Fiberanslutningar av det kompletterande motorområdet som reviderats: Metod för fiberdissektion, DTI och tredimensionell dokumentation
Summary
Syftet med denna studie är att visa varje steg i fiberdissektionstekniken på mänskliga kadaveriska hjärnor, 3D-dokumentationen av dessa dissektioner och diffusionstensorbildningen av de anatomiskt dissekerade fiberbanorna.
Abstract
Syftet med denna studie är att visa metoden för undersökning av de vita substansanslutningarna i SMA-komplexet (före SMA och SMA) med hjälp av en kombination av fiberdissektionsteknik på kadaveriska prover och magnetisk resonans (MR ) Traktografi. Protokollet kommer också att beskriva förfarandet för en vit materia-dissektion av en mänsklig hjärna, bildning av diffusion tensor-traktografi och tredimensionell dokumentation. Fiberdissektionerna på mänskliga hjärnor och 3D-dokumentationen utfördes vid University of Minnesota, Microsurgery och Neuroanatomy Laboratory, Department of Neurochirurgy. Fem postmortem mänskliga hjärnprover och två hela huvuden bereddes i enlighet med Klinglers metod. Hjärnhalvfrekvenserna dissekerades steg för steg från lateral till medial och medial till lateral under ett operationsmikroskop och 3D-bilder togs i alla steg. Alla dissektionsresultat stöddes av diffusionstensoravbildning. Undersökningar på anslutningarna i linje med Meynerts fiberkanalklassificering, inklusive föreningsfibrer (korta, överlägsna longitudinella fascikulus I och främre aslantkanaler), projiceringsfibrer (corticospinal-, claustrocortical-, cingulum- och frontostriatala kanaler) och kommisionsfibrer (callosalfibrer) var Också genomförd.
Introduction
Bland de 14 främre områdena som beskrivs av Brodmann är det premotorala och prefrontala området som ligger framför precentralmotorbarken länge ansedd som en tyst modul trots att frontalsken spelar en viktig roll i kognition, beteende, lärande, Och talbehandling. Utöver det komplementära motorområdet (SMA) -komplexet, som består av före SMA och SMA (Brodmann Area, BA 6) som sträcker sig medialt, innehåller premotor / frontmodulen den dorsolaterala prefrontalen (BA 46, 8, Och 9), frontopolar (BA 10) och ventrolaterala prefrontala (BA 47) cortices, liksom en del av den orbitofrontala cortexen (BA 11) på hjärnans 1 2 sida .
SMA-komplexet är ett betydande anatomiskt område som definieras av dess funktioner och dess anslutningar. Resektionen och skadan av denna region orsakar signifikanta kliniska underskott som kallas SMAsyndrom. SMA-syndromet är ett viktigt kliniskt tillstånd som särskilt observeras i frontalgliomfall som innehåller SMA-komplexet 3 . SMA-komplexet har kopplingar till det limbiska systemet, basala ganglier, cerebellum, thalamus, kontralaterala SMA, överlägsen parietallobe och delar av frontalloberna via fiberkanaler. Den kliniska effekten av skador på dessa vita substansanslutningar kan vara svårare än för cortex. Detta beror på att konsekvenserna av skador på cortex kan förbättras över tiden på grund av hög kortikal plasticitet 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 ,. Därför bör SMA: s regionala anatomi och de vita vägarna vara djupaDu förstod, särskilt för gliomoperation.
En omfattande förståelse för anatomin av vita materievägar är viktig för den bredspektrumsbehandling av neurokirurgiska lesioner. Nya studier av den tredimensionella dokumentationen av de anatomiska resultaten som erhölls inom mikrokirurgi användes för att få en bättre förståelse av topografisk anatomi och förhållandet mellan hjärnvitt materievägar 13 , 14 . Därför var syftet med denna studie att undersöka de vita substansanslutningarna av SMA-komplexet (före SMA och SMA) genom att använda en kombination av fiberdissektionstekniker på cadaveric-prover och magnetisk resonansbildnings (MRT) traktografi och förklara alla metoder Och principer för båda teknikerna och deras detaljerade dokumentation.
Planering och strategi för studier
Före utförandet av experimenten, en literAturesökning på grundprinciperna för fiberdissektioner, de procedurer som måste tillämpas på prover före och under dissektioner och alla samband mellan SMA-regioner som har uppdagats med dissektion och DTI genomfördes. De tidigare studierna om den anatomiska lokaliseringen och separationen av pre-SMA och SMA-riktiga regioner och på topografiska anatomin hos deras anslutningar granskades.
Protocol
Representative Results
Discussion
Betydelsen av och studieteknik för de vita frågorna
Hjärnbarken accepteras som en huvudsaklig neural struktur i samband med 2,5 miljoner år av människoliv. Cirka 20 miljarder neuroner har separerats i olika delar baserat på morfologisk och cellulär specifikation 40 . Arkitekturen hos var och en av dessa kortikala delar har varit funktionellt undergrupperad, såsom sensorimotorisk känsla och rörelse, känslomässig erfarenhet och komplex resonemang. Det var best?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Uppgifterna lämnades delvis av Human Connectome Project, WU-Minn Consortium (Huvudforskare: David Van Essen och Kamil Ugurbil; 1U54MH091657), finansierad av de 16 NIH-instituten och -centra som stöder NIH Blueprint for Neuroscience Research; Och av McDonnell Center for Systems Neuroscience vid Washington University. Figurerna 2A och 2D reproducerades med tillstånd från 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).
