

De methodes en procedures beschreven in dit document zijn gebaseerd op basisprincipes van de cognitieve neurowetenschappen en neuroimaging. Samen geven deze methoden bieden een dwingende kader voor de beoordeling van de hersenen functioneren op het niveau van systemen bij kinderen, volwassenen, en bij mensen met aandoeningen. Studies gebaseerd op deze methoden zijn vooral invloedrijk in het karakteriseren van de discordante functioneren van de hersenen bij mensen met autisme.

Hoewel de hier gepresenteerde technieken zijn overdraagbaar naar andere populaties naar gerelateerde theoretische vragen 11,12,13,14 adres, is zorgvuldige aandacht nodig voor kinderen neuroimaging, evenals voor neuroimaging bij mensen met ontwikkelingsstoornissen: 1) Ondanks het grote aantal voorzorgs-en voorbereidende maatregelen die we nemen voor het scannen, het hoofd beweging vormt nog steeds een groot probleem in neuroimaging. De scanner is uiterst gevoelig aan het hoofd beweging, met een roterende beweging van slechts 0,5 mm waardoor grote bewegingsartefacten. Terwijl we presenteerde een aantal technieken te helpen verminderen angst en op zijn beurt te verminderen beweging, zoals de mock scanner en het versieren van de scanner kamer, kan elke inspanning in deze lijnen de moeite waard zijn. Op dit moment proberen we een feedback paradigma met behulp van films voor de opleiding op het hoofd beweging houden minimum aan te passen, 2) Een ander probleem heeft betrekking op de deelnemer uitval, vooral bij kinderen. Veel kinderen weigeren de scanner of paniek te voeren nadat de scan wordt gestart; 3) Een ander probleem is geassocieerd met de inherente heterogeniteit in de manifestatie van ontwikkelingsstoornissen. Onderzoekers van ontwikkelingsstoornissen moeten voorzichtig zijn bij het aanpakken van de variabiliteit in hun steekproef die anders zou kunnen worden begraven onder de vaak gerapporteerde groepsniveau gevolgtrekkingen, en 4) Zelfs kleine apparatuur problemen kunnen grote invloed op het onderzoek protocol en onderzoeker toepassingen hebben. Zo heeft de stimulus presentatie programma E-Prime niet de mogelijkheid om video stimuli te spelen. Hoewel de nieuwste versie van deze software speelt video's, die versie is onverenigbaar is met de IFIS-systeem. In dergelijk geval gebruiken we Inquisit software om onze animaties en video's afspelen, maar met de extra stap van met de hand te synchroniseren de video met de scanner computer. Ondanks een aantal van de hierboven genoemde beperkingen, functionele MRI een aantal voordelen waardoor het een van de beste neuroimaging technieken om de hersenfunctie onderzoek is: 1) In tegenstelling tot technieken zoals Positron Emissie Tomografie (PET), is fMRI niet nodig injecteren radioactieve isotopen in het menselijk lichaam; 2) de ruimtelijke resolutie van fMRI is beter dan technieken zoals elektro-encefalografie (EEG), en 3) de verwerving korte tijd kan worden, afhankelijk van het paradigma, dat kan nuttig zijn bij het werken met mensen met aandoeningen zoals autisme.

Met het oog op de neurobiologie van complexe, multidimensionale aandoeningen zoals autisme karakteriseren, uitgebreide neurowetenschappen benaderingen, die roman en diverse methoden en technieken omvatten, zijn needed.Current theorieën van autisme stellen dat underconnectivity van de hersenen regio's, vooral tussen de frontale cortex en nog veel meer posterieure gebieden, kan van vitaal belang in het verklaren van de belangrijkste tekorten bij autisme. De volgende mogelijke logische stap in deze richting is om dergelijke problemen aan te pakken door middel van translationele benadering met een doel om veranderde connectiviteit in het autistische brein te verbeteren. Een longitudinale studie gericht op de hersenen plasticiteit van de hersenen de reacties te beoordelen voor en na een intensieve cognitieve ingreep kon laten zien van de mogelijke impact ingreep kan hebben op de gedragsmatige, cognitieve en neurale reacties bij mensen met autisme. Door te blijven ontwikkelen en verfijnen van onze technieken, zoals functionele, effectieve, en anatomische connectiviteit, kunnen we een beter begrip van deze pervasieve ontwikkelingsstoornis te krijgen en vertalen van de opgedane kennis aan voor interventie.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Geen belangenconflicten verklaard.

Acknowledgments

De auteurs willen graag tot de herfst Alexander, Jeff Killen, Charles Wells, Kathy Pearson, en Vaibhav Paneri bedanken voor hun hulp bij het project in verschillende fasen. Dit werk wordt ondersteund door de UAB Departement Psychologie Faculteit opstarten fondsen, de McNulty-Civitan Scientist Award en de CCT Pilot Research Grant (5UL1RR025777) naar 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