확산 텐서 영상 및 Tractography를 사용하여 인간의 백색증의 기본 시각 통로에 연결 측정
Summary
이 원고는 백색증과 컨트롤 사이의 광섬유 방사선 (OR) 연결의 차이를 조사하는 데 사용 백질 (WM) 재건에 대한 결정 론적 및 확률 적 알고리즘을 설명합니다. 확률 tractography 더 자세히 신경 섬유의 진정한 과정을 따르지만, 결정적 tractography 두 기술의 안정성 및 재현성을 비교하기 위해 실행되었다.
Abstract
백색증에서 동측 돌출 망막 신경절 세포 (망막 신경절 세포)의 수는 현저히 감소된다. 망막 광 chiasm는 misrouting 후보지로 제안되어있다. 측면 geniculate 핵 (LGN)의 수 사이의 상관 관계 뉴런을 중계하고 LGN 크기를 표시하고, 인간의 백색증에서 LGN 볼륨에서 이전에보고 된 감소를 기반으로되어 있기 때문에, 우리는 제안이 차 시각 피질에 LGN에서 섬유 돌기 (V1) 또한 감소된다. 백색증의 시각 시스템의 구조적 차이를 공부하는 것은 misrouting 이후 임상 응용 프로그램의 메커니즘에 대한 이해를 향상시킬 수 있습니다. 확산 데이터와 tractography는 OR (광학 방사선)를 매핑하는 데 유용합니다. 이 원고는 32 채널 헤드 코일 구조 검사를 획득하는 데 사용과 백색증과 controls.An MRI 스캐너에서 뇌의 연결성을 비교하기 위해 또는 재건이 알고리즘을 설명합니다. 1mm와 T1 강조 3D-MPRAGE 순서3 등방성 복셀의 크기가 V1 분할 용 고해상도 이미지를 생성하기 위해 사용되었다. 여러 개의 양성자 밀도 (PD) 가중 이미지는 권리를 coronally 인수 LGN 현지화 남아 있었다. 확산 텐서 영상 (DTI) 검사는 64 확산 방향으로 취득 하였다. 두 결정적 및 확률 적 방법은 추적 대상을 마스크로하여 시드 마스크 V1 등 LGN으로 실행하고 비교 하였다. DTI는 비교적 열악한 공간 분해능 및 OR 정확한 묘사가 낮아 섬유 밀도가 어려울 수를 제공하지만, tractography이 연구 및 임상 모두 유리한 것으로 밝혀졌다. 기관 기반 공간 통계 (TBSS)는 컨트롤에 비해 백색증 환자의 OR 내에서 크게 감소 백질의 무결성의 영역을 밝혔다. 인접 쌍 비교는 컨트롤에 비해 백색증의 V1 연결에 LGN의 상당한 감소를 한 것으로 밝혀졌습니다. 비교 추적 알고리즘 모두 신뢰성을 강화, 공통 연구 결과 밝혀기술의.
Introduction
백색증은 주로 영향을받는 개인에서 관찰 명백한 하이포 피크 멘 테이션 (hypopigmentation)을 특징으로하는 유전 질환입니다. 그것은 멜라닌 합성 1에 관여하는 유전자에 상속 된 돌연변이에 의해 발생합니다. 백색증은 두 가지 형태로 나타납니다 oculo-피부 백색증 (OCA), 안구 및 피부 두 기능을 제시하는 상 염색체 열성 형질; 안구 백색증 (OA), 남성에서 더 유행하고 안구 증상이 주로 특징으로하는 X-연결 특성. 망막 색소 상피 (RPE)에서 멜라닌 중앙 시각 경로의 적절한 개발에 중요하다. 백색증에있는 그것의 부재 따라서 수명, 안진, 감소 된 시력과 양안시 2-3의 손실을 포함하여 시각 장애, 발생합니다. 시력은 백색증 4에서 변경 될 중심와 형태로 연결되어 있습니다. 인간, decussation의 망막 라인은 코 망막에서 섬유, 중심와를 통해 nasotemporal 국경을 따라 자리 잡고 있습니다다른 반구 및 동측 연장 시간 망막에서 사람들에게 건너. 백색증의 시각 기능 저하의 정도는 하이포 피크 멘 테이션 (hypopigmentation)의 레벨에 연결되어있다. 구체적으로는, 착색이 decussation 5 행의 시간적 망막 시프트에 반비례한다. 시간적 망막 decussation 라인의 이동의 결과로서, 시신경 섬유의 횡단 증가 – 일반적인 특성을 모두 3 종 걸쳐.
인간에 대한 구조 MRI 연구 가능성 백색증 6-8에서 관찰 된 망막 신경절 세포의 증가 횡단의 결과 대조군에 비해 백색증의 좁은 광학 chiasms을 보여 주었다. 망막 및 시신경 chiasm은 엡 가족 수용체 및 리간드 (9) 등의 축삭 안내 단서를 표현하기 때문에 misrouting (10) 후보 사이트입니다.
유도 녹내장 원숭이에 대한 연구는 중요한 십이 밝혀LGN의 parvalbumin 면역 릴레이 뉴런과 LGN 볼륨 (11)의 수 rease. 이것은 LGN 크기 및 V1로 OR 통해 이동 백질 (WM) 궤적의 수 간의 상관 관계를 의미한다. 인간의 백색증에 사후 연구는 융합 M과 P 층 (12)과 작은 LGN를 한 것으로 밝혀졌습니다. 고해상도 구조 MRI는 백색증 8 LGN의 볼륨에 상당한 감소를 확인했다. 함께 찍은, 이러한 결과는 LGN 뉴런의 수가 감소 될 수 있습니다 LGN 볼륨을 감소하고, LGN과 V1 사이의 감소 연결에 차례로 것이 좋습니다.
인간의 해부학 적 연결의 검사 패턴을 제한하고있다. 해부, 트레이서 주입 병변 유도는 사후를 사용하고, 보통의 환자는 매우 적은 수를 포함 할 수있는 침습적 인 방법. 카보시는 DII 주사를 염색하여 이전 연구는 V1 및 V2 (보조 비주얼 C 사이의 신경 연결을 입증ortex) (13)뿐만 아니라 알데히드 고정 사후 인간의 두뇌 (14)의 해마 단지 내. 이러한 방식으로 라벨 섬유 사출 (14)의 관점에서 밀리미터의 수십 거리로 제한됩니다. 확산 텐서 영상, DTI는 섬유 관 방향과 조직을 식별하기 위해 초기 1990 년대 중반에 개발 된 MRI 양상이다. 이것은 살아있는 뇌 큰 WM 경로의 맵핑을 허용하는 비 침습적 방법이다. DTI는 생체 조직 (15) 내의 물 분자의 확산에 민감하다. 뇌에서 물의 확산에 의한 이러한 막은 및 미엘린 등 장벽 이방성 (요철)이다. WM은 확산에 섬유 (16)의 방향에 수직보다 더 큰 평행 의미, 높은 확산 이방성을 가지고있다. 소수 이방성 (FA)는 이방 적으로 확산하는 분자의 선호도를 설명하는 스칼라 양이다. FA 값이 낮은에서 높은 anisot에, 0-1의 범위끈적 끈적 (뇌척수액 (CSF) <회색 물질 (GM) <WM) 16.
간소화 (결정) 및 확률 섬유 추적은 3D 경로 재건을위한 두 개의 서로 다른 알고리즘이다. 결정적 tractography 정의 된 시드 영역에 인접 복셀을 연결하는 선 전파 방법을 사용한다. 이 알고리즘에 사용되는 두 개의 정지 기준은 회전 각도와 FA 값이다. 따라서, 이웃 복셀 사이에 추적 기관은 큰 회전 각도 않을 수 있습니다. 이 알고리즘은 것 때문에도 복셀에서 FA가 이방성 방울 회색 물질 근처 정확하게 정의 경로에서 그 효과를 제한, 특정 임계 값을 초과하는 경우에만 진행한다. 확률 tractography 반면에, 복셀의 확률을 기술하는 접속 맵이자 (로아)의 두 영역 사이의 넓이의 일부가 산출되므로 이러한 V1 (17) 회백질로 진행한다. 이 MRI 응용 프로그램을 사용하여, 같은 키 WM 구조이전 연구 18-20에 도시 된 바와 같이, OR은 묘사 될 수있다.
이 연구는 따라서 레티노-geniculo – 대뇌 피질의 연결에 축삭 misrouting의 효과를 탐구 확산 데이터와 tractography를 사용합니다. 인간의 백색증 8 LGN 볼륨에서 이전에보고 된 감축을 바탕으로, 우리는 V1에 LGN에서 섬유 돌기도 (그림 1) 감소하는 것으로 예측하고있다.
Protocol
Representative Results
Discussion
WM 변경하고,보다 구체적으로는, 제어 장치가 예상 된 비교 백색증 연결성을 감소시켰다. 따라서, 제어뿐만 아니라 여기에보고 백색증 남성 환자에서 감소 연결에 비해 백색증의 오른쪽 반구의 감소 FA는 우리의 예측과 일치한다. 성 반구 효과가 제안하는 건강한 뇌에 대한 연구는 여성에 비해 남성의 왼쪽 반구에 WM 복잡성을 감소하지만 30 ~ 31 본 연구에서 관찰 된 성별과 반구 관련 차이?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 자연 과학 및 캐나다의 공학 연구위원회 (NSERC)에 의해 부분적으로 지원됩니다. 저자는 참가자들에게 감사의 백색증 환자를 모집 그의 도움 박사 릭 톰슨, 데니스 Romanovsky 그의 도움 분석의 일부를 실행하고 그림을 수정하기위한, 모니카 히랄 치카 그녀의 도움을 tractography 그녀의 지식과 조언, 조이 윌리엄스 그의 MRI 분석 전문 지식에 대한 MRI 획득 및 아만 고얄있다.
Materials
| Magnetom Tim Trio 3T MRI | Siemens (Erlangen, Germany) | ||
| FMRIB’s Software Library (FSL) | http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/ | ||
| FreeSurfer | http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu | ||
| DSI Studio | http://dsi-studio.labsolver.org | ||
| SPSS |
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