Resonancia magnética funcional (fMRI) de la corteza visual con estimulación retinotópica de visión amplia
Summary
Hemos desarrollado técnicas para mapear la función de la corteza visual utilizando más campo visual de lo que se usa comúnmente. Este enfoque tiene el potencial de mejorar la evaluación de los trastornos de la visión y las enfermedades oculares.
Abstract
La resonancia magnética funcional (fMRI) de alta resolución de alta resolución dependiente del nivel de oxigenación sanguínea retinotópica (BOLD) con una presentación de visión amplia se puede utilizar para mapear funcionalmente la corteza visual periférica y central. Este método para medir los cambios funcionales del cerebro visual permite el mapeo funcional del lóbulo occipital, estimulando >100° (±50°) o más del campo visual, en comparación con las configuraciones estándar de presentación visual de fMRI que generalmente cubren <30° del campo visual. Se puede configurar un sistema de estimulación de visión amplia simple para la resonancia magnética funcional BOLD utilizando proyectores comunes compatibles con RM colocando un espejo o pantalla grande cerca de la cara del sujeto y usando solo la mitad posterior de una bobina de cabeza estándar para proporcionar un ángulo de visión amplio sin obstruir su visión. A continuación, se pueden obtener imágenes del mapa de resonancia magnética funcional retinotópica de visión amplia utilizando varios paradigmas de estimulación retinatópica, y los datos se pueden analizar para determinar la actividad funcional de las regiones corticales visuales correspondientes a la visión central y periférica. Este método proporciona un sistema de presentación visual práctico y fácil de implementar que se puede utilizar para evaluar los cambios en la corteza visual periférica y central debido a enfermedades oculares como el glaucoma y la pérdida de visión que puede acompañarlas.
Introduction
La resonancia magnética funcional (fMRI) es un método valioso para evaluar los cambios en la función neurovascular regional dentro de la corteza visual en respuesta a estímulos, ya que los cambios en el flujo sanguíneo regional se correlacionan con la activación de las regiones cerebrales 1,2. Las mediciones de señales retinotópicas dependientes del nivel de oxigenación sanguínea de alta resolución (BOLD) representan cambios en la desoxihemoglobina, que son impulsados por cambios localizados en el flujo sanguíneo y la oxigenación sanguínea dentro del cerebro 1,2. Los patrones de actividad de BOLD recopilados a partir de los datos de fMRI se pueden utilizar para mapear funcionalmente la corteza visual periférica y central, así como para detectar cambios en el mapa retinotópico en respuesta a la discapacidad visual y la neurodegeneración3.
La mayoría de los estudios previos de resonancia magnética funcional utilizaron estímulos no retinotópicos de visión estrecha (alrededor de ±12° del campo visual central) o estímulos retinotópicos simples con estímulos visuales de visión estrecha, lo que proporcionó una parcelación funcional limitada de la representación retinotópica en la corteza visual y una evaluación limitada solo al campo visual central, excluyendo la periferia3. En consecuencia, los datos de fMRI de visión estrecha han reportado cambios porcentuales inconsistentes en BOLD en pacientes con glaucoma 4,5,6. Por lo tanto, es necesario mejorar los enfoques de resonancia magnética funcional para evaluar el campo visual periférico y central, especialmente en la evaluación de enfermedades como el glaucoma.
El glaucoma es la principal causa de ceguera irreversible, afectando al 10% de las personas antes de los 80 años7. El glaucoma es causado por la neurodegeneración progresiva e irreversible de las células ganglionares de la retina, que son las encargadas de transmitir los estímulos visuales al cerebro a través del nervio óptico. En el glaucoma primario de ángulo abierto (GPAAA), la forma más común de glaucoma, el aumento de la presión intraocular provoca un adelgazamiento de la capa de fibras nerviosas de la retina (RNFL), lo que lleva a la pérdida de la visión periférica seguida de ceguera periférica y central 8,9,10,11. La evidencia histológica de estudios en animales sugiere que el glaucoma también resulta en una neurodegeneración progresiva del nervio óptico, el tracto óptico, el núcleo geniculado lateral, la radiación óptica y la corteza visual12,13. La tecnología de resonancia magnética ofrece un método mínimamente invasivo para evaluar tanto la oxigenación de la sangre como la neurodegeneración en la corteza visual. En pacientes con glaucoma, la resonancia magnética ha encontrado evidencia de atrofia de la sustancia gris en la vía visual 13,14,15,16 y sustancia blanca anormal en el quiasma óptico, el tracto óptico y la radiación óptica 1,17,18.
Para explorar más a fondo los efectos sobre el procesamiento visual, la resonancia magnética funcional se puede utilizar para detectar la función cerebral en respuesta a las señales visuales. El protocolo descrito describe un método novedoso para obtener un mapa retinotópico de bajo costo y visión amplia utilizando resonancia magnética funcional de retinotopía de alta resolución con estímulos de campo amplio (>100°), como lo describen Zhou et al3. Se utilizaron estímulos visuales de anillos en expansión y cuñas giratorias para obtener el mapeo retinotópico de la excentricidad y el ángulo polar para la resonancia magnética funcional. Se analizaron los cambios porcentuales en la resonancia magnética funcional de BOLD en función de la excentricidad para evaluar la función cerebral, correspondiente tanto a la visión central como a la periférica. El cambio porcentual de resonancia magnética funcional BOLD se puede utilizar para visualizar la activación en toda la corteza visual. Estas medidas de resonancia magnética funcional proporcionan un nuevo método confiable para evaluar los cambios neurodegenerativos y sus efectos funcionales en la corteza visual que se encuentran en enfermedades oculares que involucran defectos del campo visual, como el glaucoma.
Protocol
Representative Results
Discussion
El protocolo anterior para la utilización de la resonancia magnética funcional retinotópica de visión amplia es un método innovador para evaluar los efectos de la pérdida de visión y las enfermedades oculares en el cerebro. A través del mapeo retinotópico de campo amplio de la corteza visual con el uso de una pantalla de visión más amplia, este enfoque permite una comprensión más completa de la organización funcional del sistema visual. Esto podría conducir a una mejor comprensión de las anomalías en el …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue apoyado por los Institutos Nacionales de Salud [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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