Vi har utviklet teknikker for å kartlegge den visuelle cortex-funksjonen ved å utnytte mer av synsfeltet enn det som vanligvis brukes. Denne tilnærmingen har potensial til å forbedre evalueringen av synsforstyrrelser og øyesykdommer.
Høyoppløselig retinotopisk oksygeneringsnivåavhengig (BOLD) funksjonell magnetisk resonansavbildning (fMRI) med bred visning kan brukes til å funksjonelt kartlegge perifer og sentral visuell cortex. Denne metoden for å måle funksjonelle endringer i den visuelle hjernen muliggjør funksjonell kartlegging av occipital lobe, stimulerende >100° (±50°) eller mer av synsfeltet, sammenlignet med standard fMRI visuelle presentasjonsoppsett som vanligvis dekker <30° av synsfeltet. Et enkelt visningsstimuleringssystem for BOLD fMRI kan settes opp ved hjelp av vanlige MR-kompatible projektorer ved å plassere et stort speil eller en skjerm nær motivets ansikt og bare bruke den bakre halvdelen av en standard hodespole for å gi en bred synsvinkel uten å hindre sikten. Det brede retinotopiske fMRI-kartet kan deretter avbildes ved hjelp av forskjellige retinotopiske stimuleringsparadigmer, og dataene kan analyseres for å bestemme den funksjonelle aktiviteten til visuelle kortikale regioner som svarer til sentral og perifert syn. Denne metoden gir et praktisk, lett å implementere visuelt presentasjonssystem som kan brukes til å evaluere endringer i perifer og sentral visuell cortex på grunn av øyesykdommer som glaukom og synstap som kan følge med dem.
Funksjonell magnetisk resonansavbildning (fMRI) er en verdifull metode for å vurdere endringer i regional nevrovaskulær funksjon i den visuelle cortex som respons på stimuli, da endringer i regional blodstrøm korrelerer med aktivering av hjernegrupper 1,2. Høyoppløselige retinotopiske blodoksygeneringsnivåavhengige (BOLD) signalmålinger representerer endringer i deoksyhemoglobin, som drives av lokaliserte endringer i blodstrøm og oksygenering av blodi hjernen 1,2. BOLD aktivitetsmønstre samlet fra fMRI-data kan brukes til å funksjonelt kartlegge perifer og sentral visuell cortex, samt oppdage endringer i retinotopkartet som respons på synshemming og nevrodegenerasjon3.
De fleste tidligere fMRI-studier benyttet smalsyn (ca. ±12° av det sentrale synsfeltet) ikke-retinotopiske stimuli eller enkle retinotopiske stimuli med smalsynte stimuli, som ga begrenset funksjonell parcellasjon av retinotopisk representasjon i synsbarken og begrenset vurdering til kun det sentrale synsfeltet, unntatt periferien3. Følgelig har fMRI-data med smal visning rapportert inkonsekvente BOLD-prosentendringer hos DrDeramus-pasienter 4,5,6. Det er derfor behov for forbedrede fMRI-tilnærminger for å vurdere det perifere og sentrale synsfeltet, spesielt i evalueringen av sykdommer som glaukom.
Glaukom er den viktigste årsaken til irreversibel blindhet, som påvirker 10% av mennesker i en alder av 807. Glaukom er forårsaket av den progressive, irreversible nevrodegenerasjonen av retinale ganglionceller, som er ansvarlige for overføring av visuelle stimuli til hjernen gjennom optisk nerve. I primær åpenvinklet glaukom (POAG), den vanligste formen for glaukom, forårsaker økt intraokulært trykk tynning av retinal nervefiberlaget (RNFL), noe som fører til tap av perifert syn etterfulgt av perifer og sentral blindess 8,9,10,11. Histologiske bevis fra dyreforsøk tyder på at DrDeramus i tillegg resulterer i progressiv nevrodegenerasjon av synsnerven, optisk kanal, lateral genikulær kjerne, optisk stråling og visuell cortex12,13. MR-teknologi tilbyr en minimalt invasiv metode for å vurdere både oksygenering av blod og nevrodegenerasjon i den visuelle cortex. Hos pasienter med glaukom har MR funnet holdepunkter for gråstoffatrofi i synsveien 13,14,15,16 og unormal hvit substans i synschiasme, optisk kanal og optisk stråling 1,17,18.
For ytterligere å utforske effektene på visuell behandling, kan fMRI brukes til å oppdage hjernefunksjon som svar på visuelle signaler. Protokollen her beskriver en ny metode for å oppnå et billig, bredt sett retinotopisk kart ved bruk av høyoppløselig retinotopi fMRI med bredfeltstimuli (>100°), som beskrevet av Zhou et al3. Visuelle stimuli av ekspanderende ringer og roterende kiler ble brukt for å fremkalle retinotopisk kartlegging av eksentrisitet og polarvinkel for fMRI. BOLD fMRI-prosentendringer ble analysert som en funksjon av eksentrisitet for å evaluere hjernefunksjonen, tilsvarende både sentralt og perifert syn. BOLD fMRI-prosentendringen kan brukes til å visualisere aktivering gjennom hele den visuelle cortex. Disse fMRI-tiltakene gir en pålitelig ny metode for å evaluere neurodegenerative endringer og deres funksjonelle effekter på den visuelle cortex funnet i øyesykdommer som involverer synsfeltdefekter, som DrDeramus.
Ovennevnte protokoll for bruk av bredsyn retinotopisk fMRI er en innovativ metode for å evaluere effekten av synstap og øyesykdommer på hjernen. Gjennom bredfelts retinotopisk kartlegging av den visuelle cortex ved bruk av en bredere skjerm, gir denne tilnærmingen en mer omfattende forståelse av det visuelle systemets funksjonelle organisasjon. Dette kan føre til en bedre forståelse av abnormiteter i hjernens visuelle prosesseringssystem, som oppstår i nevrodegenerasjon, som i DrDeramus <s…
The authors have nothing to disclose.
Dette arbeidet ble støttet av National Institutes of Health [R01EY030996].
1/4"-20 nylon machine screws, knurled head thumb screw | to attach rod to PVC frame | ||
1-1/4 inch PVC pipe | length of ~5-10 ft is needed | ||
3T MRI scanner | Siemens | ||
6-32 nylon machine screws, rounded head | to attach mirror/screen to rod | ||
8-channel head array coil | Siemens | ||
90 degree PVC elbow, 1-1/4 inch fitting | |||
Acrylic mirror | Width and length of 25-30cm | ||
Acrylic rod | 1 inch width, ~ 2 ft long depening on size of scanner bore and head coil | ||
E-Prime | Psychology Software Tools | to prepare and present visual stimuli paradigms | |
Plywood sheet, 1/2 inch thick | Size should be at least as large as the scanner bore. Cut as bore-sized frame for the projection screen | ||
Rear projection screen | Size should be at least as large as the scanner bore |