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Análise de Redes da rede de modo padrão Usando Funcional Conectividade RM em Epilepsia do Lobo Temporal

Published: August 05, 2014
doi:
10.3791/51442
, , , ,
1Department of Neurology,Baylor College of Medicine, 2Neurology Care Line,Michael E. DeBakey VA Medical Center, 3Semel Institute for Neuroscience and Human Behavior,University of California, Los Angeles, 4Department of Neurology,University of California, Los Angeles

Summary

A Rede Padrão Mode (DMN) em Epilepsia do Lobo Temporal (ELT) é analisada no estado de descanso do cérebro usando a conectividade funcional à base de semente de MRI (fcMRI).

Abstract

Conectividade funcional MRI (fcMRI) é um método de ressonância magnética funcional, que analisa a conectividade de áreas diferentes do cérebro com base na correlação das flutuações de sinal BOLD ao longo do tempo. Epilepsia do Lobo Temporal (ELT) é o tipo mais comum de epilepsia adulto e envolve múltiplas redes cerebrais. A rede de modo default (DMN) está envolvido na consciência, cognição estado de repouso e é pensado para ser afetada em TLE onde as apreensões causar perda da consciência. O DMN na epilepsia foi examinada usando semente baseado fcMRI. Os anteriores e posteriores cubos de DMN foram utilizados como sementes nesta análise. Os resultados mostram uma desconexão entre o anterior e centros posteriores do DMN em TLE durante o estado basal. Além disso, o aumento da conectividade DMN para outras regiões do cérebro em TLE esquerda juntamente com a diminuição da conectividade na TLE direito é revelado. A análise demonstra como fcMRI à base de sementes podem ser utilizados para sondar as redes cerebrais em distúrbios cerebrais, tais como TLE.

Introduction

Conectividade funcional MRI (fcMRI) é uma abordagem analítica relativamente recente de dados de fMRI que quantifica a relação entre as diferentes regiões do cérebro com base na similaridade do seu nível de oxigenação do sangue dependente (BOLD) sinal de série de tempo – isso é chamado de conectividade "funcional", e é distinguível de conectividade anatômica que descreve a existência de conexões físicas entre as regiões (por exemplo, fibras de substância branca). Em uma aplicação especial desta abordagem, as séries temporais são coletados quando o participante não está envolvido em uma tarefa ou está no chamado "estado de repouso".

Embora descrita pela primeira vez em 1995, 1, houve imenso interesse em fcMRI resultando em aproximadamente 1.000 publicações relacionadas com a técnica em 2012. FcMRI tem benefícios intrínsecos mais RMf baseado em tarefas em (1), que não é uma tarefa específica a ser realizada, ( 2) a cooperação assunto énão é necessário, (3) conjuntos de dados podem ser usados ​​para consultar várias redes diferentes, (4) uma melhor relação sinal-ruído está presente provavelmente devido a diferenças na energética cerebrais envolvidos, e (5) a evasão de confunde relacionadas com a tarefa 2. Como prova da sua concepção, as alterações fcMRI foram mostrados para corresponder com as mudanças no EEG 3 e 4 locais potenciais de campo no cérebro.

Técnicas de análise fcMRI incluem / técnicas de ROI com base em sementes, análise de componentes independentes (ICA), análise de teoria dos grafos, análise de causalidade de Granger, os métodos locais (amplitude de oscilações de baixa freqüência, análise de homogeneidade regional), e outros 5. Nenhuma técnica única ainda demonstrou clara superioridade sobre a outra, embora os métodos mais populares são métodos ICA 6 à base de sementes e. À base de semente de fcMRI correlaciona flutuações temporais no sinal BOLD de uma parte pré-selecionado da rede putativo em estudo chamado de "semente1; ou "região de interesse (ROI)" para todas as outras partes do cérebro. Áreas do cérebro mostrando correlacionando sinal BOLD para a área de semente são pensados ​​para demarcar partes da rede envolvidos. Em contraste, a ICA utiliza uma análise orientada por dados sem modelo para extrair áreas cerebrais espaço-temporalmente correlacionados (componentes independentes, ICs), analisando as características do sinal hemodinâmicos de todo o cérebro 5.

No manuscrito atual, uma descrição dos métodos usados ​​em um estudo publicado anteriormente de-base de sementes análise conectividade descanso estado da DMN em TLE é apresentado 7. TLE é a forma mais comum de epilepsia adulto. Além de convulsões, TLE causa disfunção de várias redes cerebrais, incluindo memória, comportamento, pensamento e função sensorial 8. O DMN é constituído por regiões cerebrais subjacentes à consciência, cognição descanso pelo Estado. O DMN tem sido relatada a ser envolvido em convulsões associadas à consc reduzidaiousness 9,10. Além disso, o hipocampo é a estrutura chave envolvida na TLE e foi pensado para ser componente de DMN. No entanto, a conectividade do PCC para a formação do hipocampo é mais fraca do que com outros componentes de DMN, tais como pré-frontal medial e córtex parietal inferior. Isto sugere que o hipocampo é uma sub-rede ou de DMN ou uma rede interagindo 11,12. Estas semelhanças entre TLE e DMN levantam a possibilidade de que DMN conectividade funcional é alterado de TLE. Esta análise compara o DMN de indivíduos com ELT com controles saudáveis ​​para obter insights sobre o envolvimento de DMN na TLE. A conectividade de sementes colocadas nos principais centros do DMN – as regiões do cubo anterior e posterior foram analisados ​​12. As sementes foram colocadas no cubo posterior que consiste no retrosplenium / precuneus (Rsp / PCUN), bem como o cubo anterior consiste no córtex pré-frontal ventromedial (vmPFC) em pacientes com TLE e emsaudável controles para identificar as sub-redes posterior e anterior do DMN.

Protocol

1. Assuntos A população de estudo de 36 indivíduos inclui 3 grupos: direito TLE (n = 11), deixou TLE (n = 12) e controles saudáveis ​​(n = 13). Obter o consentimento informado por escrito de todas as disciplinas. O estudo segue as diretrizes da Universidade da Califórnia, Los Angeles (UCLA) Institutional Review Board. Os grupos de indivíduos com epilepsia deve ser pacientes que são candidatos à ressecção anterior do lobo temporal, conforme determinado pelo monitoramento de vídeo-EEG, …

Representative Results

A Figura 1 mostra o DMN revelou com a conectividade de uma semente posterior (DER / PCUN, cores vermelho-amarelo) e uma semente anterior (vmPFC cores azul-verde) e compara as redes encontradas nos diferentes grupos de sujeitos (Figuras 1A-C) e entre si, ou seja, os controles saudáveis ​​em comparação a todos os pacientes com ELT (Figuras 1D e 1E) e, em seguida controles saudáveis ​​comparados separadamente para TLE esquerda (Figuras …

Discussion

A epilepsia é considerada uma doença de rede, e anormalidades das redes envolvidas estão presentes durante as crises e no estado interictal 21. FMRI baseada em tarefas tem sido usado para analisar anomalias da língua e as redes de memória em TLE 8. FcMRI tem vantagens inerentes a estudar a DMN 12, pois é uma rede que opera principalmente no estado de repouso. O DMN é uma rede de regiões do cérebro que tem sido encontrado para ser ativo em indivíduos acordados que são deixados …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

O financiamento para esta pesquisa foi fornecido pela Fundação de Epilepsia da América, Baylor College of Medicine Computacional e Integrativa Biomedical Research Center (CIBR) Semente Grant Awards (ZH); NIH-NINDS K23 Grant NS044936 (JMS); . ea Fundação Família Leff (JMS) A aquisição de dados foi assistido por: Elizabeth Pierce (UCLA).

Materials

MRI machine
Linux workstation with image analysis software installed
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Keywords: Network AnalysisDefault Mode NetworkFunctional Connectivity MRITemporal Lobe EpilepsySeed-based AnalysisBOLD SignalBrain ConnectivityAnterior And Posterior HubsBrain NetworksResting State Cognition
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Haneef, Z., Lenartowicz, A., Yeh, H. J., Engel Jr., J., Stern, J. M. Network Analysis of the Default Mode Network Using Functional Connectivity MRI in Temporal Lobe Epilepsy. J. Vis. Exp. (90), e51442, doi:10.3791/51442 (2014).
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