広視野網膜トピック刺激による視覚野の機能的磁気共鳴画像法(fMRI)
Summary
私たちは、一般的に使用されているよりも多くの視野を利用して視覚野機能をマッピングする技術を開発しました。このアプローチは、視力障害や眼疾患の評価を高める可能性を秘めています。
Abstract
高解像度のレチノトピック血中酸素濃度依存性(BOLD)機能的磁気共鳴画像法(fMRI)とワイドビューの提示により、末梢および中枢視覚野を機能的にマッピングできます。視覚脳の機能的変化を測定するこの方法は、後頭葉の機能マッピングを可能にし、通常視野の100°(±50°)以上の視野を刺激します。一般的なMR対応プロジェクターでは、大型の鏡やスクリーンを被験者の顔の近くに設置し、標準的なヘッドコイルの後半分のみで視野を遮ることなく広視野角を確保することで、簡易な広視野角の刺激システムを構築することができます。次に、さまざまな網膜刺激パラダイムを使用してワイドビュー網膜対象fMRIマップを画像化でき、データを分析して、中心視および周辺視に対応する視覚野領域の機能活動を決定することができます。この方法は、緑内障などの眼疾患やそれに伴う視力低下による末梢および中枢視覚野の変化を評価するために使用できる、実用的で実装が容易な視覚提示システムを提供します。
Introduction
機能的磁気共鳴画像法(fMRI)は、局所血流の変化が脳領域の活性化と相関しているため、刺激に応答する視覚野内の局所神経血管機能の変化を評価するための貴重な方法です1,2。高分解能レチノトピック血中酸素濃度依存性(BOLD)信号測定は、脳内の血流と血中酸素化の局所的な変化によって引き起こされるデオキシヘモグロビンの変化を表します1,2。fMRIデータから収集されたBOLD活動パターンは、末梢および中枢視覚野を機能的にマッピングし、視覚障害や神経変性に応答した網膜領域マップの変化を検出するために使用できます3。
これまでのfMRI研究のほとんどは、狭視(中心視野の約±12°)の非網膜トピック刺激または狭視視視刺激を伴う単純な網膜刺激を使用しており、視覚野における網膜視体表現の機能的区画化は限定的であり、評価は周辺部を除く中心視野のみに限定されていました3。その結果、視野の狭いfMRIデータは、緑内障患者の一貫性のない太字パーセントの変化を報告しています4,5,6。したがって、特に緑内障などの疾患の評価において、末梢および中心視野を評価するための改善されたfMRIアプローチが必要です。
緑内障は不可逆的な失明の主な原因であり、80歳までに10%の人が罹患します7。緑内障は、視神経を介して脳に視覚刺激を伝達する網膜神経節細胞の進行性で不可逆的な神経変性によって引き起こされます。緑内障の最も一般的な形態である原発性開放隅角緑内障(POAG)では、眼圧の上昇により網膜神経線維層(RNFL)が薄くなり、周辺視野の喪失につながり、末梢および中枢失明が続きます8,9,10,11。動物実験からの組織学的証拠は、緑内障がさらに視神経、視神経路、外側膝状核、視神経放射線、および視覚野の進行性神経変性をもたらすことを示唆しています12,13。MRI技術は、視覚野における血中酸素化と神経変性の両方を評価する低侵襲な方法を提供します。緑内障患者では、MRIにより、視経路13,14,15,16に灰白質の萎縮、視交叉、視路、および視神経放射線に異常な白質の証拠が見つかりました1,17,18。
視覚処理への影響をさらに詳しく調べるために、fMRIを使用して、視覚的な手がかりに反応して脳機能を検出することができます。本明細書のプロトコルは、Zhouら3によって記述されているように、広視野(>100°)刺激を伴う高解像度網膜局性fMRIを使用して、低コストの広視野網膜トピックマップを得るための新しい方法を記述している。拡大するリングと回転するくさびの視覚刺激を使用して、fMRIの偏心率と極角の網膜トピックマッピングを引き出しました。大胆なfMRIの変化率を偏心の関数として分析し、中心視力と周辺視力の両方に対応する脳機能を評価しました。BOLD fMRIの変化率を使用して、視覚野全体の活性化を視覚化できます。これらのfMRI測定は、緑内障などの視野欠損を伴う眼疾患に見られる神経変性変化と視覚野に対するそれらの機能的影響を評価するための信頼できる新しい方法を提供します。
Protocol
Representative Results
Discussion
広視野網膜症fMRIを利用するための上記のプロトコルは、視力低下と眼疾患が脳に及ぼす影響を評価するための革新的な方法です。このアプローチでは、広視野スクリーンを使用した視覚野の広視野網膜トピックマッピングにより、視覚系の機能的組織をより包括的に理解することができます。これは、緑内障などの神経変性で発生する脳の視覚処理システムの異常のより良い理解につながる…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この研究は、米国国立衛生研究所(NIH)の支援を受けた[R01EY030996]。
Materials
| 1/4"-20 nylon machine screws, knurled head thumb screw | to attach rod to PVC frame | ||
| 1-1/4 inch PVC pipe | length of ~5-10 ft is needed | ||
| 3T MRI scanner | Siemens | ||
| 6-32 nylon machine screws, rounded head | to attach mirror/screen to rod | ||
| 8-channel head array coil | Siemens | ||
| 90 degree PVC elbow, 1-1/4 inch fitting | |||
| Acrylic mirror | Width and length of 25-30cm | ||
| Acrylic rod | 1 inch width, ~ 2 ft long depening on size of scanner bore and head coil | ||
| E-Prime | Psychology Software Tools | to prepare and present visual stimuli paradigms | |
| Plywood sheet, 1/2 inch thick | Size should be at least as large as the scanner bore. Cut as bore-sized frame for the projection screen | ||
| Rear projection screen | Size should be at least as large as the scanner bore |
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