وصلات الألياف من منطقة السيارات التكميلية إعادة النظر: منهجية تشريح الألياف، وزارة التجارة والصناعة، وثلاثة الأبعاد وثائق
Summary
والغرض من هذه الدراسة هو إظهار كل خطوة من تقنية تشريح الألياف على العقول الجاذبة الإنسان، وثائق 3D من هذه التشريحات، والتصوير الموتر نشر مسارات الألياف تشريح تشريحيا.
Abstract
والغرض من هذه الدراسة هو عرض منهجية لفحص ارتباطات المادة البيضاء لمجمع المجال التكميلي (سما) (ما قبل سما و سما السليم) باستخدام مزيج من تقنيات تشريح الألياف على العينات الجادرية والرنين المغناطيسي (مر ) تراكتوغرافي. وسوف يصف البروتوكول أيضا إجراء تشريح المادة البيضاء من الدماغ البشري، ونشر التصوير توتير تنسخ، وثلاثية الأبعاد الوثائق. تم إجراء تشريح الألياف على العقول البشرية والوثائق 3D في جامعة مينيسوتا، جراحة المجهرية ومختبر علم الأعصاب، قسم جراحة المخ والأعصاب. تم إعداد خمسة عينات من الدماغ البشري بعد الوفاة واثنين من رؤساء كاملة وفقا لطريقة كلينغلر. تم تشريح نصف الكرة المخية خطوة بخطوة من الوحشي إلى الإنسي ووسطي إلى الوحشي تحت المجهر التشغيل، وتم التقاط الصور 3D في كل مرحلة. تم دعم جميع نتائج تشريح بواسطة الموتر نشرالتصوير. تم إجراء تحقيقات على الوصلات بما يتماشى مع تصنيف ماينرت للألياف الليفية، بما في ذلك ألياف الربط (مسافات قصيرة، متفوقة طولية، طولي، مسطح أمامي)، وألياف إسقاطية (قشرية، قشرية مخاطية، سينغولوم، و فرونتستريتاتال)، وألياف صواري (ألياف كالوسال) كما أجريت.
Introduction
من بين المناطق الأمامية ال 14 التي رسمها برودمان، كانت منطقة بريموتور و بريفرونتال التي تقع أمام القشرة الحركية قبل المحورية تعتبر منذ فترة طويلة وحدة صامتة، على الرغم من حقيقة أن الفص الجبهي يلعب دورا هاما في الإدراك والسلوك والتعلم، ومعالجة الكلام. بالإضافة إلى مجمع منطقة المحرك التكميلي (سما)، ويتألف من ما قبل سما و سما السليم (برودمان المنطقة؛ با 6) التي تمتد بشكل عام، وحدة ما قبل المحرك / أمامي يشمل الجبهي الظهراني الوحشي (با 46، 8، و 9)، فرونتوبولار (با 10)، والبطني الأمامي الجبهي (با 47) القشور، وكذلك جزء من القشرة المدارية الجبهية (با 11) على السطح الجانبي للدماغ 1 ، 2 .
مجمع سما هو منطقة التشريحية الهامة التي يتم تعريفها من خلال وظائفها والاتصالات. يؤدي استئصال هذه المنطقة وتلفها إلى عجز سريري كبير يعرف باسم سمامتلازمة. متلازمة سما هي حالة سريرية هامة لوحظت بشكل خاص في حالات الورم الجبهي التي تحتوي على مجمع سما 3 . مجمع سما لديه اتصالات مع النظام الحوفي، العقد القاعدية، المخيخ، المهاد، المقابل سما، الفص الجداري متفوقة، وأجزاء من الفص الجبهي عبر الألياف. التأثير السريري للأضرار التي لحقت هذه الاتصالات المادة البيضاء قد تكون أكثر شدة من القشرة. وذلك لأن عواقب إصابة القشرة يمكن تحسينها مع مرور الوقت بسبب اللدونة القشرية عالية 4 ، 5 ، 6 ، 7 ، 8 ، 9 ، 10 ، 11 ، 12 ،. لذلك، ينبغي أن يكون تشريح الإقليمية سما والمسارات المادة البيضاء ديبلفهمت، لا سيما لجراحة الورم الدبقي.
فهم شامل لتشريح مسارات المادة البيضاء مهم لعلاج واسعة الطيف من الآفات العصبية. وقد استخدمت الدراسات الحديثة للتوثيق ثلاثي الأبعاد للنتائج التشريحية التي تم الحصول عليها في الجراحة المجهرية للحصول على فهم أفضل للتشريح الطوبوغرافي والعلاقة المتبادلة لمسارات المادة البيضاء في الدماغ 13 ، 14 . لذلك، كان الغرض من هذه الدراسة فحص وصلات المادة البيضاء لمجمع سما (قبل سما و سما السليم) باستخدام مزيج من تقنيات تشريح الألياف على العينات الجادرية والتصوير بالرنين المغناطيسي (مري) تراكتوغرافي وشرح جميع الأساليب ومبادئ كل من التقنيات ووثائقها التفصيلية.
تخطيط واستراتيجية الدراسة
قبل إجراء التجارب، لترالبحث عن المبادئ الأساسية لتشريح الألياف، والإجراءات التي تحتاج إلى تطبيقها على العينات قبل وأثناء التشريح، وجميع الاتصالات بين مناطق سما التي تم الكشف عنها مع تشريح و دتي أجريت. تم استعراض الدراسات السابقة على التوطين التشريحي وفصل ما قبل سما و سما المناطق الصحيحة وعلى التشريح الطبوغرافي من صلاتهم.
Protocol
Representative Results
Discussion
أهمية وتقنيات الدراسة لمسارات المواد البيضاء
يتم قبول القشرة المخية باعتبارها البنية العصبية الرئيسية المرتبطة 2.5 مليون سنة من حياة الإنسان. وقد انفصل ما يقرب من 20 مليار خلية عصبية إلى أجزاء مختلفة استنادا إلى المواصفات المورفول?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وقد وفرت البيانات جزئيا من قبل مشروع كونكتوم الإنسان، وو-مين كونسورتيوم (المحققين الرئيسيين: ديفيد فان إسن وكامل أوغوربيل؛ 1U54MH091657)، بتمويل من المعاهد والمراكز المعاهد الوطنية للصحة 16 التي تدعم مخطط المعاهد الوطنية للصحة لبحوث علم الأعصاب. ومركز ماكدونيل للأنظمة علم الأعصاب في جامعة واشنطن. تم نسخ الأرقام 2A و 2D بإذن من مجموعة روتون 57 (http://rhoton.ineurodb.org/؟page=21899).
Materials
| %4 Paraformaldehyde Solution | AFFYMETRIX, Inc. | 2046C208 | used to fixation |
| Freezer | INSIGNA | NS-CZ70WH6 | used to freez |
| Panfield Dissector | AESCULAP | FD305 | used to dissection |
| Surgical Micro Scissor | W. Lorenz | 04-4238 | used to miscrodissection |
| Surgical Micro Hook | V. Mueller | NL3785-009 | used to miscrodissection |
| MICRO VESSEL STRETCHER/DILATOR | W. Lorenz | 04-4324 | used to miscrodissection |
| Emax2 SC 2000 Electric Console | Anspach Companies | SC2102 | used to craniatomy |
| Drill Set | Anspach Companies | NS-CZ70WH6 | used to craniatomy |
| 20-1000 operating microscope | Moeller-Wedel,Germany | FS 4-20 | used to miscrodissection |
| Canon EOS 550D 18 MP CMOS APS-C Digital SLR Camera | Canon Inc. | DS126271 | used to take photos |
| EF 100mm f/2.8L IS USM Macro Lens | Canon Inc. | 4657A006 | used to take photos |
| MR-14EX II Macro Ring Lite (Flash) | Canon Inc. | 9389B002 | used to take photos |
| Tripod | Lino Manfrotto | 322RC2 | used to take photos |
| MAYFIELD Infinity Skull Clamp | Integra Inc. | A0077 | used to fix the head |
| Modified Skrya 3T "Connectome" Scanner | Siemens Company, Inc. | A911IM-MR-15773-P1-4A00 | used to scan DTI |
| XstereO Player | Yury Golubinsky | Version 3.6(22) | used to create anaglyphs |
| EF-S 18-55mm f/3.5-5.6 IS II SLR Lens | Canon Inc. | 2042B002 | used to take photos |
| Scalpel | 6B INVENT | 7-104-L | used to make incision |
| Compact Speed Reducer | Anspach Companies | CSR60 | used to make burr hole |
| 14 mm Cranial Perforator | Anspach Companies | CPERF-14-11-3F | used to make burr hole |
| 2 mm x 15.6 mm Fluted Router | Anspach Companies | A-CRN-M | used to make craniotomy |
| 2.1 mm Pin-shaped Burrs | Anspach Companies | 03.000.130S | used to make craniotomy |
References
- Nieuwenhuys, R., Voogd, J., Huijzen, C. V. . The Human Central Nervous System. , 620-649 (2008).
- Catani, M., Acqua, F., Vergani, F., Malik, F., Hodge, H. Short frontal lobe connections of the human brain. Cortex. 48, 273-291 (2012).
- Duffau, H., Capelle, L. Preferential brain locations of low-grade gliomas. Cancer. 100 (12), 2622-2626 (2004).
- Yasargil, M. G., Türe, U., Yasargil, D. C. Impact of temporal lobe surgery. J Neurosurg. 101 (05), 725-738 (2004).
- Türe, U., Yasargil, M. G., Friedman, A. H., Al-Mefty, O. Fiber dissection technique: lateral aspect of the brain. Neurosurgery. 47 (2), 417-427 (2000).
- Burger, P. C., Heinz, E. R., Shibata, T., Kleihues, P. Topographic anatomy and CT correlations in the untreated glioblastoma multiforme. J Neurosurg. 68 (5), 698-704 (1998).
- Duffau, H. New concepts in surgery of WHO grade II gliomas: Functional brain mapping, connectionism and plasticity-a review. J Neurooncol. 79 (1), 77-79 (2006).
- Vergani, F., et al. White matter connections of the supplementary motor area in humans. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 85 (12), 1377-1385 (2014).
- Luppino, G., Matelli, M., Camarda, R., Rizzolatti, G. Corticocortical connections of area F3(SMA-proper) and area F6(pre-SMA)in the macaque monkey. J. Comp.Neurol. 338, 114-140 (1993).
- Akkal, D., Dum, R. P., Strick, P. L. Supplementary motor area and presupplementary motor area: targets of basal ganglia and cerebellar output. J. Neurosci. 27, 10659-10673 (2007).
- Behrens, T. E. Non-invasive mapping of connections between human thalamus and cortex using diffusion imaging. Nat. Neurosci. 6, 750-757 (2003).
- Potgieser, A. R. E., de Jong, B. M., Wagemakers, M., Hoving, E. W., Groen, R. J. M. Insights from the supplementary motor area syndrome in balancing movement initiation and inhibition. Frontiers in Human Neuroscience. 28 (8), 960 (2014).
- Yagmurlu, K., Vlasak, A. L., Rhoton Jr, A. L. Three-Dimensional Topographic Fiber Tract Anatomy of the Cerebrum. Neurosurgery. 2, 274-305 (2015).
- Fernández-Miranda, J. C., Rhoton Jr, ., L, A., Álvarez-Linera, J., Kakizawa, Y., Choi, C., de Oliveira, E. P. Three-dimensional microsurgical and tractographic anatomy of the white matter of the human brain. Neurosurgery. 62 (6 Suppl 3), 989-1026 (2008).
- Couzin, J. Crossing a frontier: Research on the dead. Science. 299 (5603), 29-30 (2003).
- . University of Minnesota. Research Ethics Available from: https://www.ahc.umn.edu/img/assets/26104/Research (2016)
- Ludwig, E., Klingler, J. Der innere Bau des Gehirns dargestellt auf Grund makroskopischer Präparate. The inner structure of the brain demonstrated on the basis of macroscopical preparations. Atlas cerebri humani. , 1-36 (1956).
- Bozkurt, B. The Microsurgical and Tractographic Anatomy of the Supplementary Motor Area Complex in Human. J World Neurosurg. 95, 99-107 (1956).
- Lehericy, S. 3-D diffusion tensor axonal tracking shows distinct SMA and pre-SMA projections to the human striatum. Cereb Cortex. 14, 1302-1309 (2004).
- Duffau, H. Intraoperative mapping of the cortical areas involved in multiplication and subtraction: an electrostimulation study in a patient with a left parietal glioma. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 73 (6), 733-738 (2002).
- Kinoshita, M. Role of fronto-striatal tract and frontal aslant tract in movement and speech: an axonal mapping study. Brain Struct Funct. 220 (6), 3399-3412 (2015).
- Shimizu, S. Anatomic dissection and classic three-dimensional documentation: a unit of education for neurosurgical anatomy revisited. Neurosurgery. 58 (5), E1000 (2006).
- . Connectome Database Available from: https://db.humanconnectome.org (2016)
- Moeller, S. Multiband multislice GE-EPI at 7 tesla, with 16-fold acceleration using partial parallel imaging with application to high spatial and temporal whole-brain fMRI. Magn Reson Med. 63 (5), 1144-1153 (2010).
- Feinberg, D. A. Multiplexed Echo Planar Imaging for sub-second whole brain fMRI and fast diffusion imaging. PLoS One. 5, e15710 (2010).
- Setsompop, K. Blipped-controlled aliasing in parallel imaging for simultaneous multislice echo planar imaging with reduced g-factor penalty. Magn Reson Med. 67 (5), 1210-1224 (2012).
- Xu, J. Highly accelerated whole brain imaging using aligned-blipped-controlled-aliasing multiband EPI. In Proceedings of the 20th Annual Meeting of ISMRM. 20, 2306 (2012).
- Glasser, M. F. The minimal preprocessing pipelines for the Human Connectome Project. Neuroimage. 80, 105-124 (2013).
- Jenkinson, M., Bannister, P. R., Brady, J. M., Smith, S. M. Improved optimization for the robust and accurate linear registration and motion correction of brain images. NeuroImage. 17 (2), 825-841 (2002).
- Andersson, J. L., Skare, S., Ashburner, J. How to correct susceptibility distortions in spin-echo echo-planar images: application to diffusion tensor imaging. NeuroImage. 20 (2), 870-888 (2003).
- Andersson, J., Xu, J., Yacoub, E., Auerbach, E., Moeller, S., Ugurbil, K. A comprehensive Gaussian process framework for correcting distortions and movements in diffusion images. In Proceedings of the 20th Annual Meeting of ISMRM. 20, 2426 (2012).
- Yeh, F. C., Wedeen, V. J., Tseng, W. Y. Generalized q-sampling imaging. IEEE Trans Med Imaging. 29 (9), 1626-1635 (2010).
- Makris, N. Segmentation of subcomponents within the superior longitudinal fascicle in humans: a quantitative, in vivo DT-MRI study. Cereb Cortex. 15 (6), 854-869 (2005).
- Fernández-Miranda, J. C., Rhoton, A. L., Kakizawa, Y., Choi, C., Alvarez-Linera, J. The claustrum and its projection system in the human brain: a microsurgical and tractographic anatomical study. J Neurosurg. 108 (4), 764-774 (2008).
- Maier, M. A., Armand, J., Kirkwood, P. A., Yang, H. W., Davis, J. N., Lemon, R. N. Differences in the corticospinal projection from primary motor cortex and supplementary motor area to macaque upper limb motoneurons:an anatomical and electrophysiological study. Cereb. Cortex. 12, 281-296 (2002).
- Picard, N., Strick, P. L. Imaging the premotor areas. Curr. Opin. Neurobiol. 11, 663-672 (2001).
- Pakkenberg, B., Gundersen, H. J. G. Neocortical neuron number in humans: effect of sex and age. Journal of Comparative Neurology. 384 (2), 312-320 (1997).
- Geschwind, N. Disconnexion syndromes in animals and man. Brain. 88 (3), 237-294 (1965).
- Geschwind, N. Disconnexion syndromes in animals and man. Brain. 88 (3), 585-644 (1965).
- Goldman-Rakic, P. S. Topography of cognition: parallel distributed networks in primate association cortex. Annu Rev Neurosci. 11 (1), 137-156 (1988).
- Mesulam, M. M. From sensation to cognition. Brain. 121 (6), 1013-1052 (1998).
- Mesulam, M. Large-scale neurocognitive networks and distributed processing for attention, language, and memory. Ann Neurol. 28 (5), 597-613 (1990).
- Schmahmann, J. D., Pandya, D. N. . Fiber pathways of the brain. 8, 393-409 (2006).
- Bammer, R., Acar, B., Moseley, M. E. In vivo MR tractography using diffusion imaging. Eur J Radiol. 45 (3), 223-234 (2003).
- Catani, M., Howard, R. J., Pajevic, S., Jones, D. K. Virtual in vivo interactive dissection of white matter fasciculi in the human brain. Neuroimage. 17 (1), 77-94 (2002).
- Lin, C. P., Wedeen, V. J., Chen, J. H., Yao, C., Tseng, W. Y. I. Validation of diffusion spectrum magnetic resonance imaging with manganese-enhanced rat optic tracts and ex vivo phantoms. Neuroimage. 19 (3), 482-495 (2003).
- Bello, L., Acerbi, F., Giussani, C., Baratta, P., Taccone, P., Songa, V. Intraoperative language localization in multilingual patients with gliomas. Neurosurgery. 59 (1), 115-125 (2006).
- Bernstein, M. Subcortical stimulation mapping. J Neurosurg. 100 (3), 365 (2004).
- Ackermann, H., Riecker, A. The contribution(s) of the insula to speech production: a review of the clinical and functional imaging literature. Brain Struct Funct. 214, 419-433 (2010).
- Krainik, A. Role of the healthy hemisphere in recovery after resection of the supplementary motor area. Neurology. 62, 1323-1332 (2004).
- Ford, A., McGregor, K. M., Case, K., Crosson, B., White, K. D. Structural connectivity of Broca’s area and medial frontal cortex. Neuroimage. 52, 1230-1237 (2010).
- Catani, M., Mesulam, M. M., Jakobsen, E., Malik, F., Martersteck, A., Wieneke, C., Thompson, C. K., Thiebaut de Schotten, M., Dell’Acqua, F., Weintraub, S., Rogalski, E. A novel frontal pathway underlies verbal fluency in primary progressive aphasia. Brain. 136, 2619-2628 (2013).
- Rech, F., Herbet, G., Moritz-Gasser, S., Duffau, H. Disruption of bimanual movement by unilateral subcortical electrostimulation. Human Brain Mapping Annual Meeting. 35 (7), 3439-3445 (2014).
