סיבים חיבורים של אזור המשלים המשולב Revisited: מתודולוגיה של פיזור דיסק, DTI, ו 3 תיעוד מימדי
Summary
מטרת מחקר זה היא להראות כל צעד של הטכניקה לנתיחה סיבים על המוח האנושי cadaveric, תיעוד 3D של ניתוחים אלה, ואת דימות tensor הדמיה של נתיבי סיבים גזור אנטומית.
Abstract
מטרת המחקר הנוכחי היא להראות את המתודולוגיה לבדיקת חיבורי החומר הלבן של מורכבות שטח הרכב המשלי (SMA) (Pre-SMA ו- SMA), תוך שילוב של טכניקות סיבים על סיבים על דגימות קדדריות ותהודה מגנטית (MR ) טרקטוגרפיה. הפרוטוקול יתאר גם את התהליך עבור דיסקציה חומר לבן של המוח האנושי, דיפוזיה tensor tractography הדמיה, תיעוד תלת מימדי. סיבים scections על המוח האנושי ואת תיעוד 3D בוצעו באוניברסיטת מינסוטה, Microsurgery ו Neuroanatomy מעבדה, המחלקה לנוירוכירורגיה. חמישה דגימות מוחיות שלאחר המוות ושני ראשים שלמים הוכנו בהתאם לשיטתו של קלינגלר. המוח חצאי היו גזור צעד אחר צעד מ לרוחב מדיאלי ו המדיאלי ל לרוחב תחת מיקרוסקופ הפעלה, ותמונות 3D נתפסו בכל שלב. כל תוצאות הניתוח נתמכו על ידי טנזור דיפוזיההַדמָיָה. חקירות על החיבורים, בהתאם לסיווג סיבי מינרט, כולל סיבי אסוציאציה (קצר, עליון, אורך עליון), סיבי הקרנה (corticospinal, claustrocortical, cingulum, ו- frontostriatal tracts) וסיבי הקומיסורל (סיבי סיכה) היו גם נערך.
Introduction
בין 14 התחומים הפרונטאליים המתוארים על ידי ברודמן, הפרמוטורה והאזור הפרה-פרונטאלי המונח לפני קליפת המוח הפרה-סנטרית נחשבים זה מכבר כמודול שקט, למרות שהאונה הקדמית משחקת תפקיד חשוב בקוגניציה, התנהגות, ועיבוד דיבור. בנוסף למתחם הרכב המשלים (SMA) המורכב מ- Pre-SMA ו- SMA ראויה (אזור ברודמן, BA 6) המשתרע מדימי, המודול הטרום-מוטורי / חזיתית כולל את הפריפרונטלי dorsolateral (BA 46, 8, ו 9), frontopolar (BA 10), ו ventrolateral Prefrontal (BA 47) הקורטקס, כמו גם חלק קליפת אורביטופרונטלית (BA 11) על פני לרוחב של המוח 1 , 2 .
מתחם ה- SMA הוא אזור אנטומי משמעותי המוגדר על-ידי תפקידיו וקשריו. כריתה ופגיעה של אזור זה גורם ליקויים קליניים משמעותיים המכונה SMAתִסמוֹנֶת. תסמונת ה- SMA היא מצב קליני חשוב שנצפה במיוחד במקרים של גליומה פרונטלית המכילים את מורכבות ה- SMA 3 . המתקן SMA יש קשרים עם המערכת הלימבית, הגרעיני הבסיס, המוח הקטן, התלמוס, SMA הנגדי, האונה הקודקודית מעולה, וחלקים של האונות הקדמיות באמצעות סיבים. ההשפעה הקלינית של הנזק לקשרי החומר הלבן עלולה להיות חמורה יותר מאשר לקליפת המוח. הסיבה לכך היא ההשלכות של פגיעה בקליפת המוח יכול להיות שיפור לאורך זמן עקב פלסטיות קליפת המוח גבוהה 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 ,. לכן, האנטומיה האזורית SMA ואת מסלולי החומר הלבן צריך להיות deeplY הבין, במיוחד עבור ניתוח גליומה.
הבנה מקיפה של האנטומיה של מסלולי החומר הלבן חשובה לטיפול רחב טווח של נגעים נוירוכירורגיים. מחקרים שנערכו לאחרונה על התיעוד התלת-מימדי של התוצאות האנטומיות שהתקבלו במיקרו-כירורגיה שימשו להבנה טובה יותר של האנטומיה הטופוגרפית ושל יחסי הגומלין בין מסלולי חומר לבן במוח 13 , 14 . לפיכך, מטרת מחקר זה הייתה לבחון את הקשר הלבן של תרכובות ה- SMA (Pre-SMA ו- SMA) באמצעות שילוב של טכניקות סיבים על גבי דגימות קדדריות ותהליכי הדמיה מגנטית (MRI) ולסביר את כל השיטות ואת העקרונות של שתי הטכניקות ואת תיעוד מפורט שלהם.
תכנון ואסטרטגיה של מחקר
לפני ביצוע הניסויים, ליטרבשעה חיפוש על העקרונות הבסיסיים של סיבים dissections, נהלים כי יש להחיל על דגימות לפני ובמהלך dissections, ואת כל הקשרים בין אזורי SMA כי נחשפו עם דיסקציה DTI בוצע. מחקרים קודמים על לוקליזציה אנטומית הפרדה של טרום SMA ו SMA- ראוי אזורים ועל האנטומיה הטופוגרפית של הקשרים שלהם נבדקו.
Protocol
Representative Results
Discussion
החשיבות של טכניקות לימוד עבור נתיבי החומר הלבן
קליפת המוח מתקבלת כמבנה עצבי עיקרי הקשור 2.5 מיליון שנים של חיי אדם. כ 20 מיליארד נוירונים יש להפריד לחלקים שונים על פי מפרט מורפולוגי הסלולר 40 . הארכיטקטורה של כל אחד מחלקי ?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
הנתונים נמסרו בחלקם על ידי פרויקט Human Human Connectome, WU-Minn Consortium (חוקרים ראשיים: David Van Essen ו- Kamil Ugurbil, 1U54MH091657), הממומן על ידי 16 המוסדות והמרכזים של NIH התומכים בתכנית NIH עבור מחקר מדעי המוח; ועל ידי מרכז מקדונל עבור מערכות Neuroscience באוניברסיטת וושינגטון. דמויות 2 א ו -2 היו לשכפל עם אישור מאוסף Rhoton 57 (http://rhoton.ineurodb.org/?page=21899).
Materials
| %4 Paraformaldehyde Solution | AFFYMETRIX, Inc. | 2046C208 | used to fixation |
| Freezer | INSIGNA | NS-CZ70WH6 | used to freez |
| Panfield Dissector | AESCULAP | FD305 | used to dissection |
| Surgical Micro Scissor | W. Lorenz | 04-4238 | used to miscrodissection |
| Surgical Micro Hook | V. Mueller | NL3785-009 | used to miscrodissection |
| MICRO VESSEL STRETCHER/DILATOR | W. Lorenz | 04-4324 | used to miscrodissection |
| Emax2 SC 2000 Electric Console | Anspach Companies | SC2102 | used to craniatomy |
| Drill Set | Anspach Companies | NS-CZ70WH6 | used to craniatomy |
| 20-1000 operating microscope | Moeller-Wedel,Germany | FS 4-20 | used to miscrodissection |
| Canon EOS 550D 18 MP CMOS APS-C Digital SLR Camera | Canon Inc. | DS126271 | used to take photos |
| EF 100mm f/2.8L IS USM Macro Lens | Canon Inc. | 4657A006 | used to take photos |
| MR-14EX II Macro Ring Lite (Flash) | Canon Inc. | 9389B002 | used to take photos |
| Tripod | Lino Manfrotto | 322RC2 | used to take photos |
| MAYFIELD Infinity Skull Clamp | Integra Inc. | A0077 | used to fix the head |
| Modified Skrya 3T "Connectome" Scanner | Siemens Company, Inc. | A911IM-MR-15773-P1-4A00 | used to scan DTI |
| XstereO Player | Yury Golubinsky | Version 3.6(22) | used to create anaglyphs |
| EF-S 18-55mm f/3.5-5.6 IS II SLR Lens | Canon Inc. | 2042B002 | used to take photos |
| Scalpel | 6B INVENT | 7-104-L | used to make incision |
| Compact Speed Reducer | Anspach Companies | CSR60 | used to make burr hole |
| 14 mm Cranial Perforator | Anspach Companies | CPERF-14-11-3F | used to make burr hole |
| 2 mm x 15.6 mm Fluted Router | Anspach Companies | A-CRN-M | used to make craniotomy |
| 2.1 mm Pin-shaped Burrs | Anspach Companies | 03.000.130S | used to make craniotomy |
Referências
- Nieuwenhuys, R., Voogd, J., Huijzen, C. V. . The Human Central Nervous System. , 620-649 (2008).
- Catani, M., Acqua, F., Vergani, F., Malik, F., Hodge, H. Short frontal lobe connections of the human brain. Cortex. 48, 273-291 (2012).
- Duffau, H., Capelle, L. Preferential brain locations of low-grade gliomas. Cancer. 100 (12), 2622-2626 (2004).
- Yasargil, M. G., Türe, U., Yasargil, D. C. Impact of temporal lobe surgery. J Neurosurg. 101 (05), 725-738 (2004).
- Türe, U., Yasargil, M. G., Friedman, A. H., Al-Mefty, O. Fiber dissection technique: lateral aspect of the brain. Neurosurgery. 47 (2), 417-427 (2000).
- Burger, P. C., Heinz, E. R., Shibata, T., Kleihues, P. Topographic anatomy and CT correlations in the untreated glioblastoma multiforme. J Neurosurg. 68 (5), 698-704 (1998).
- Duffau, H. New concepts in surgery of WHO grade II gliomas: Functional brain mapping, connectionism and plasticity-a review. J Neurooncol. 79 (1), 77-79 (2006).
- Vergani, F., et al. White matter connections of the supplementary motor area in humans. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 85 (12), 1377-1385 (2014).
- Luppino, G., Matelli, M., Camarda, R., Rizzolatti, G. Corticocortical connections of area F3(SMA-proper) and area F6(pre-SMA)in the macaque monkey. J. Comp.Neurol. 338, 114-140 (1993).
- Akkal, D., Dum, R. P., Strick, P. L. Supplementary motor area and presupplementary motor area: targets of basal ganglia and cerebellar output. J. Neurosci. 27, 10659-10673 (2007).
- Behrens, T. E. Non-invasive mapping of connections between human thalamus and cortex using diffusion imaging. Nat. Neurosci. 6, 750-757 (2003).
- Potgieser, A. R. E., de Jong, B. M., Wagemakers, M., Hoving, E. W., Groen, R. J. M. Insights from the supplementary motor area syndrome in balancing movement initiation and inhibition. Frontiers in Human Neuroscience. 28 (8), 960 (2014).
- Yagmurlu, K., Vlasak, A. L., Rhoton Jr, A. L. Three-Dimensional Topographic Fiber Tract Anatomy of the Cerebrum. Neurosurgery. 2, 274-305 (2015).
- Fernández-Miranda, J. C., Rhoton Jr, ., L, A., Álvarez-Linera, J., Kakizawa, Y., Choi, C., de Oliveira, E. P. Three-dimensional microsurgical and tractographic anatomy of the white matter of the human brain. Neurosurgery. 62 (6 Suppl 3), 989-1026 (2008).
- Couzin, J. Crossing a frontier: Research on the dead. Science. 299 (5603), 29-30 (2003).
- . University of Minnesota. Research Ethics Available from: https://www.ahc.umn.edu/img/assets/26104/Research (2016)
- Ludwig, E., Klingler, J. Der innere Bau des Gehirns dargestellt auf Grund makroskopischer Präparate. The inner structure of the brain demonstrated on the basis of macroscopical preparations. Atlas cerebri humani. , 1-36 (1956).
- Bozkurt, B. The Microsurgical and Tractographic Anatomy of the Supplementary Motor Area Complex in Human. J World Neurosurg. 95, 99-107 (1956).
- Lehericy, S. 3-D diffusion tensor axonal tracking shows distinct SMA and pre-SMA projections to the human striatum. Cereb Cortex. 14, 1302-1309 (2004).
- Duffau, H. Intraoperative mapping of the cortical areas involved in multiplication and subtraction: an electrostimulation study in a patient with a left parietal glioma. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 73 (6), 733-738 (2002).
- Kinoshita, M. Role of fronto-striatal tract and frontal aslant tract in movement and speech: an axonal mapping study. Brain Struct Funct. 220 (6), 3399-3412 (2015).
- Shimizu, S. Anatomic dissection and classic three-dimensional documentation: a unit of education for neurosurgical anatomy revisited. Neurosurgery. 58 (5), E1000 (2006).
- . Connectome Database Available from: https://db.humanconnectome.org (2016)
- Moeller, S. Multiband multislice GE-EPI at 7 tesla, with 16-fold acceleration using partial parallel imaging with application to high spatial and temporal whole-brain fMRI. Magn Reson Med. 63 (5), 1144-1153 (2010).
- Feinberg, D. A. Multiplexed Echo Planar Imaging for sub-second whole brain fMRI and fast diffusion imaging. PLoS One. 5, e15710 (2010).
- Setsompop, K. Blipped-controlled aliasing in parallel imaging for simultaneous multislice echo planar imaging with reduced g-factor penalty. Magn Reson Med. 67 (5), 1210-1224 (2012).
- Xu, J. Highly accelerated whole brain imaging using aligned-blipped-controlled-aliasing multiband EPI. In Proceedings of the 20th Annual Meeting of ISMRM. 20, 2306 (2012).
- Glasser, M. F. The minimal preprocessing pipelines for the Human Connectome Project. Neuroimage. 80, 105-124 (2013).
- Jenkinson, M., Bannister, P. R., Brady, J. M., Smith, S. M. Improved optimization for the robust and accurate linear registration and motion correction of brain images. NeuroImage. 17 (2), 825-841 (2002).
- Andersson, J. L., Skare, S., Ashburner, J. How to correct susceptibility distortions in spin-echo echo-planar images: application to diffusion tensor imaging. NeuroImage. 20 (2), 870-888 (2003).
- Andersson, J., Xu, J., Yacoub, E., Auerbach, E., Moeller, S., Ugurbil, K. A comprehensive Gaussian process framework for correcting distortions and movements in diffusion images. In Proceedings of the 20th Annual Meeting of ISMRM. 20, 2426 (2012).
- Yeh, F. C., Wedeen, V. J., Tseng, W. Y. Generalized q-sampling imaging. IEEE Trans Med Imaging. 29 (9), 1626-1635 (2010).
- Makris, N. Segmentation of subcomponents within the superior longitudinal fascicle in humans: a quantitative, in vivo DT-MRI study. Cereb Cortex. 15 (6), 854-869 (2005).
- Fernández-Miranda, J. C., Rhoton, A. L., Kakizawa, Y., Choi, C., Alvarez-Linera, J. The claustrum and its projection system in the human brain: a microsurgical and tractographic anatomical study. J Neurosurg. 108 (4), 764-774 (2008).
- Maier, M. A., Armand, J., Kirkwood, P. A., Yang, H. W., Davis, J. N., Lemon, R. N. Differences in the corticospinal projection from primary motor cortex and supplementary motor area to macaque upper limb motoneurons:an anatomical and electrophysiological study. Cereb. Cortex. 12, 281-296 (2002).
- Picard, N., Strick, P. L. Imaging the premotor areas. Curr. Opin. Neurobiol. 11, 663-672 (2001).
- Pakkenberg, B., Gundersen, H. J. G. Neocortical neuron number in humans: effect of sex and age. Journal of Comparative Neurology. 384 (2), 312-320 (1997).
- Geschwind, N. Disconnexion syndromes in animals and man. Brain. 88 (3), 237-294 (1965).
- Geschwind, N. Disconnexion syndromes in animals and man. Brain. 88 (3), 585-644 (1965).
- Goldman-Rakic, P. S. Topography of cognition: parallel distributed networks in primate association cortex. Annu Rev Neurosci. 11 (1), 137-156 (1988).
- Mesulam, M. M. From sensation to cognition. Brain. 121 (6), 1013-1052 (1998).
- Mesulam, M. Large-scale neurocognitive networks and distributed processing for attention, language, and memory. Ann Neurol. 28 (5), 597-613 (1990).
- Schmahmann, J. D., Pandya, D. N. . Fiber pathways of the brain. 8, 393-409 (2006).
- Bammer, R., Acar, B., Moseley, M. E. In vivo MR tractography using diffusion imaging. Eur J Radiol. 45 (3), 223-234 (2003).
- Catani, M., Howard, R. J., Pajevic, S., Jones, D. K. Virtual in vivo interactive dissection of white matter fasciculi in the human brain. Neuroimage. 17 (1), 77-94 (2002).
- Lin, C. P., Wedeen, V. J., Chen, J. H., Yao, C., Tseng, W. Y. I. Validation of diffusion spectrum magnetic resonance imaging with manganese-enhanced rat optic tracts and ex vivo phantoms. Neuroimage. 19 (3), 482-495 (2003).
- Bello, L., Acerbi, F., Giussani, C., Baratta, P., Taccone, P., Songa, V. Intraoperative language localization in multilingual patients with gliomas. Neurosurgery. 59 (1), 115-125 (2006).
- Bernstein, M. Subcortical stimulation mapping. J Neurosurg. 100 (3), 365 (2004).
- Ackermann, H., Riecker, A. The contribution(s) of the insula to speech production: a review of the clinical and functional imaging literature. Brain Struct Funct. 214, 419-433 (2010).
- Krainik, A. Role of the healthy hemisphere in recovery after resection of the supplementary motor area. Neurology. 62, 1323-1332 (2004).
- Ford, A., McGregor, K. M., Case, K., Crosson, B., White, K. D. Structural connectivity of Broca’s area and medial frontal cortex. Neuroimage. 52, 1230-1237 (2010).
- Catani, M., Mesulam, M. M., Jakobsen, E., Malik, F., Martersteck, A., Wieneke, C., Thompson, C. K., Thiebaut de Schotten, M., Dell’Acqua, F., Weintraub, S., Rogalski, E. A novel frontal pathway underlies verbal fluency in primary progressive aphasia. Brain. 136, 2619-2628 (2013).
- Rech, F., Herbet, G., Moritz-Gasser, S., Duffau, H. Disruption of bimanual movement by unilateral subcortical electrostimulation. Human Brain Mapping Annual Meeting. 35 (7), 3439-3445 (2014).
