נגעים מיפוי סימפטום (LSM), המכונה גם מיפוי נגע התנהגות, הוא כלי חשוב ללמוד את הארכיטקטורה הפונקציונלית של המוח האנושי¹. במחקרים של נגעים, תפקוד המוח הוא משתמעת ומקומי על ידי לימוד חולים עם נגעים במוח נרכש. במקרה הראשון, מחקרים המקשרים סימפטומים נוירולוגיים למיקומים המוח הספציפיים שבוצעו במאה ה -19 כבר סיפק תובנות בסיסיות לתוך החיבור האנטומי של השפה ומספר תהליכים קוגניטיביים אחרים². עם זאת, ההיבט הנוירואנטומי של היבטים רבים של קוגניציה ותפקודי מוח אחרים נותרו חמקמקים. בעשורים האחרונים, משופר שיטות דימות המוח מבנית ומקדמות טכניות אפשרו בקנה מידה גדול ב vivo LSM מחקרים עם רזולוציה מרחבית גבוהה (כלומר, ברמה של voxels הפרט או אזורי קליפת המוח/משנה מסוימים של עניין)^{1 ,2}. עם ההתקדמות הזאת מתודולוגיים, LSM הפך לשיטה פופולרית יותר ויותר במדעי המוח הקוגניטיבית וממשיכה להציע תובנות חדשות לנוירואנטומיה של הכרה ותסמינים נוירולוגיים³. צעד מכריע בכל מחקר LSM הוא פילוח מדויק של נגעים ורישום לתבנית המוח. עם זאת, הדרכה מקיפה עבור עיבוד מקדים של נתוני דימות המוח למטרת LSM חסר.

בתנאי כאן הוא הדרכה מלאה עבור פילוח נגעים מתוקננת ושיטת הרישום. שיטה זו מספקת לחוקרים קו צינור עבור עיבוד תמונה מוחית סטנדרטית סקירה של מלכודות פוטנציאליות שיש להימנע. קו העיבוד המוצג של התמונה פותחה באמצעות שיתופי פעולה בינלאומיים⁴ והוא חלק ממסגרת הקונסורציום האחרון שנוסד Meta vci מפת, אשר מטרתו היא ביצוע רב משתתפים הנגע מחקרים מיפוי לתסמינים ב ליקוי קוגניטיבי בכלי דם ⁵. שיטה זו תוכננה לעבד הן סריקות CT ו-MRI ממספר רב של ספקים ופרוטוקולי סריקה הטרוגנית כדי לאפשר עיבוד משולב של ערכות נתונים להדמיה ממקורות שונים. תוכנת RegLSM הנדרשת וכל התוכנות האחרות הדרושות לפרוטוקול זה זמינות באופן חופשי למעט MATLAB, הדורשות רשיון. ערכת לימוד זו מתמקדת פילוח ורישום של המוח infarcts, אבל זה צינור עיבוד תמונה יכול לשמש גם עבור נגעים אחרים, כגון החומר הלבן עוצמות⁶.

לפני ייזום מחקר LSM, הבנה בסיסית של המושגים הכלליים ואת המלכודות נדרש. כמה הנחיות מפורטות ומדריך לטרמפיסט זמינים^1,3,6. עם זאת, ביקורות אלה לא מספקים מפורט הידיים על הדרכה עבור השלבים המעשיים המעורבים איסוף והמרה של סריקות המוח לפורמט מתאים, הסיכונים המוח, ורישום סריקות לתבנית המוח. הנייר הנוכחי מספק לימוד כזה. מושגים כלליים של LSM מסופקים במבוא עם הפניות לקריאה נוספת בנושא.

מטרה כללית לחקר מיפוי הסימפטומים

מנקודת המבט של נוירופסיכולוגיה קוגניטיבית, פגיעה במוח יכול לשמש כתנאי מודל כדי להבין טוב יותר את התחתון העצבי של תהליכים קוגניטיביים מסוימים וכדי להשיג תמונה מלאה יותר של הארכיטקטורה הקוגניטיבית של המוח¹ . זוהי גישה קלאסית בנוירופסיכולוגיה שהחלה לראשונה במחקרים שלאחר המוות במאה ה -19 על ידי חלוצים כמו ברוקה ווורניקה². בעידן של הדמיה מוחית תפקודית, הגישה הנגע נשארה כלי קריטי במדעי המוח משום שהוא מספק הוכחה כי נגעים באזור המוח מסוים לשבש את ביצועי המשימה, בעוד לימודי הדמיה תפקודית להפגין אזורי המוח כי הם ופעל במהלך ביצועי המשימה. כך, גישות אלה מספקות מידע משלים¹.

מנקודת המבט של נוירולוגיה קלינית, LSM מחקרים יכולים להבהיר את הקשר בין מיקום הנגע ותפקוד קוגניטיבי בחולים עם infarcts סימפטומטי חריפה, חומר לבן היתר, לקטציה, או סוגים אחרים של נגעים (g., גידולים ). מחקרים שנעשו לאחרונה הראו כי נגעים כאלה באזורי מוח אסטרטגי הם רלוונטיים יותר להסביר ביצועים קוגניטיביים מאשר נטל^{הנגע העולמי 2,5,7,8}. גישה זו יש פוטנציאל לשפר את ההבנה של הפתופסולוגיה של הפרעות מורכבות (בדוגמה זו, ליקוי קוגניטיבי כלי דם) והוא עשוי לספק הזדמנויות לפיתוח כלים אבחון והתחזיות חדשים או טיפול תמיכה אסטרטגיות².

ל-LSM יש גם יישומים מעבר לתחום הקוגניציה. למעשה, כל משתנה יכול להיות קשור למיקום נגעים, כולל סימפטומים קליניים, סמנים ביואריטים, ותוצאה תפקודית. לדוגמה, מחקר שנערך לאחרונה קבע מיקומים סיכונים שהיו חזוי של תוצאה תפקודית לאחר ששבץ איסכמי¹⁰.

Voxel-מבוסס על האזור של מיפוי הנגע מבוסס-על מבוססי-ריבית

כדי לבצע נגעים מיפוי סימפטום, נגעים צריך להיות מחולק ורשום על תבנית המוח. במהלך הליך ההרשמה, המוח של כל מטופל הוא מיושר מבחינה מוחית (כלומר, מנורמל או רשום בתבנית משותפת) כדי לתקן הבדלים בגודל המוח, צורה, וכיוון, כך שכל voxel במפת הנגע מייצג את אותו אנטומי מבנה עבור כל המטופלים⁷. במרחב סטנדרטי, ניתן לבצע מספר סוגים של ניתוחים, אשר מסוכמים לזמן קצר כאן.

ניתוח גולמי לטיפול בחיסור ניתן לבצע כדי להראות את ההבדל בחלוקת נגעים בחולים עם חסרונות לעומת חולים ללא חסרונות. מפת החיסור הנוצרת מראה אזורים שנפגעו לעתים קרובות יותר בחולים עם חסרונות וחסכו בחולים ללא החסרונות¹. למרות ניתוח הנגע בחיסור יכול לספק כמה תובנות לתוך החיבור של פונקציה ספציפית, זה מספק לא הוכחה סטטיסטית והוא כעת בשימוש בעיקר כאשר גודל המדגם נמוך מדי כדי לספק מספיק כוח סטטיסטי עבור הנגע voxel מבוסס-סימפטום מיפוי.

ב-voxel, המבוסס על נגעים מיפוי סימפטום, שיוך בין נוכחות של ביצועים הנגע וקוגניטיבי נקבע ברמה של כל voxel האדם במוח (איור 1). היתרון העיקרי של שיטה זו הוא הרזולוציה המרחבית הגבוהה. באופן מסורתי, ניתוחים אלה בוצעו בגישה המונית המוני, אשר מצווים על תיקון בדיקות מרובות ומציג הטיה מרחבית הנגרמת על ידי יחסי הגומלין בין-voxel שאינם נלקחים בחשבון^{1,10 , 11}. הגישות שפותחו לאחרונה, כי לוקחים את היחסים בין-voxel בחשבון (המכונה בדרך כלל שיטות מיפוי הנגעים מרובת משתנים, כגון ניתוח בייסיאניות¹³, רגרסיה וקטורית תמיכה^{4, 14}, או אלגוריתמים אחרים למידה של מחשב¹⁵) להראות תוצאות מבטיחות ולהופיע כדי לשפר את הרגישות ואת הספציפיות של ממצאים מניתוח lsm החכם ביותר לעומת שיטות מסורתיות. שיפור נוסף ואימות של שיטות מרובת-משתנים עבור LSM-מבחינה מתקדמת הוא תהליך מתמשך. הבחירה הטובה ביותר עבור מיפוי נגע-סימפטום ספציפי תלוי בגורמים רבים, כולל התפלגות נגעים, משתנה התוצאה וההנחות הסטטיסטיות הבסיסיות של השיטות.

באזור העניין (ROI)-מבוסס נגעים מבוססי מיפוי סימפטום, שיוך בין נטל הנגע בתוך אזור מוחי מסוים ביצועים קוגניטיביים נקבע (ראה איור 1 Biesbroek ואח ‘² להמחשה). היתרון העיקרי של שיטה זו הוא כי הוא רואה את נטל הנגע המצטבר בתוך מבנה אנטומי, אשר במקרים מסוימים עשוי להיות אינפורמטיבי יותר מאשר הנגע ב voxel יחיד. מצד שני, לניתוחים מבוססי ROI יש כוח מוגבל לזיהוי דפוסים הנמצאים רק בקבוצת משנה של voxels באזור¹⁶. באופן מסורתי, מיפוי הנגע מבוסס ROI-סימפטום מבוצע באמצעות רגרסיה לוגיסטית או ליניארית. לאחרונה, שיטות סטטיסטי העוסקות בצורה טובה יותר עם קוליניאריות הוצגו (למשל, ניתוח רשת בייסיאנית¹⁷, תמיכה רגרסיה וקטורית^4,18או אלגוריתמים אחרים ללמידה מחשב¹⁹), אשר עשויים לשפר את הספציפיות של הממצאים ממחקרי נגעים-סימפטום מיפוי.

בחירת מטופלים

במחקרים LSM, המטופלים נבחרים בדרך כלל מבוסס על סוג מסוים של נגעים (g., המוח infarcts או חומר לבן היתר) ואת מרווח הזמן בין אבחון הערכה נוירופסיכולוגית (g., חריפה לעומת שבץ כרוני). עיצוב המחקר האופטימלי תלוי בשאלת המחקר. לדוגמה, כאשר לימוד הארכיטקטורה הפונקציונלית של המוח האנושי, חולי שבץ חריפה כלולים באופן אידיאלי, מכיוון שארגון מעבר פונקציונלי עדיין לא התרחש בשלב זה, בעוד מטופלים כרוניים שבץ יש לכלול בעת לימוד ה השפעות ארוכות-טווח של שבץ על הכרה. תיאור מפורט של שיקולים ומלכודות בבחירת החולה מסופק במקום אחר⁷.

תמונת מוח לעיבוד מקדים למטרת נגעים-סימפטום מיפוי

פילוח מדויק של נגעים ורישום לתבנית המוח המשותפת הם צעדים מכריעים במיפוי הנגע בסימפטומים. פילוח ידני של נגעים נשאר תקן זהב עבור סוגי נגעים רבים, כולל infarcts⁷. בתנאי הוא הדרכה מפורטת על קריטריונים עבור פילוח סיכונים ידני על סריקות CT, הדמיה משוקלל דיפוזיה (DWI), והתאוששות נוזלים מחליש היפוך (פלייר) רצפי MRI בשלבים אקוטי וכרוני. Infarcts מקוטע (כלומר, מפות הנגע בינארי תלת-ממד) צריך להיות רשום לפני ביצוע כל ניתוח מעבר לנושא מתבצעים. פרוטוקול זה משתמש בשיטת הרישום RegLSM, אשר פותחה בתוך מגוון מתוך הגדרה⁴. RegLSM מחיל אלגוריתמים הרישום ליניארי ולא ליניארי מבוסס על elastix²⁰ עבור שניהם ct ו-MRI, עם צעד נוסף של עיבוד CT שתוכנן במיוחד כדי לשפר את איכות הרישום של סריקות ct²¹. יתר על כן, RegLSM מאפשר להשתמש בתבניות שונות המוח היעד ו (אופציונלי) הרישום ביניים בשלב הספציפי לגיל CT/MRI התבנית²². האפשרות של עיבוד הן CT ו-MRI סריקות ואת ההתאמה האישית שלה בנוגע ביניים תבניות המוח היעד עושה RegLSM מתאים מאוד לעיבוד תמונה כלי עבור LSM. התהליך כולו של הכנת והגדלת סריקות CT/MRI, רישום לתבנית המוח, ותיקונים ידניים (אם נדרש) מתוארים בסעיף הבא.

איור 1: המחשה סכמטית של המושג של voxel מבוססי נגעים מיפוי הסימפטומים. החלק העליון מציג את המוח התמונה מראש עיבוד שלבים המורכב הנגע (סיכונים חריפה במקרה זה) ואחריו רישום לתבנית המוח (MNI-152 תבנית במקרה זה). להלן, חלק ממפת הנגע בינארי רשום של אותו החולה מוצג כרשת תלת-ממד, שבו כל קוביה מייצגת voxel. יחד עם מפות הנגע של 99 חולים אחרים, מפת שכבת-על נגע נוצרת. עבור כל voxel, מבוצעת בדיקה סטטיסטית כדי לקבוע את הקשר בין מצב הנגעים לבין ביצועים קוגניטיביים. מבחן הצ-בריבוע המוצג כאן הוא רק דוגמה, ניתן להשתמש בכל מבחן סטטיסטי. בדרך כלל, מאות אלפי voxels נבדקים ברחבי המוח, ואחריו תיקון עבור השוואות מרובות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.