Hoge resolutie functionele magnetische resonantie imaging methoden voor Human middenhersenen

Summary

Dit artikel beschrijft technieken om een ​​hoge resolutie van functionele magnetische resonantie beeldvorming uit te voeren met 1,2 mm bemonstering in de menselijke middenhersenen en subcorticale structuren met behulp van een 3T scanner. Het gebruik van deze technieken om topografische kaarten van visuele stimulatie in de menselijke superior colliculus (SC) op te lossen wordt als voorbeeld gegeven.

Abstract

Functionele MRI (fMRI) is een veel gebruikt hulpmiddel om niet-invasief meten van correlaten van de menselijke hersenactiviteit. Echter, het gebruik grotendeels is gericht op het meten activiteit op het oppervlak van de cerebrale cortex dan in subcorticale gebieden zoals middenhersenen en hersenstam. Subcorticale fMRI moeten overwinnen twee uitdagingen: ruimtelijke resolutie en fysiologische ruis. Beschrijven we een optimale reeks technieken ontwikkeld om hoge resolutie fMRI voeren in menselijke SC, een structuur de dorsale zijde van de middenhersenen, methoden kunnen ook worden gebruikt om andere afbeelding hersenstam en subcorticale structuren.

Met een hoge resolutie (1,2 mm voxels) fMRI van de SC is een niet-conventionele aanpak. De gewenste ruimtelijke verdeling wordt verkregen met behulp van een multi-shot (interleaved) spiraal acquisitie ^1. Aangezien _T2 * SC weefsel langer is dan in cortex een overeenkomstig langer echotijd (T _E ~ 40 msec) wordt gebruikt om maximaliseren functionele contrast. Om de volledige omvang van de SC te dekken, worden 8-10 plakjes verkregen. Voor elke zitting structurele anatomie hetzelfde deel recept de fMRI ook verkregen, die wordt gebruikt om de functionele data te richten op een hoge resolutie referentie volume.

In een aparte sessie, voor elk onderwerp, creëren we een hoge resolutie (0,7 mm bemonstering) referentie volume met behulp van een T _1-gewogen sequentie die een goede weefsel contrast geeft. In de referentie-volume, de middenhersenen regio is gesegmenteerd met behulp van de ITK-SNAP software-applicatie ^2. Deze segmentatie wordt gebruikt om een 3D-oppervlak representatie van de middenhersenen die zowel een soepele en nauwkeurige ³ te creëren. Het oppervlak hoekpunten en normale worden gebruikt om een kaart van diepte van de middenhersenen oppervlak te creëren in het weefsel ^4.

Functionele gegevens worden omgezet in het assenstelsel van de gesegmenteerde referentie volume. Diepte verenigingen van de voxelskan de middeling van fMRI tijdreeksen van gegevens binnen de opgegeven diepte varieert het signaal te verbeteren. De gegevens worden weergegeven op het 3D-oppervlak voor visualisatie.

In ons lab gebruiken we deze techniek voor het meten van topografische kaarten van visuele stimulatie en geheime en openlijke visuele aandacht binnen de SC ^1. Als voorbeeld tonen we aan de topografische weergave van polaire hoek ten opzichte van visuele stimulatie in SC.

Protocol

1. Polar-hoek Topografie Stimulus en Psychofysica Om een polaire-hoek retinotopische kaart in de SC te krijgen, gebruiken we een 90 ° wig van bewegende stippen als de stimulus (excentriciteit 2-9 ° van de gezichtshoek, gemiddelde dot-speed 4 ° / sec) (fig. 1). Het is bekend dat de activiteit SC wordt verbeterd door toepassing van geheime aandacht 5, vandaar dat we gebruik van een aandachtstaak in paradigma beschikbaar signaal worden verhoogd. Op proef elke 2 s, z…

Discussion

Onze acquisitie en data-analyse technieken maken het mogelijk de metingen van neurale activiteit in subcorticale menselijk brein structuren met een hoge resolutie (1,2 mm voxels). De 3-shot spiraal verwerving vermindert de fysiologische ruis die bijzonder schadelijk is voor fMRI-metingen rond de middenhersenen. Bovendien, onze laminaire segmentatie van het weefsel stelt ons in staat om te presteren diepte middeling van de gegevens die helpt bij het verbeteren van de SNR. We hebben deze methoden om nauwkeurige polaire-ho…