טרנסלtional מיפוי המוח באוניברסיטת רוצ'סטר המרכז הרפואי: שמירה על המוח דרך מיפוי המוח אישית

איור 2, איור 3, ואיור 4 תוצאות הנציג של מיפוי פונקציונלי ומבני טרום הניתוח עבור שלושה חולים עם גידולים שהיו סמוכים אזורים רהוט של המוח. הממצאים המוצגים באיור 2, איור 3, ואיור 4 נועדו להמחשה (ולא סיכום ממצה) של סוגי המפות המופקים עבור כל מטופל. פרטים על המקרים המוצגים באיור 2, איור 3, ואיור 4 ניתן למצוא ב: איור 2 (צ’רנוף, Teghipco, Garcea, סימס, בלאהר, פול, טיארוס, סמית, היינד, פילכר, הון, בעיתונות51), איור 3 (צ’רנוף, סימס, סמית, פילצ’ר והון, 201952), ואיור 4 (גרמית ואח ‘, 201716). תוצאה חשובה של גיוס ברציפות של חולים glioma לפרוטוקול אחיד הוא שזה עושה אפשרי ברמת הקבוצה מנתח כי להעריך את ההשפעה של גידולים במוח על תפקוד הרשת והארגון. כדוגמה לסוג זה של ניתוחים, איור 5 מציג תוצאות ממחקר האחרונות 14 שנמצאו כי גידולים בקליפת המוח השמאלי מאופנן תגובות עצביות ‘ כלים ‘ (קטן manipulable אובייקטים) באונה הרקתית, מופע של תופעה כללית יותר המכונה דיכוסיס דינמי53. איור 1. מבט כולל על ציוד המשמש לבדיקות קוגניטיביות מבצעיות ופנים-אופרטיביות. (A) למשל ההתקנה עבור גבוהה באמצעות בדיקות נוירופסיכולוגיות קוגניטיבי כפי מיושם על ידי התוכנית עבור מיפוי המוח Translational במחלקה של נוירוכירורגיה באוניברסיטת רוצ’סטר המרכז הרפואי. אלמנטים מרכזיים להבטיח כי כל המטופלים מגויס מסוגלים להשלים את כל הבדיקות המתוכננות כוללים: i) מקום למטופלים לשבת ולהשלים בדיקות כי הוא מתכוונן לחלוטין לגודל של כל מטופל, כולל כיסא שתוכנן במיוחד כדי להפחית עייפות, ו- ii) איתור בדיקות קוגניטיביות/התנהגותיות באופן פיזי בסמוך ל-MRI. רכיבים אלה מאפשרים למטופלים לבקר במתקן ולהשלים את ה-MRI הפונקציונלי והמבני שלהם בתוך אותה הפעלה כמו נתונים התנהגותיים ליבה נמדדים. המשתתפים משלימים יותר את הניסויים עם ביצועים טובים יותר אם הם נוחים, במיוחד לאוכלוסיות משתתפות מבוגרות יותר, שיכולות לגרום לישיבה לתקופות ממושכות לא נוחות. (ב) ציוד ששימש במהלך מיפוי פנימי. התמונה משמאל מראה מטופל לפני שהוא מכוסה (הזכות היא אחרי draping). לפני draping, צוות המדע הקוגניטיבי מגדיר את הציוד שלהם, כולל חליליות אודיו ווידאו של המטופל, צג ממוקם מול קו הראייה של המטופל, והצג השני ממוקם כך האדם עובד עם המטופל יכול בקלות לראות את הגירוי שבו החולה מחפש כעת (ראה “נוהל” לפרטים). (ג) מגירוי דו קוטבי עם כוכב רישום המחובר למיקומים מקליטים של גירוי פנים-אופרטיבית במרחב ה-MRI הקדם-מבצעי. בדרך כלל בשלב הניתוח שבו היתה השכבה הקרה של הדורא והחולה מתעורר מהרדמה כללית, ישנן מספר דקות בהן יש לרשום את הגירוי הדו בשדה. זה חייב להיעשות על ידי חבר צוות שהוא מקורצף למקרה (כלומר, השתתפות או מנתח תושב או טק/אחות שיחים). היא מושגת על ידי הצמדת כוכב רישום קטן לגירוי דו קוטבית ובעקבות ההוראות במערכת ניווט הגולגולת לרשום מכשיר חדש על המגרש. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה. איור 2 . MRI פונקציונלי לפני הניתוח והדמיה זנסור (DTI) בחולה AH עם שמאל הקודקוד הקודקודית השמאלית שחדרו הקושת פסולוס. (A) מקדם ניתוח ה-MRI ושחזור תלת-ממדי של הקושת פאססיאולוס השמאלי ו glioma. הקושת פסיאולוס מוצג בכתום ב-5% סף עם הגידול המשוחזר בכחול. (ב) MRI פונקציונלי לפני הניתוח. המטופל השלים מספר מפגשים של MRI פונקציונלי שנועדו כל אחד למפות פונקציה שציפתה להיות סמוך לאזור של התערבות כירורגית. כל המפות מthresholded ב-רוזוולט. < 05 או יותר טוב בכחול הם voxels המוצגים תגובות עצביות דיפרנציאליות כאשר שמות כלים לעומת בעלי חיים; בקנה אחד עם מחקרים קודמים מהמעבדה שלנו באמצעות אותו גירוי, רשת חזקה מזוהה מעורבים premotor, הקודקודית, ואת האזורים הרקתית הצדדיים לרוחב7,8,9,10, 14,15,17,18,19,20,21,22,28. המטופל גם התבקש לבצע משימה מונה, שבה היה עליו לשפוט אילו מבין שני ענני הנקודות היו יותר נקודות; שני העננים של נקודות יכול להיות מספר דומה של נקודות (השוואה קשה, יחס = 0.8) או מספרים שונים מאוד של נקודות (השוואה קלה, יחס = 0.25). בירוק הם voxels התערוכה תגובות עצביות הדיפרנציאלי בעת ביצוע המשימה על גירויים יחס קשה (יחס = .8) לעומת גירוי קל (יחס = .25 54,55). המטופל גם התבקש להזיז את הידיים והרגליים (או להגמיש/להארכה או לסובב25). באדום הם voxels שהוצגו תגובות עצביות דיפרנציאליות תנועות של יד ימין בהשוואה לתנועות של רגל ימין. לבסוף, המטופל התבקש ליצור פריטים רבים ככל שיוכל לחשוב בתוך 30 שניות מקטגוריות שונות (למשל, “דברים שאתה עושה במטבח”, “בעלי חיים”, מילים המתחילות ב-‘ F ‘, וכו ‘). בסגול הם voxels שהוצגו פעילות עצבית דיפרנציאלית עבור הפקה מילה גלויה לעומת קיבעון/מנוחה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה. איור 3 . לפני הניתוח החומר הלבן tractography של Aslant בדרכי הקדמית וסיבים סמוכים בצורת u. ניסיון מוקדם בתוכנית מיפוי המוח טרנסלבותית (chernoff ואח ‘, 201756) עם מיפוי המוח בחולים עם gliomas סמוך aslant במערכת הקדמית הפגינו כי (אפילו חלקית) רוחבי של מסלול זה יכול להיות משויך בחוסר הקפדה בדיבור ספונטני, בעוד שחזרה על השפה המדוברת יכולה להישאר ללא פגע. הניסיון הקודם שימש כדי ליידע מיפוי טרום הניתוח של הaslant מערכת הקדמית בחולה AI11. (א) פרוסות קוריאליות המציגות את הaslant בדרכי הקדמית (כחול-אור כחול) וסיבים בצורת (אדום-צהוב). הaslant בדרכי הקדמית עובר רק הקדמי והמדיאל glioma. (ב) עיבוד תלת ממדי של aslant בדרכי הקדמית (כחול) וגידול (אדום) מתוך פרספקטיבות מרובות. המחקרים האנטומיים טרום הניתוח (פאנלים A ו-B) הצביעו כי בסוף כריתת הגידול, זה יהיה אפשרי להגדיר את השוליים הקדמי של הגידול באמצעות מיפוי גירוי חשמלי ישיר. כך עיצבנו משימה חדשה המבוססת על הניסיון הקודם שלנו, במיוחד כדי לבדוק אם גירוי של הaslant בדרכי הקדמית שיבש הייצור משפט בגבולות של ביטויים דקדוקיים. (ג) גירוי חשמלי ישיר של מערכת הaslant הקדמית משבש את ייצור המשפט באופן מהותי בגבולות של ביטויים דקדוקיים. צילום המסך (פאנל C, שמאל) מן הווידאו מראה את המטופל, את הגירוי שבו הוא הוצג, היד של המנתח מחזיק את הגירוי דו-קוטבית במגע עם aslant מערכת חזיתית בשוליים הקדמי של הגידול, ואת המיקום ב ילתית ו משונן פרוסות של מיקום הגירוי הנוכחי (נקודה אדומה) ביחס aslant בדרכי הקדמית (כחול). משימתו של המטופל היתה לתאר את היחס המרחבי של צורת היעד ביחס למיקום של צורת התייחסות (למשפט המוצג, התשובה הנכונה תהיה: “הכיכר האדומה נמצאת מתחת ליהלום האדום”). מצאנו כי גירוי של הaslant בדרכי הקדמית שיבש הייצור משפט, ובאופן מהותי כך בתחילת ביטויים דקדוקיים (פאנל C, הגרף בזכות; עבור וידאו של הליך מיפוי הפנים במטופל זה, לראות www.openbrainproject.org). התבוננות זו מעודדת השערה הרומן על התפקיד של הaslant מערכת הקדמית בייצור משפטים: האילוצים Syntagmatic על אלמנטים מיקומיים (היקף) השערה11. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.  איור 4. לפני הניתוח MRI מבניים תפקודית ומיפוי גירוי חשמלי פנימי בתוך מוזיקאי מקצועי עם glioma באונה הטמפורלית הימני האחורי.(קצת) מיפוי fMRI לפני הניתוח של עיבוד חזותי ברמה גבוהה, הפקת שפות וידע כלי. הגידול, צהוב מוצל, היה באונה הרקתית הימנית, גלוי דרך הזמן הימני מעולה sulcus (sulcus מעט מורחב כדי להקל על הדמיה). בגלל הגידול היה ממוקם קרוב לעיבוד אזורי התנועה בקליפת הרקה לרוחב, אנו מותאמים לשפות MT/V5 על ידי השוואת הפעילות העצבית כאשר המטופל השתתפו במערכים של נקודות נעות לפעילות עצבית מעוררת על ידי נקודות נייחים; voxels המציגות תגובות עצביות דיפרנציאליות לתנועה בהשוואה לנקודות סטטיות מותווים על סולם הצבעים הסגול-לבן (אנחנו אסירי תודה Duje Tadin לקבלת סיוע בפיתוח זה מאתר פונקציונלי). באשר לכל המקרים האחרים שנחקרו בתוכנית למיפוי המוח הטרנסלtional (לדוגמה,איור 2,איור 3), voxels המציג תגובות עצביות דיפרנציאליות למתן שמות לתמונות נפוצות מושווה לקו הבסיס של הצפייה בגרסאות מקושקשות של תמונות זהות; הדבר מותווים על קנה המידה של הצבע הירוק-לבן. הניגודיות הזאת זיהתה את מתחם העורף הצדדי, הפיתול השני של האמצע/מעולה, וקליפת המוח המוטורית (הקשורה לפעילות מוטורית של דיבור). כמו גם באיור 2, voxels מציג תגובות עצביות הדיפרנציאליות כאשר שמות ‘ כלים ‘ נמצאו השמאלית הקודקודית הימנית העליונה, העליון הקודקודית/העורף קליפת המוח, ואת האחורי השמאלי באמצע/נחותים הזמני (סולם צבע כחול לבן). לבסוף, ושוב כמו באיור 2, המטופל התבקש להשלים את משימת ההפקה המילולית של המילה. Voxels הקשורים לדור המילה בהשוואה לקו הבסיס מנוחה מותווים על הצבע אדום-לבן בקנה המידה השמאלי הקדמי העליון (האזור של ברוקה), הרקתית העליונה/העליונות הנחותה קליפת, ואת מערכת הדיבור מנוע. (B) המטופל השלים ניסויים מרובים ב-MRI פונקציונלי במיוחד כדי למפות עיבוד מוסיקלי. בניסוי אחד, המודל לאחר עבודה. מוקדמת מהמעבדה של גרג היקוק57, החולה שמע מנגינות פסנתר קצרות והיה צריך לזמזם את המנגינה בחזרה, או לשמוע משפטים קצרים ולחזור על המשפטים בחזרה. מותווים על המוח בסולם צבע אדום-סגול הם voxels שהוצגו פעילות עצבית דיפרנציאלית עבור מוזיקה מאשר לשפה. ארבע בוגרי בית הספר איסטמן למוסיקה השלימו את אותו ניסוי fMRI; הגבול של האזור המזוהה עבור אותו ניגודיות תפקודית בפקדים הבריאים התואמים מותווים בחלוקה לרמות של ירוק. בנוסף, 10 מטופלים אחרים נוירוכירורגיה השלימו את אותו ניסוי, גם בשלב טרום הניתוח של הטיפול שלהם. בעוד המטרה הפרודית ב 10 המטופלים היה לזהות אזורים תגובה לשפה (הניגוד של השפה > מוסיקה), את הניגודיות של המוסיקה > שפה מזהה אזור דומה מאוד של פיתול כישור הזמני הימני העליון (גבולות של פונקציונלי אזור מ 10 שליטה חולים נוירוכירורגיה נמשכים כחול בהיר). (C) Tractography לפני הניתוח על הנתונים dti המציגה את הקרינה האקוסטית הנכון קושת אלומה ביחס הגידול של AE החולה (5% הסף, מצופה בתמונה יליד T2 משוקלל). (D) במהלך הניתוח שלו, החולה AE ביצע את אותה משימה כמו במהלך fMRI שבו היה עליו להאזין למלודיות פסנתר קצרות ולזמזם אותם בחזרה, או משפט קצר ולחזור על זה בחזרה. זה נמצא כי גירוי חשמלי ישיר הימני האחורי מעולה ביצועי הזמן שיבשו בפעילות החזרה כאשר התבצע על מנגינות (עבור כמה ניסויים), אבל לא להשפיע על ביצועים (על כל הניסויים) עבור אותה משימה חזרה בוצע על-פני משפטים (ראה www.openbrainproject.org לקטעי וידאו של מיפוי מוסיקה תוך-אופרטיבית).אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה. איור 5 . הדגמה של קהילות ספציפיות לתחום: ניתוח היחס של מיקום הנגע וגירוי-מעורר פעילות עצבית ברחבי קבוצה של חולים glioma למדו טרום הניתוח בתוכנית עבור המוח Translational. תוצאה חשובה של ניהול קבוצה משותפת של MRI פונקציונלי ולימודים התנהגותיים לכל המטופלים שעוברים את התוכנית למיפוי המוח Translational באוניברסיטת רוצ’סטר המרכז הרפואי הוא הזדמנות לבצע את רמת הקבוצה ניתוחים בקבוצות גדולות יותר של מטופלים שנחקרו ברציפות. לדוגמה, איור 5 מציג את התוצאות של מבחן של השערת המדע הבסיסי כי תגובות עצביות ‘ כלים ‘ באונה הטמפורלית מאופנן באינטרנט על ידי תשומות מקליפת המוח. אם השערה זו נכונה, אז נגעים (גידולים) בקליפת הקודקוד צריך לשנות את התגובות העצביות באונה הטמפורלית כדי ‘ כלים ‘, ושונות על פני חולים בפעילות עצבית כדי ‘ כלים ‘ באונה הטמפורלית צריך להיות מתואם עם נוכחות של נגעים ( גידולים) בקליפת הקודקוד. (א) נגעים הקודקוד קליפת המוח צפויים ברמת הקבוצה (רגרסיה לוגיסטית) מפני שונות על פני חולים בתגובות עצביות הפיתול האמצעי המדילי על המשטח הגחוני של האונה הטמפורלית. (ב) תגובות עצביות כלים בפיתול כישורי המדיאלי צפויים ברמת הקבוצה (רגרסיה לוגיסטית) מפני שונות אם הנגע/הגידול כרוך הקדמי הפנימי sulcus (aips). הממצאים המסוכמים פאנלים A ו-B מייצגים מופע של קהילות דינמיות53, במקרה זה ‘ קהילות דינמיות ‘ ספציפיות לתחום, משום שהקשר של מיקום נגע לפעילות עצבית מאופנן על-ידי סוג הגירוי המעובד ( i.e., היחס נוכח כלים, ולא עבור מקומות, פנים או בעלי חיים)-לפרטים מלאים ראה Garcea ועמיתים14. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.