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探索深空-揭开人脑侧脑室的脑室结构解剖

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Neuroscience

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Summary

本文论证了纤维解剖法在三维空间中有效地揭示了人脑表面白质和脑室结构, 有助于学生对心室形态学的理解。

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Colibaba, A. S., Calma, A. D., Webb, A. L., Valter, K. Exploring Deep Space - Uncovering the Anatomy of Periventricular Structures to Reveal the Lateral Ventricles of the Human Brain. J. Vis. Exp. (128), e56246, doi:10.3791/56246 (2017).

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Abstract

解剖学学生通常提供 two-dimensional (2D) 部分和图像时, 研究脑室解剖学和学生发现这一挑战。因为心室是位于大脑深处的负空间, 所以了解他们的解剖结构的唯一方法就是欣赏它们的边界。看着这些空间的2D 表示, 在任何一个主要的平面中, 都不会使形成心室边界的所有结构的可视化。因此, 仅使用2D 节就需要学生计算自己的3D 心室空间的心理图像。本研究的目的是开发一种可再生的方法解剖人脑, 创造一个教育资源, 以提高学生对复杂的关系, 心室和脑室结构的理解。为了达到这个目的, 我们创建了一个视频资源, 利用纤维解剖的方法, 以 step-by 的步骤, 揭示了侧和第三脑室与紧密相关的边缘系统和基底节结构。这种方法的优点之一是, 它能够划定的白色物质的大片是很难区分使用其他解剖技术。这段视频附有一份书面协议, 它提供了一个系统的描述过程, 以帮助大脑解剖的再现。该方案为教育工作者和学生提供了宝贵的解剖学教学资源。通过遵循这些指导, 教育工作者可以创造教学资源, 学生可以被引导去产生他们自己的大脑解剖, 作为实践活动。我们建议将该视频指南纳入神经教学, 以提高学生对心室形态学和临床相关性的认识。

Introduction

许多学生努力理解心室系统的负空间, 位于人脑深处1,2。通常使用的资源可供学生研究脑室提供相对粗糙的表达, 复杂的3D 关系, 这些深脑结构。了解心室系统和相关结构的3D 解剖在神经外科是特别重要的, 因为进入心室系统是测量颅内压力、减压心室的最充分利用的技术之一。系统, 并管理药物3。此外, 医学成像技术的飞速发展, 使得3D 解剖学的解释技能得到了培养。

二维 (2D) 部分的大脑在不同的平面通常用于可视化的深脑结构形成的边界负心室空间4。然而, 仅2D 切片的大脑是不够的, 使学生能够理解的整个范围内的心室3D 结构和该地区的精细细节, 如纤维束连接皮质和皮层下结构5。因此, 教育工作者必须依赖学生自己的能力来计算脑室4的可理解的3D 概念。与空间意识斗争的学生发现创建这个3D 图像非常困难。虽然塑料模型和心室铸型提供了一个3D 的心室系统的表现, 但他们无法证明形成了脑室边界的综合关系。学生常常无意识地删除部分塑料模型, 以进入心室系统, 并了解其相互联系。在这个过程中, 他们经常忽略每个结构的详细的相对位置, 并失去对它们的关系的理解 (例如胼胝体形成的侧脑室的顶部)。

开发新的计算机化教学工具已经解决了其中的一些局限性。但是, 许多这些模型仅限于静态文本和图像, 不利用这些新技术提供的交互性7,8。虽然交互式技术使用户能够旋转3D 计算机模型来研究多个视点, 但这可能会混淆一些用户, 特别是那些发现对结构6具有挑战性的新手。此外, 交互式计算机资源已被证明是不太有效的教学更复杂的解剖结构6。因此, 在神经教育的挑战之一是为学生提供资源, 使他们能够充分形象化的心室和欣赏他们的3D 结构和解剖关系, 包括微妙的联想, 投射,和合的光纤束, 它们与脑室结构2形成复杂的关系。

解剖已被证明是一个优秀的教育方法, 学习解剖学7,8。最近的一项研究提供了学生解剖学习神经的好处的证据。在 2016年, 蕾et al.发现, 在参与解剖的学生中, 神经知识的短期和长期保留能力得到了改善.9。虽然技术的进步继续提高3D 计算机模型的准确性和交互性, 但通过动手解剖获得的知识不能在当前的时间10进行数字复制。

在这项研究中, 我们的目的是产生一个人类大脑的可再生解剖。我们选择了一种纤维解剖方法, 因为它可以保存微妙的纤维束和脑室的灰质结构, 从而更好地定义心室的负空间。

在这里, 我们提出了一个全面的 step-by 步指南, 创造一个 prosection 模型的心室和脑室结构连同一个伴随的训练视频, 用于神经教学和学习。这些资源可以用于教学和学习的神经的大脑由教育工作者和学生。

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Protocol

此处描述的所有方法均已获得澳大利亚国立大学人类研究伦理委员会的批准。创建心室模型我们使用了科林格勒尔纤维解剖技术 12 , 14 。科林格勒尔技术是一种触觉解剖方法, 包括去除皮层中的小部分灰质和剥离神经纤维束, 从而提供从表面到深层结构的组织层的 step-by 步骤指南。的大脑.

注意: 在随附的视频和图像中, 用于演示此协议的大脑标本被小心地从来自医学学校的身体捐献者的尸体上取出, 从澳大利亚国立大学。捐赠者没有已知的病理疾病史。取出硬脑膜后, 大脑在室温下储存10% 乙醇溶液三年.

1. 准备

  1. 从被防腐的人的尸体上获取一个完整的大脑, 取出硬脑膜, 然后在解剖前在室温下用10% 乙醇储存大脑.
    警告: 在通风良好的室内使用个人防护设备, 在处理时应遵照当地的指导方针。在开始解剖协议之前, 确保所有参与者都熟悉安全处理和处理手术刀和尖锐物体的制度程序.
  2. 准备下列工具: 剪刀、镊子、手术刀刀片 (No. 15 和 No. 22)、金属探针和金属手术刀柄的钝端 ( 图 1 )。使用手术刀柄钝端, 以尽量减少对微妙的神经纤维的损害, 并保存主要的白质纤维束 ( 图 2 ) 13
  3. 定位大脑, 使其腹面朝向向上.

2。解剖过程

注意: 解剖需要大约2到 3 h 来完成

  1. 用一对创伤 (钝) 钳从两个大脑半球取出蛛网膜和相关的血管.
  2. 轻轻提起小脑并定位下 colliculi。把手术刀刀片 (No. 15) 附着在一个长的手术刀柄只是尾 colliculi 和轴向通过脑干切割。保持刀片尽可能接近水平, 以避免损害小脑。注意保护中脑的顶.
  3. 将大脑定位到左侧或右侧的侧裂。从缘回, 使用手术刀柄钝端轻轻地移除表面皮层层。先轻轻向前移动, 然后在侧沟下方, 分别显示在顶叶、额叶和颞裂片上的水平关联纤维束.
  4. 沿着与上、下纵 fasciculi 连接的脑岛后缘周围的纤维的方向, 以显示弓状束.
  5. 前, 轻轻地移除中间颞侧和下额回的其余表层皮质层, 以揭示连接颞叶和额部的钩束纤维
  6. 识别岛皮层的短回, 然后移除脑岛。然后除去极端的胶囊和 claustrum, 以揭示潜在的外部胶囊。注意状核深部形成的凸出囊。向皮层的背表面移动, 露出日冕的纤维 ( 图 4 ).
  7. 取出大脑背侧的剩余皮质和底层白质, 以达到扣带回。继续使用钝端的手术刀手柄, 以消除扣带皮层, 以揭示带, 白色物质大片连接前穿孔物质与海马回.
  8. 使用相同的技术将带从后向前移除, 以揭示胼胝体, 由连接两个大脑半球的合纤维组成。胼胝体 (躯干) 的背部现在将可见 ( 图 6 ).
  9. 在对侧大脑半球重复步骤2.3 至 2.8.
  10. 触并确定一个半球的侧脑室的程度。使用探针, 穿刺侧壁的脑室在三角区的位置。使用大小24刀片 (附在一个 No. 4 手术刀手柄) 进入穿刺现场, 并削减下打开整个长度的下角的侧脑室.
  11. 现在返回到心室侧副三角区, 以将切口向胼胝体的胼胝 (虚线在 图 5 ) 中延伸.
  12. 在另一个半球上重复步骤2.10 和 2.11.
  13. 打开侧脑室的身体, 继续切口从三角区 rostrally 使用切开大约 3 cm 平行与胼胝体在两个半球 (虚线在 图 6 ).
  14. 加入两个平行切口在每个半球 rostrally 水平的膝和尾水平的胼胝的胼胝体。使用钳, 举行在非手, 轻轻地提起胼胝体在胼胝。用一把锋利的小剪刀, 在支配的手举行, 分开胼胝从部下的隔膜隔。一旦你到达身体的侧端, 切割胼胝体并将其移除.
  15. 将大脑的腹面纵向固定在你非的手掌上, 以稳定枕骨和颞区 (后部)。同时, 用你的优势手牢牢地握住大脑的前端, 把你的手指和拇指放在大脑两侧的状核上.
  16. 使用轻柔的拉扭动作, 将大脑的前后部分开, 并特别注意保持脉络丛的完好。建议同事在场指导分离, 并在使用手术刀的过程中轻轻地将任何剩余的连接组织分开.

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Representative Results

这种解剖方法通过将大脑分离成前部和后段 (图 7 图 8) 来暴露心室系统。后面的部分提供了一个内部的观点, 以三角区的后部和下角可以看到延伸到枕和颞叶分别 (图 8)。在下等或世俗垫铁海马体, 形成它的中间墙壁, 清楚地是可看见的象是毛和穹的下肢。

prosected 大脑的前部 (图 7) 能够观察形成身体边界的结构和 rostrally 投射在侧脑室的前角。Rostrally, 尾状核的大头颅明显形成前角的侧缘。内侧壁和侧脑室的顶部已基本删除, 但在侧端, 在这个标本中, 其余的隔膜隔内侧, 胼胝体的优越仍然可见。移动背, 大质量的丘脑变得可见, 因为它形成了大部分的地板的身体的心室, 而狭窄的身体尾状核运行侧到丘脑形成一个小部分的地板的侧脑室。脉络丛是可见的, 因为它在丘脑周围的曲线。当丘脑被轻轻地分开时, 第三脑室可以被丘脑的内侧壁和穹的身体所优越。interthalamic 粘连在中线 (图 7) 中显著可见。毗邻第三脑室前, 穹的柱子也可见。此外, 我们可以形象化的 epithalamic 结构的松果腺和缰后-优于丘脑。腹, 在顶和脑导水管上的中脑结构, 如上级和下位 colliculi, 可以很容易地辨认出来。

在开始对这个视频中使用的标本进行纤维解剖时, 一些黄褐色的白色中心病灶被发现在更深的白色物质, 如日冕辐射 (图 5)。病理组织学检查表明, 他们是由非小细胞肺癌转移的结果。在解剖之前, 没有已知的病理病史, 因此这些病变是一个偶然的发现。

Figure 1
图 1:用于执行大脑解剖的仪器(A) 刀片式服务器 15;(B) 长手术刀柄;(C) 刀片 11;(D) 短手术刀柄;(E) 刀片式服务器 24;(F) 剪刀;(G) 创伤钳;(H) 齿钳请单击此处查看此图的较大版本.

Figure 2
图 2: 如何握住金属手术刀手柄并使用钝端去除表层皮层层, 以揭示底层的白质纤维束.请单击此处查看此图的较大版本.

Figure 3
图 3: 大脑左侧的侧面视图.清除额、顶叶、枕部和颞叶部分的浅灰色和白色物质, 揭示了 fasciculi、叶的白纤维连接和岛状皮层的优势和劣势。请单击此处查看此图的较大版本.

Figure 4
图 4: 大脑左侧的侧面视图.对前额、顶叶、枕部和部分颞叶的灰质和白质进行更深的解剖, 揭示了日冕辐射和外囊的垂直定向纤维以及钩束。在外部胶囊的纤维上切开的窗户揭示了状核的灰质。请单击此处查看此图的较大版本.

Figure 5
图 5: 左脑左侧侧视图, 移除扣带回皮层.虚线表示切口的位置以打开侧脑室。小箭头表示在解剖过程中偶然发现的小病变的位置。请单击此处查看此图的较大版本.

Figure 6
图 6: 大脑的高级视图与带扣回切除, 露出中线的胼胝体.虚线显示沿胼胝体进行平行切口的位置, 以打开侧脑室的顶部。请单击此处查看此图的较大版本.

Figure 7
图 7:大脑前半部的尾部显示侧脑室的前角和身体, 第三脑室, 以及周围的结构.请单击此处查看此图的较大版本.

Figure 8图 8: 侧大脑后半部的视图, 显示侧脑室的后角和下角以及海马及其投射到穹中.请单击此处查看此图的较大版本.

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Discussion

本文件的目的是设计一个解剖指南, 向教师和学生传播, 可用于加强人脑深心室和脑室结构的教学和学习。我们设计了一个 step-by 步指南与伴随的图像, 连同一个视频资源, 可以用来帮助理解的形态学的心室和他们的相关结构。解剖技术本身并不新鲜。纤维解剖曾用于研究小脑解剖14。然而, 我们的研究的新奇之处在传统的解剖方法和现代标注的视频制作的结合。这表明解剖, 尽管它减少了使用在解剖学教育, 可以明智地用于帮助学生学习, 特别是对可能没有进入人的解剖或宁可使用电子资源为他们的学习的学生。纤维解剖技术提供了一个互补的资源, 以塑料和计算机模型学习的大脑脑室的3D 解剖。与塑料模型、脑横断面和心室铸型相比, 我们的解剖方法显示了心室的3D 结构及其与形成脑心室边界的结构的关系。

为学习人脑的深层结构提供有效的资源是解剖学教育工作者面临的挑战之一。通常使用的资源有一些限制。尽管解剖传统上是解剖学教育的基石, 但由于其他学科的时间压力、安全问题以及捐赠者数量的减少, 它的可用性显著降低了7。然而, 解剖是有益的, 不仅因为它允许对大脑的3D 组织的欣赏, 但它也提供了触觉感知的好处 (触觉灵知)15。需要有其他的方法来提供解剖经验, 因为并非所有的机构都能利用人脑进行解剖。因此, 我们开发了这一教学视频, 可以作为一个 stand-alone 的教学资源, 以证明3D 解剖和人脑的关系。此外, 它可以作为一个指导学生进行自己的解剖人或动物的大脑, 或由工作人员交替使用, 以设计 prosected 的大脑模型, 可用于学生学习。因此, 我们重新讨论了解剖在这个地区的复杂解剖想象的使用。

科林格勒尔解剖技术的选择, 以促进学生理解的3D 解剖脑室和脑室结构。该技术的另一个好处是它允许对投影、关联和合光纤系统的概念性理解。过去, 科林格勒尔方法已用于演示小脑和白质道核14,16。在本研究中, 我们展示了如何将其应用于脑脑室及相关结构的探索和可视化。许多切片技术的大脑使用尖锐的削减, 破坏微妙的结构和他们的连接。通过选择一种方法来保存更深层次的结构和它们在大脑中的连接, 我们已经创建了一个直观的指南来展示他们错综复杂的解剖和关系。

这个过程的某些方面可以改进。在选择人脑标本进行解剖时应考虑防腐技术。我们的尸体通过股动脉进行防腐处理, 通过颈动脉或用硬膜外渗透固定液可以获得更高质量的脑组织。脑组织本身是微妙的, 很容易在解剖过程中被破坏或学生处理。由于脑 prosection 的脆弱性, 并最大限度地利用它, 可以纳入一些额外的步骤。塑可用于提高使用此技术制备的 prosected 标本的耐久性和寿命17。另一种方法, 以提高标本寿命和促进大规模生产的解剖是创建复制使用3D 打印18。在解剖前冻结大脑可能会加强技术, 因为冻结和解冻的过程允许纤维与福尔马林的渗透, 分离纤维为更容易的解剖19,20。然而, 虽然这种冻结方法有助于解剖, 乔杜里和同事发现, 它并没有产生一致的结果16 , 因此我们选择不使用冻结解冻方法在我们的解剖。

纤维解剖技术是一个很好的方法来证明大脑的心室系统的结构。在我们自己的机构, 非正式的反馈和我们个人对学生利用这一资源的观察表明, 学生发现它有助于学习解剖学的脑室和相关的结构。这一资源的教育效益还有待于通过评估和反馈来客观评价, 以探讨其全部价值和局限性。我们建议将视频资源和/或解剖方法与一系列互补资源相结合, 为学生提供最佳机会, 以欣赏复杂的3D 组织脑室和周围结构。

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Disclosures

作者声明他们没有利益冲突。

Acknowledgments

作者希望感谢捐赠者及其家人慷慨的馈赠。感谢您对 Mr. 小玄李录制视频并帮助进行视频编辑;Ms. 汉娜刘易斯和 Mr. 路易斯萨博提供技术支持;1月, m 教授对视频内容进行了审查并提供了输入。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Scalpel Blade No 15 Swann-Morton 0205 Scalpel blade
Scalpel Blade No 11 Swann-Morton 0203 Scalpel blade
Scalpel Blade No 24 Swann-Morton 0211 Scalpel blade
Long Scalpel handle No3L Swann-Morton 0913 Scalpel handle
Short Scalpel handle No4G Swann-Morton 0934 Scalpel handle
Scissors Scissors
Atraumatic Forceps Atraumatic forceps
Toothed Forceps Toothed forceps
Genelyn Arterial Enhanced GMS Inovations AE-475 Arterial embalming media

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References

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