Высокое разрешение функциональной магнитно-резонансной томографии методы по правам мозга
Summary
В этой статье описываются методы для выполнения высокого разрешения функциональной магнитно-резонансной томографии с 1,2 мм отбор проб в человеческом мозге и подкорковых структур с использованием 3T сканера. Использование этих методов для решения топографических карт визуальной стимуляции в человеческом верхний бугорок (SC) приводится в качестве примера.
Abstract
Функциональная МРТ (фМРТ) является широко используемым инструментом для неинвазивного измерения корреляты человеческой деятельности мозга. Тем не менее, его использование в основном были сосредоточены на измерении активности на поверхности коры головного мозга, а не в подкорковых областях мозга, таких как и мозга. Подкорковые МРТ необходимо преодолеть две проблемы: пространственное разрешение и физиологические шумы. Здесь мы опишем оптимизированный набор методов, разработанных для выполнения с высокой разрешающей МРТ в человеческом SC, структуры на спинной поверхности мозга; методы могут быть использованы для других изображений мозга и подкорковых структур.
Высокое разрешение (1,2 мм вокселей) МРТ СК требует нетрадиционного подхода. Желаемой пространственной выборки получены с использованием мульти-кадр (с чередованием) спираль приобретения 1. Так, T 2 * ткани SC больше, чем в коре головного мозга, соответственно, больше времени эхо (Т Е ~ 40 мс) используется для максиMize функциональный контраст. Для покрытия в полном объеме СК, 8-10 кусочки получаются. Для каждой сессии структурной анатомии с теми же рецепта, как часть МРТ также получено, который используется для выравнивания функциональной данных высокого разрешения ссылкой объеме.
В отдельной сессии по каждому предмету, мы создаем с высоким разрешением (0,7 мм выборки) ссылка громкость с помощью Т 1-взвешенной последовательности, что дает хороший контраст ткани. В своем обращении объема, среднего мозга регионе сегментирован использованием ИТК-SNAP приложении 2. Эта сегментация используется для создания 3D-представление поверхности мозга, который является одновременно плавное и точное 3. Поверхность вершин и нормалей используется для создания карты глубины от поверхности мозга в ткани 4.
Функциональные данные преобразуются в системе координат сегментированных объем ссылки. Глубина объединения вокселейпозволяют усреднение МРТ временных рядов данных в указанном диапазоне глубины для улучшения качества сигнала. Данные предоставляются на поверхности 3D-визуализации.
В нашей лаборатории мы используем этот метод для измерения топографических карт визуальной стимуляции и скрытых и явных визуальных внимание в SC 1. Например, мы показываем, топографические представления полярного угла к визуальной стимуляции в СК.
Protocol
Discussion
Наши приобретения и анализа данных методов позволяет измерять нейронной активности в подкорковых структурах головного мозга человека с высоким разрешением (1,2 вокселей мм). 3 выстрела спираль приобретение снижает физиологический шум, что особенно вредно для измерения МРТ всего мозга….
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Этот материал основан на работе, при поддержке Национального научного фонда, грант БКС 1063774.
References
- Katyal, S., Zughni, S., Greene, C., Ress, D. Topography of covert visual attention in human superior colliculus. Journal of Neurophysiology. 104, 3074-3083 (2010).
- Yushkevich, P. A. User-guided 3D active contour segmentation of anatomical structures: significantly improved efficiency and reliability. NeuroImage. 31, 1116-1128 (2006).
- Xu, G., Pan, Q., Bajaj, C. L. Discrete Surface Modeling Using Partial Differential Equations. Computer Aided Geometric Design. 23, 125-145 (2006).
- Ress, D., Glover, G. H., Liu, J., Wandell, B. Laminar profiles of functional activity in the human brain. NeuroImage. 34, 74-84 (2007).
- Schneider, K. A., Kastner, S. Effects of sustained spatial attention in the human lateral geniculate nucleus and superior colliculus. J. Neurosci. 29, 1784-1795 (2009).
- Glover, G. H. Simple analytic spiral K-space algorithm. Magn. Reson. Med. 42, 412-415 (1999).
- Glover, G. H., Lai, S. Self-navigated spiral fMRI: interleaved versus single-shot. Magn. Reson. Med. 39, 361-368 (1998).
- Nestares, O., Heeger, D. J. Robust multiresolution alignment of MRI brain volumes. Magn. Reson. Med. 43, 705-715 (2000).
- Engel, S. A., Glover, G. H., Wandell, B. A. Retinotopic organization in human visual cortex and the spatial precision of functional MRI. Cereb. Cortex. 7, 181-192 (1997).
- Schneider, K. A., Kastner, S. Visual responses of the human superior colliculus: a high-resolution functional magnetic resonance imaging study. Journal of Neurophysiology. 94, 2491-2503 (2005).
- Cynader, M., Berman, N. Receptive-field organization of monkey superior colliculus. Journal of Neurophysiology. 35, 187-201 (1972).
- Robinson, D. A. Eye movements evoked by collicular stimulation in the alert monkey. Vision Research. 12, 1795-1808 (1972).
- Schreiner, C. E., Langner, G. Laminar fine structure of frequency organization in auditory midbrain. Nature. 388, 383-385 (1997).
- Baumann, S. Orthogonal representation of sound dimensions in the primate midbrain. Nature Neuroscience. 14, 423-425 (2011).
- Malmierca, M. S. A discontinuous tonotopic organization in the inferior colliculus of the rat. J. Neurosci. 28, 4767 (2008).
- Bender, D. Retinotopic organization of macaque pulvinar. Journal of Neurophysiology. 46, 672 (1981).
- Grieve, K. L., Acuña, C., Cudeiro, J. The primate pulvinar nuclei: vision and action. Trends in Neurosciences. 23, 35-39 (2000).
- Rodriguez-Oroz, M. C. The subthalamic nucleus in Parkinson’s disease: somatotopic organization and physiological characteristics. Brain. 124, 1777 (2001).
- Romanelli, P. Microelectrode recording revealing a somatotopic body map in the subthalamic nucleus in humans with Parkinson disease. Journal of Neurosurgery. 100, 611-618 (2004).
- DeLong, M. R., Crutcher, M. D., Georgopoulos, A. P. Primate globus pallidus and subthalamic nucleus: functional organization. Journal of Neurophysiology. 53, 530 (1985).
- Houeto, J. L. Acute deep-brain stimulation of the internal and external globus pallidus in primary Dystonia functional mapping of the pallidum. Archives of Neurology. 64, 1281-1286 (2007).
