Netzwerkanalyse des Default Mode Netzwerk mit Functional MRI-Konnektivität in Temporallappen-Epilepsie

Summary

Das Default Mode Network (DMN) in Temporallappen-Epilepsie (TLE) ist im Ruhezustand des Gehirns mit Seed-basierte funktionelle Konnektivität MRI (fcMRI) analysiert.

Abstract

Funktionelle MRT-Konnektivität (fcMRI) ist ein fMRI-Methode, die die Verbindung der verschiedenen Hirnregionen, basierend auf der Korrelation der BOLD-Signal Schwankungen über die Zeit untersucht. Temporallappen-Epilepsie (TLE) ist die häufigste Form der Epilepsie und Erwachsenen umfasst mehrere Gehirnnetzwerken. Der Standard-Modus-Netzwerk (DMN) im Bewusstsein, Ruhezustand Kognition beteiligt und wird gedacht, um in TLE beeinträchtigt werden, wenn Anfälle verursachen Beeinträchtigung des Bewusstseins. Der DMN in der Epilepsie wurde mit Samen basierenden fcMRI sucht. Die vorderen und hinteren Naben der DMN wurden als Samen in dieser Analyse verwendet. Die Ergebnisse zeigen eine Trennung zwischen dem vorderen und hinteren Naben der DMN in TLE im Grundzustand. Darüber hinaus erhöht DMN-Konnektivität zu anderen Hirnregionen in der linken TLE zusammen mit verringerter Konnektivität in der rechten TLE wird enthüllt. Die Analyse zeigt, wie Samen-Basis fcMRI kann zur zerebralen Netzwerke Sonde in Gehirnstörungen wie TLE werden.

Introduction

Funktionelle Konnektivität MRI (fcMRI) ist eine relativ neue analytische Ansatz zur fMRI-Daten, die die Beziehung zwischen verschiedenen Hirnregionen, basierend auf der Ähnlichkeit ihrer Blutsauerstoffniveau abhängig (BOLD-Signal) Zeitreihen quantifiziert – dies wird als "funktional"-Konnektivität und ist unterscheidbar von anatomischen Konnektivität, die die Existenz von physikalischen Verbindungen zwischen den Regionen (z. B. weiße Substanz Fasern) beschreibt. In einer speziellen Anwendung dieser Vorgehensweise werden die Zeitreihe erfasst werden, wenn der Teilnehmer nicht in einer Aufgabe beschäftigt ist oder in der sogenannten "Ruhezustand".

Obwohl erstmals 1995 ¹ beschrieben, hat es immense Interesse an fcMRI was in etwa 1000 Publikationen auf die Technik im Jahr 2012 zusammen. FcMRI intrinsische Vorteile gegenüber aufgabenbasierte fMRI in (1), dass es keine bestimmte Aufgabe ausgeführt werden soll, ( 2) Gegenstand der Zusammenarbeit istnicht erforderlich ist, (3) Datensätze können verwendet werden, um verschiedene Netzwerke abgefragt werden, Gegenwart (4) besseres Signal-Rausch-Verhältnis ist wahrscheinlich auf Unterschiede in der zerebralen Energetik beteiligt, und (5) eine Umgehung der aufgabenbezogenen verwechselt ^2. Als Beweis für sein Konzept, haben fcMRI Veränderungen gezeigt worden, um mit Veränderungen in der EEG ³ und ⁴ lokale Feldpotentiale im Gehirn entsprechen.

Techniken der Analyse fcMRI gehören ROI / Saatgut-basierte Techniken, Independent Component Analysis (ICA), Graphentheorie, Analyse, Granger Kausalitätsanalyse, lokale Verfahren (Amplitude der Niederfrequenzschwankungen, regionale Homogenitätsanalyse) und andere ^5. Keine einzelne Technik hat noch nicht nachgewiesen klare Überlegenheit gegenüber anderen, obwohl die beliebtesten Methoden sind Samen-basierte Methoden-und ^ICA-6. Seed-basierte fcMRI korreliert zeitlichen Schwankungen in BOLD-Signal von einem vorgewählten Teil des vermeintlichen Netzwerk unter-Studie bezeichnet die "Seed1; oder "Region of Interest (ROI)" für alle anderen Teile des Gehirns. Bereiche des Gehirns, die BOLD-Signal Korrelation zu der Keimbereich gedacht werden, um Teile der beteiligten Netzwerkabzugrenzen. Im Gegensatz dazu verwendet ICA ein Modell freien datengetriebene Analyse raum-zeitlich korreliert Hirnareale (Independent Bauelemente, ICs) durch die Analyse der hämodynamischen Signaleigenschaften des gesamten Gehirns ⁵ extrahieren.

In der aktuellen Manuskript, eine Beschreibung in einer zuvor veröffentlichten Studie der Ruhezustand Saatgut-basierte Konnektivität Analyse der DMN in TLE Methoden vorgestellt ^7. TLE ist die häufigste Form der Erwachsenen Epilepsie. Zusätzlich zu Krampfanfällen, verursacht TLE Dysfunktion des Gehirns mehrere Netzwerke, einschließlich Gedächtnis, Verhalten, Denken und sensorische Funktion ^8. Der DMN wird von Hirnregionen dienlich bewusst, Ruhezustand Erkenntnis besteht. Der DMN wurde berichtet, in Anfällen mit eingeschränkter consc verbunden beteiligt werdeniousness ^9,10. Zusätzlich der Hippocampus ist der Schlüssel-Struktur in TLE beteiligt und hat gedacht worden, um Bestandteil des DMN sein. Jedoch ist die Anbindung des PCC zum Hippokampus schwächer als mit anderen DMN-Komponenten wie medialen präfrontalen und inferioren parietalen Kortex. Dies deutet darauf hin, dass der Hippocampus ist entweder ein Subnetz des DMN oder interagierenden Netzwerk ^11,12. Diese Gemeinsamkeiten zwischen TLE und DMN werfen die Möglichkeit, die funktionelle Konnektivität ist in TLE verändert DMN. Diese Analyse vergleicht die DMN der Patienten mit TLE zu gesunden Kontrollen, um Einblick in die Beteiligung der DMN in TLE zu gewinnen. Die Konnektivität der Samen in den Hauptzentren der DMN platziert – die vorderen und hinteren Nabe Regionen wurden analysiert, ^12. Samen wurden in der hinteren Nabe aus der retrosplenium / Precuneus (Rsp / PCUn) sowie der vorderen Nabe aus ventromedialen präfrontalen Kortex (vmPFC) bei Patienten mit TLE und platziertgesunden Kontrollen, um die hinteren und vorderen Teilnetze des DMN identifizieren.

Protocol

Ein. Themen Die Studienpopulation von 36 Probanden umfasst 3 Gruppen: rechts TLE (n = 11), links TLE (n = 12) und gesunden Kontrollen (n = 13). Erhalten schriftliche Einverständniserklärung von allen Probanden. Die Studie folgt den Richtlinien der Universität von Kalifornien, Los Angeles (UCLA) Institutional Review Board. Die Epilepsie-Fachgruppen sollten Patienten, die per Video-EEG-Monitoring, Gehirn-MRT, PET-Bildgebung und neuropsychologische Tests bestimmt Kandidaten für die vorderen Schläf…

Representative Results

Abbildung 1 zeigt die DMN zeigte mit Konnektivität von einem hinteren Samen (RSP / PCUn, rot-gelb-Farben) und einer vorderen Samen (vmPFC, blau-grünen Farben) und vergleicht die Netze in den verschiedenen Fächergruppen festgestellt (Abb. 1A-C) und zwischen sich, und zwar im Vergleich zu gesunden Kontrollen aller Patienten mit TLE (Fig. 1D und 1E), und gesunden Kontrollen einzeln nach links TLE (Fig. 1F und 1G) und re…

Discussion

Epilepsie ist gedacht, um eine Netzwerk Krankheit sein, und Anomalien der beteiligten Netzwerke während der Anfälle und in der interiktalen Zustand ²¹ vorhanden sind. Aufgabenbasierte fMRI wurde verwendet, um Anomalien der Sprache und Speichernetzwerke in TLE ⁸ zu analysieren. FcMRI hat inhärente Vorteile bei der Untersuchung des DMN ^12, wie es ein Netzwerk in den Ruhezustand im Wesentlichen ausgeschaltet. DMN ist ein Netzwerk von Hirnregionen, die gefunden wurde an wachen Personen, d…

Materials

MRI machine

Linux workstation with image analysis software installed