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Neurociência

पूरक मोटर क्षेत्र की फाइबर कनेक्शन पर दोबारा गौर किया गया: फाइबर विच्छेदन, डीटीआई, और तीन आयामी दस्तावेजों का कार्यप्रणाली

Published: May 23, 2017
doi:
10.3791/55681
, , , , , , , ,
1Department of Neurosurgery,University of Minnesota, 2Department of Neurosurgery,Barrow Neurological Institute, St. Josephs Hospital and Medical Center, 3Department of Radiology,University of Alabama at Birmingham, 4Department of Radiology,University of Minnesota, 5Department of Neurosurgery,Tepecik Training and Research Hospital, 6Department of Neurosurgery,Cerrahpasa Medical School, University of Istanbul

Summary

इस अध्ययन का उद्देश्य मानव शवस्तिष्क संबंधी दिमाग पर फाइबर विच्छेदन तकनीक के प्रत्येक चरण को दिखाने, इन विच्छेदनों के 3 डी प्रलेखन, और शारीरिक विच्छेदित फाइबर मार्गों के फैलाने वाले टेंसर इमेजिंग है।

Abstract

इस अध्ययन का उद्देश्य शवविक्रय नमूनों और चुंबकीय अनुनाद पर फाइबर विच्छेदन तकनीकों के संयोजन का उपयोग करते हुए अनुपूरक मोटर क्षेत्र (एसएमए) जटिल (पूर्व- एसएमए और एसएमए उचित) के सफेद पदार्थ कनेक्शन की जांच के लिए कार्यप्रणाली को दिखाने के लिए है (एमआर ) ट्रैक्टोग्राफी प्रोटोकॉल एक मानव मस्तिष्क के एक सफेद पदार्थ विच्छेदन के लिए प्रक्रिया का भी वर्णन करेगा, प्रसार tensor tractography इमेजिंग, और तीन आयामी प्रलेखन। मानव मस्तिष्क और 3 डी प्रलेखन पर फाइबर डिस्पेक्शन, न्यूरोसर्जरी विभाग के मिनेसोटा विश्वविद्यालय, माइक्रोस्कोरी और न्यूरोनेटोमी प्रयोगशाला में किया गया था। पांच पोस्टमार्टम मानव मस्तिष्क नमूने और दो पूरे सिर Klingler की विधि के अनुसार तैयार किए गए थे। मस्तिष्क गोलार्द्धों को पार्श्व से कदम से कदम से एक औसत दर्जे से और औसत दर्जे से एक ऑपरेटिंग माइक्रोस्कोप के तहत विच्छेदित किया गया था, और 3 डी छवियों को प्रत्येक स्तर पर कब्जा कर लिया गया था। सभी विच्छेदन के परिणाम प्रसार tensor द्वारा समर्थित थेइमेजिंग। मेनेर्ट के फाइबर ट्रैक्ट वर्गीकरण के साथ संयोजन में जांच, संघीय फाइबर (लघु, श्रेष्ठ अनुदैर्ध्य फासीक्यूलस I और ललाट के एस्लैंट ट्रैक्ट्स), प्रक्षेपण फाइबर (कॉर्टिकोस्फ़ोनल, क्लैस्ट्रोकॉर्टिक, सिंगुलम, और फ्रंटोस्ट्रियल ट्रेक्ट्स), और कम्युलर फाइबर (कॉलोसल फाइबर) शामिल थे भी आयोजित

Introduction

ब्रॉडमेन द्वारा चित्रित 14 सामने वाले इलाकों में प्रीएन्ट्रल मोटर कॉर्टेक्स के सामने स्थित प्रीमोटर और प्रिफ्रैनल क्षेत्र को लंबे समय से एक मूक मॉड्यूल माना जाता है, इस तथ्य के बावजूद कि ललाट पालि, अनुभूति, व्यवहार, सीखने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है, और भाषण प्रसंस्करण प्री-एसएमए और एसएमए उचित (ब्रोडमैन एरिया; बीए 6) से मिलकर अनुपूरक मोटर क्षेत्र (एसएमए) कॉम्प्लेक्स के अलावा, जो कि मध्य-पूर्व में फैली हुई है, प्री-मोटर / फ्रंटल मॉड्यूल में दर्सोलिलेटल प्रीफ्रंटल (बीए 46, 8, और 9), फ्रंटोपावर (बीए 10), और वायुमंडलीय प्रीफ्रंटल (बीए 47) कॉर्टिस, साथ ही मस्तिष्क 1 , 2 की पार्श्व सतह पर ऑर्बिट्रोफ्रॉन्टल कॉर्टेक्स (बीए 11) के भाग के रूप में।

एसएमए कॉम्प्लेक्स एक महत्वपूर्ण शारीरिक क्षेत्र है जो अपने कार्यों और उसके कनेक्शन द्वारा परिभाषित किया गया है। इस क्षेत्र के लसीकरण और क्षति एसएमए के रूप में जाने जाने वाले महत्वपूर्ण नैदानिक ​​घाटे का कारण बनती हैंसिंड्रोम। एसएमए सिंड्रोम एक महत्वपूर्ण नैदानिक ​​अवस्था है जो विशेष रूप से सामने वाले ग्लिओमा मामलों में मनाया जाता है जिसमें एसएमए जटिल 3 होते हैं एसएमए कॉम्प्लेक्स में लिम्बिक सिस्टम, बेसल गैन्ग्लिया, सेरेबेलम, थैलेमस, कॉन्ट्रालेटल एसएमए, बेहतर पार्श्विका लोब और फाइबर ट्रैक्ट्स के माध्यम से ललाट के लोब के कुछ हिस्से हैं। इन सफेद पदार्थों के कनेक्शन को नुकसान के नैदानिक ​​प्रभाव कोर्टेक्स से ज्यादा गंभीर हो सकता है। इसका कारण यह है कि कोर्टेक्स की चोटों के परिणाम समय के साथ उच्च वर्गीकृत प्लास्टिक 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 के कारण बेहतर हो सकते हैं । इसलिए, एसएमए क्षेत्रीय शरीर विज्ञान और श्वेत मामलों के मार्गों को डीपल होना चाहिएY समझा जाता है, विशेष रूप से ग्लियोमा सर्जरी के लिए।

न्यूरोसर्जिकल घावों के व्यापक-स्पेक्ट्रम उपचार के लिए सफेद पदार्थों के शरीर विज्ञान के बारे में एक व्यापक समझ महत्वपूर्ण है। माइक्रोस्कोररी में प्राप्त किए गए रचनात्मक परिणामों के त्रि-आयामी दस्तावेजों के हाल के अध्ययनों का उपयोग स्थलाकृतिक शारीरिक रचना और मस्तिष्क के श्वेत मामलों के पथ 13 , 14 के अंतर्संबंध की बेहतर समझ प्राप्त करने के लिए किया गया था। इसलिए, इस अध्ययन का उद्देश्य शवविक्रय नमूनों और चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) ट्रैक्टोग्राफी पर फाइबर विच्छेदन तकनीकों के संयोजन का उपयोग करके एसएमए जटिल (पूर्व- एसएमए और एसएमए उचित) के श्वेत मामलों के कनेक्शन की जांच करना था और सभी तरीकों की व्याख्या करना था और दोनों तकनीकों के सिद्धांत और उनके विस्तृत दस्तावेज।

योजना की योजना और रणनीति

प्रयोग करने से पहले, एक लीटरफाइबर विच्छेदन के बुनियादी सिद्धांतों पर शोध करना, विच्छेदन से पहले और समय के दौरान नमूनों पर लागू होने वाली प्रक्रियाएं, और एसएमए क्षेत्रों के बीच सभी कनेक्शन जो विच्छेदन के साथ प्रकट हुए हैं और डीटीआई का आयोजन किया गया था। पूर्व-एसएमए और एसएमए-उचित क्षेत्रों के संरचनात्मक स्थानीयकरण और पृथक्करण पर और उनके संबंधों के स्थलाकृतिक शरीर रचना पर पिछले अध्ययनों की समीक्षा की गई।

Protocol

मृतक यहां जनसंख्या के रूप में शामिल हैं, हालांकि मृतक व्यक्ति तकनीकी रूप से मानव विषयों नहीं हैं; मानव विषयों 45 सीएफ 46 के रूप में परिभाषित कर रहे हैं "जीवित मनुष्य 15 , 16। " <p class="jove_titl…

Representative Results

एसएमए परिसर श्रेष्ठ ललाट गिरस के पीछे के हिस्से में स्थित है। एसएमए कॉम्प्लेक्स की सीमाएं बाद में सबसे पहले सल्लकस होती हैं, उच्च ललाट सल्स्कस अवर-पार्श्व, और किंगुलेट सल्क्से अवर-मध्यम-र?…

Discussion

व्हाइट मेटर पाथवेज़ के महत्व और अध्ययन तकनीकें

सेरिब्रल कॉर्टेक्स को मानव जीवन के 25 लाख वर्षों से जुड़े एक प्रमुख तंत्रिका संरचना के रूप में स्वीकार किया गया है। लगभग 20 बिलियन न्यूरॉन्स रूप?…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

डेटा का हिस्सा मानव कनेक्टिएम प्रोजेक्ट, डब्ल्यूयू-मिनन कंसोर्टियम (प्रिंसिपल इनवेस्टीगेटर्स: डेविड वान एसेन और कमिल उगर्बिल; 1 यू 54 एम एच 0 9 657) द्वारा प्रदान किया गया था, जो 16 एनआईएच संस्थानों और केंद्रों द्वारा वित्त पोषित है जो न्यूरोसाइंस रिसर्च के लिए एनआईएच ब्ल्यूप्रिंट का समर्थन करते हैं; और वाशिंगटन विश्वविद्यालय में मैकडोनेल सेंटर फॉर सिस्टम्स न्यूरोसाइंस द्वारा आंकड़े 2 ए और 2 डी को Rhoton संग्रह 57 (http://rhoton.ineurodb.org/?page=21899) से अनुमति के साथ पुन: प्रस्तुत किया गया था।

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
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Referências

  1. Nieuwenhuys, R., Voogd, J., Huijzen, C. V. . The Human Central Nervous System. , 620-649 (2008).
  2. Catani, M., Acqua, F., Vergani, F., Malik, F., Hodge, H. Short frontal lobe connections of the human brain. Cortex. 48, 273-291 (2012).
  3. Duffau, H., Capelle, L. Preferential brain locations of low-grade gliomas. Cancer. 100 (12), 2622-2626 (2004).
  4. Yasargil, M. G., Türe, U., Yasargil, D. C. Impact of temporal lobe surgery. J Neurosurg. 101 (05), 725-738 (2004).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. Vergani, F., et al. White matter connections of the supplementary motor area in humans. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 85 (12), 1377-1385 (2014).
  9. 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).
  10. 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).
  11. Behrens, T. E. Non-invasive mapping of connections between human thalamus and cortex using diffusion imaging. Nat. Neurosci. 6, 750-757 (2003).
  12. 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).
  13. Yagmurlu, K., Vlasak, A. L., Rhoton Jr, A. L. Three-Dimensional Topographic Fiber Tract Anatomy of the Cerebrum. Neurosurgery. 2, 274-305 (2015).
  14. 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).
  15. Couzin, J. Crossing a frontier: Research on the dead. Science. 299 (5603), 29-30 (2003).
  16. . University of Minnesota. Research Ethics Available from: https://www.ahc.umn.edu/img/assets/26104/Research (2016)
  17. 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).
  18. Bozkurt, B. The Microsurgical and Tractographic Anatomy of the Supplementary Motor Area Complex in Human. J World Neurosurg. 95, 99-107 (1956).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. Shimizu, S. Anatomic dissection and classic three-dimensional documentation: a unit of education for neurosurgical anatomy revisited. Neurosurgery. 58 (5), E1000 (2006).
  23. . Connectome Database Available from: https://db.humanconnectome.org (2016)
  24. 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).
  25. Feinberg, D. A. Multiplexed Echo Planar Imaging for sub-second whole brain fMRI and fast diffusion imaging. PLoS One. 5, e15710 (2010).
  26. 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).
  27. 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).
  28. Glasser, M. F. The minimal preprocessing pipelines for the Human Connectome Project. Neuroimage. 80, 105-124 (2013).
  29. 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).
  30. 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).
  31. 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).
  32. Yeh, F. C., Wedeen, V. J., Tseng, W. Y. Generalized q-sampling imaging. IEEE Trans Med Imaging. 29 (9), 1626-1635 (2010).
  33. 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).
  34. 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).
  35. 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).
  36. Picard, N., Strick, P. L. Imaging the premotor areas. Curr. Opin. Neurobiol. 11, 663-672 (2001).
  37. 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).
  38. Geschwind, N. Disconnexion syndromes in animals and man. Brain. 88 (3), 237-294 (1965).
  39. Geschwind, N. Disconnexion syndromes in animals and man. Brain. 88 (3), 585-644 (1965).
  40. Goldman-Rakic, P. S. Topography of cognition: parallel distributed networks in primate association cortex. Annu Rev Neurosci. 11 (1), 137-156 (1988).
  41. Mesulam, M. M. From sensation to cognition. Brain. 121 (6), 1013-1052 (1998).
  42. Mesulam, M. Large-scale neurocognitive networks and distributed processing for attention, language, and memory. Ann Neurol. 28 (5), 597-613 (1990).
  43. Schmahmann, J. D., Pandya, D. N. . Fiber pathways of the brain. 8, 393-409 (2006).
  44. Bammer, R., Acar, B., Moseley, M. E. In vivo MR tractography using diffusion imaging. Eur J Radiol. 45 (3), 223-234 (2003).
  45. 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).
  46. 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).
  47. 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).
  48. Bernstein, M. Subcortical stimulation mapping. J Neurosurg. 100 (3), 365 (2004).
  49. 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).
  50. Krainik, A. Role of the healthy hemisphere in recovery after resection of the supplementary motor area. Neurology. 62, 1323-1332 (2004).
  51. 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).
  52. 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).
  53. 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).

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Bozkurt, B., Yagmurlu, K., Middlebrooks, E. H., Cayci, Z., Cevik, O. M., Karadag, A., Moen, S., Tanriover, N., Grande, A. W. Fiber Connections of the Supplementary Motor Area Revisited: Methodology of Fiber Dissection, DTI, and Three Dimensional Documentation. J. Vis. Exp. (123), e55681, doi:10.3791/55681 (2017).
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