Fiberforbindelser av det kompletterende motorområdet revidert: Metodikk for fiberdisseksjon, DTI og tredimensjonal dokumentasjon
Summary
Formålet med denne studien er å vise hvert trinn i fiberdisseksjonsteknikken på humane kadaveriske hjerner, 3D-dokumentasjonen av disse disseksjonene og diffusjonstensorbildningen av de anatomisk dissekerte fiberbanene.
Abstract
Formålet med denne studien er å vise metodikken for undersøkelsen av de hvite materieforbindelsene til SMA-komplekset (før SMA og SMA) ved hjelp av en kombinasjon av fiberdisseksjonsteknikker på kadaveriske prøver og magnetisk resonans (MR ) Traktografi. Protokollen vil også beskrive prosedyren for en hvit materiell disseksjon av en menneskelig hjerne, diffusjon tensor traktografi avbildning og tredimensjonal dokumentasjon. Fiberdiseksjonene på menneskelige hjerner og 3D-dokumentasjonen ble utført ved University of Minnesota, Microsurgery og Neuroanatomy Laboratory, Department of Neurosurgery. Fem postmortem menneskelige hjerneprøver og to hele hoder ble utarbeidet i samsvar med Klinglers metode. Hjernehemisfærene ble dissekert trinnvis fra side til medial og medial til lateral under et operasjonsmikroskop, og 3D-bilder ble fanget i alle stadier. Alle disseksjonsresultater ble støttet av diffusjonstensorbildebehandling. Undersøkelser på forbindelsene i tråd med Meynerts fiberkanalklassifisering, inkludert assosiasjonsfibre (korte, overlegne langsgående fascikulus I og frontale aslantkanaler), projeksjonsfibre (corticospinal-, claustrocortical-, cingulum- og frontostriatale kanaler) og kommissoriske fibre (callosalfibre) ble Også gjennomført.
Introduction
Blant de 14 frontområdene som er avgrenset av Brodmann, er det premotoriske og prefrontale området som ligger foran den precentrale motorcortex lenge betraktet som en stille modul, til tross for at frontalmen spiller en viktig rolle i kognisjon, oppførsel, læring, Og talebehandling. I tillegg til SMA-komplekset, som består av før SMA og SMA-riktig (Brodmann-område, BA 6) som strekker seg medial, inkluderer premotor / frontmodulen den dorsolaterale prefrontal (BA 46, 8, Og 9), frontopolar (BA 10) og ventrolaterale prefrontale (BA 47) cortices, samt en del av den orbitofrontale cortexen (BA 11) på hjernens side 1 , 2 .
SMA-komplekset er et betydelig anatomisk område som er definert av dets funksjoner og dets forbindelser. Reseksjonen og skaden av denne regionen forårsaker signifikante kliniske underskudd kjent som SMAsyndrom. SMA syndromet er en viktig klinisk tilstand som spesielt observeres i frontalgliom-tilfeller som inneholder SMA-komplekset 3 . SMA-komplekset har forbindelser med limbic systemet, basal ganglia, cerebellum, thalamus, kontralateral SMA, overlegne parietal lobe og deler av frontal lobes via fiberkanaler. Den kliniske effekten av skade på disse hvite stoffforbindelsene kan være strengere enn til cortex. Dette skyldes at konsekvensene av skade på cortex kan forbedres over tid på grunn av høy kortikal plasticitet 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 ,. Derfor bør SMAs regionale anatomi og de hvite stoffbanene være dypeDu forstår, spesielt for gliomoperasjon.
En omfattende forståelse av anatomien av hvite materiebaner er viktig for bredspektret behandling av nevrokirurgiske lesjoner. Nylige studier av den tredimensjonale dokumentasjonen av de anatomiske resultatene som ble oppnådd i mikrokirurgi, ble brukt for å få bedre forståelse av topografisk anatomi og sammenhengen mellom hjernehvide saksveier 13 , 14 . Derfor var formålet med denne undersøkelsen å undersøke de hvite materieforbindelsene til SMA-komplekset (før SMA og SMA riktig) ved hjelp av en kombinasjon av fiberdisseksjonsteknikker på cadaveric-prøver og magnetisk resonansbilleddannelse (MRT) og forklare alle metodene Og prinsipper for begge teknikker og deres detaljerte dokumentasjon.
Planlegging og strategi for studier
Før du utfører forsøkene, en literAturesøk på de grunnleggende prinsippene for fiberdiseksjoner, prosedyrene som må påføres prøver før og under disseksjoner, og alle sammenhenger mellom SMA-regioner som har blitt avslørt med disseksjon og DTI, ble utført. De tidligere studiene om anatomisk lokalisering og separasjon av pre-SMA og SMA-riktige regioner og på topografisk anatomi av deres forbindelser ble vurdert.
Protocol
Representative Results
Discussion
Viktigheten av og studieteknikker for de hvite materielle banene
Den cerebrale cortexen er akseptert som en hovednorsk struktur forbundet med 2,5 millioner år med menneskeliv. Omtrent 20 milliarder nevroner har separert seg i ulike deler basert på morfologisk og cellulær spesifikasjon 40 . Arkitekturen til hver av disse kortikale delene har blitt funksjonelt undergruppert, som sensorimotorisk sans og bevegelse, emosjonell erfaring og kompleks resonnement. Det ble best…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dataene ble levert delvis av Human Connectome Project, WU-Minn Consortium (Hovedforskere: David Van Essen og Kamil Ugurbil; 1U54MH091657), finansiert av de 16 NIH-institusjonene og -sentrene som støtter NIH Blueprint for Neuroscience Research; Og av McDonnell Center for Systems Neuroscience ved Washington University. Figur 2A og 2D ble gjengitt med tillatelse fra Rhoton-samlingen 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).
