Ek Motor Alanında Fiber Bağlantıları Gözden Geçirildi: Fiber Disseksiyonu Metodolojisi, DTI ve Üç Boyutlu Dokümantasyon
Summary
Bu çalışmanın amacı, insan kadavra beyinleri üzerindeki lif disseksiyon tekniğinin her adımını, bu diseksiyonların 3D dokümantasyonunu ve anatomik olarak parçalanmış fiber yollarının difüzyon tensörü görüntüsünü göstermektir.
Abstract
Bu çalışmanın amacı, kadavra örnekleri ve manyetik rezonans (MR) için bir fiber disseksiyon tekniği kombinasyonu kullanılarak ek motor alanı (SMA) kompleksinin (pre-SMA ve SMA uygun) beyaz cevher bağlantılarının incelenmesine ilişkin metodolojiyi göstermektir. ) Traktografi. Protokol aynı zamanda bir insan beyninin beyaz cevher parçalanması, difüzyon tensörü traktografi görüntüleme ve üç boyutlu dokümantasyon için prosedürü açıklayacak. İnsanın beyinleri üzerindeki lif disseksiyonları ve 3D dokümantasyon, Minnesota Üniversitesi, Mikrocerrahi ve Nöroanatomi Laboratuvarı, Nöroşirürji Bölümü'nde gerçekleştirildi. Beş postmortem insan beyni örneği ve iki kafa Klingler metoduna göre hazırlandı. Beyin hemisferleri, ameliyat mikroskopu altında lateralden mediale ve medialden laterale doğru adım adım disseke edildi ve her aşamada 3D görüntüler yakalandı. Tüm disseksiyon sonuçları difüzyon tensörü ile desteklendigörüntüleme. Bağlanma lifleri (kısa, üstün uzunlamasına fasikül I ve frontal eğik yollar), projeksiyon lifleri (corticospinal, claustrocortical, cingulum ve frontostatal yollar) ve komissural fiberler (callosal fiberler) dahil olmak üzere Meynert'in fiber yolu sınıflamasına göre bağlantılar üzerindeki araştırmalar Da gerçekleştirildi.
Introduction
Brodmann tarafından tanımlanan 14 frontal alan arasında, preintral motor korteksin önünde yer alan premotor ve prefrontal alan, frontal lobun, biliş, davranış, öğrenme ve öğrenmede önemli bir rol oynamasına rağmen uzun süredir sessiz modül olarak düşünülmüştür. Ve konuşma işlemi. Medikal olarak uzanan pre-SMA ve SMA uygun (Brodmann Alanı; BA 6) oluşan ek motor alanı (SMA) kompleksine ek olarak, ön motor / ön modül dorsolateral prefrontal (BA 46, 8, Ve 9), frontopolar (BA 10) ve ventrolateral prefrontal (BA 47) kortekslerin yanı sıra beynin lateral yüzeyindeki orbitofrontal korteksin (BA 11) bir kısmı 1 , 2 .
SMA kompleksi, fonksiyonları ve bağlantıları ile tanımlanan önemli bir anatomik alandır. Bu bölgenin rezeksiyonu ve hasarı, SMA olarak bilinen önemli klinik eksikliklere neden olmaktadırsendromu. SMA sendromu, özellikle SMA kompleksi 3 içeren frontal gliom vakalarında gözlemlenen önemli bir klinik durumdur. SMA kompleksi limbik sistem, bazal gangliyonlar, serebellum, talamus, kontralateral SMA, üstün parietal lob ve fiber kanallar yoluyla frontal lobların kısımları ile bağlantıları vardır. Bu beyaz cevher bağlantılarına hasarın klinik etkisi kortekse göre daha şiddetli olabilir. Bunun nedeni, kortekste hasarın sonuçları, yüksek kortikal plastisite 4 , 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , … nedeniyle zamanla iyileştirilebilir olmasıdır. Bu nedenle, SMA bölgesel anatomisi ve beyaz cevher yolakları boşaltılmalıdırÖzellikle glioma cerrahisinde anlaşılmıştır.
Beyaz cevher yollarının anatomisinin kapsamlı bir şekilde anlaşılması, nörocerrahi lezyonların geniş spektrumlu tedavisi için önemlidir. Mikrocerrahite elde edilen anatomik sonuçların üç boyutlu dokümantasyonu ile ilgili son zamanlarda yapılan çalışmalar, topografik anatomi ve beyin beyaz cevher yolaklarının ilişkisi hakkında daha iyi bir bilgi edinmek için kullanılmıştır 13,14. Bu nedenle, bu çalışmanın amacı kadavra örnekleri ve manyetik rezonans görüntüleme (MRG) traktografisinde fiber disseksiyon teknikleri kullanılarak SMA kompleksinin (pre-SMA ve SMA uygun) beyaz cevher bağlantılarını incelemek ve tüm yöntemleri açıklamaktır Hem tekniklerin ilkeleri hem de ayrıntılı dokümantasyonu.
Araştırmanın Planlanması ve Stratejisi
Deneyleri gerçekleştirmeden önce, bir litreFiber disseksiyonların temel prensipleri, diseksiyon öncesi ve sırasında numunelere uygulanması gereken prosedürler ve diseksiyon ile DTI ile ortaya çıkan SMA bölgeleri arasındaki tüm bağlantılar araştırılmıştır. Pre-SMA ve SMA'ya uygun bölgelerin anatomik lokalizasyonu ve ayrılması ile bağlantılarının topografik anatomisi üzerine önceki çalışmalar gözden geçirildi.
Protocol
Representative Results
Discussion
Beyaz Matter Yolları İçin Önemi ve Çalışma Teknikleri
Serebral korteks 2.5 milyon yıllık insan yaşamıyla ilişkili temel sinirsel yapı olarak kabul edilir. Yaklaşık 20 milyar nöron, morfolojik ve hücresel özelliklere dayalı olarak çeşitli kısımlara ayrılmıştır 40 . Bu kortikal parçaların her birinin mimarisi, algılayıcı motorotor duyu ve hareket, duygusal deneyim ve karmaşık muhakeme gibi işlevsel olarak alt gruplara ayrılmıştır. Pri…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Veriler kısmen, NIH Neuroscience Araştırma İçin Blueprint'i destekleyen 16 NIH Enstitüsü ve Merkezi tarafından finanse edilen Human Connectome Projesi, WU Minn Konsorsiyumu (Baş Araştırmacılar: David Van Essen ve Kamil Ugurbil; 1U54MH091657) tarafından sağlandı; Ve Washington Üniversitesindeki Systems Neuroscience için McDonnell Merkezi tarafından. Şekil 2A ve 2D, Rhoton koleksiyonunun 57 izniyle çoğaltıldı (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).
