Functionele magnetische resonantiebeeldvorming (fMRI) van de visuele cortex met retinotopische stimulatie met breedbeeld

Functionele magnetische resonantiebeeldvorming (fMRI) is een waardevolle methode om veranderingen in de regionale neurovasculaire functie in de visuele cortex te beoordelen als reactie op stimuli, aangezien veranderingen in de regionale bloedstroom correleren met de activering van hersengebieden ^1,2. Retinotopische bloedoxygenatieniveau-afhankelijke (BOLD) signaalmetingen met hoge resolutie vertegenwoordigen veranderingen in deoxyhemoglobine, die worden aangedreven door gelokaliseerde veranderingen in de bloedstroom en bloedoxygenatie in de hersenen ^1,2. BOLD-activiteitspatronen verzameld uit fMRI-gegevens kunnen worden gebruikt om de perifere en centrale visuele cortex functioneel in kaart te brengen, en om veranderingen in de retinotopische kaart te detecteren als reactie op visuele beperkingen en^{neurodegeneratie.}

De meeste eerdere fMRI-onderzoeken maakten gebruik van niet-retinotopische stimuli met een beperkt zicht (ongeveer ±12° van het centrale gezichtsveld) of eenvoudige retinotopische stimuli met visuele stimuli met een beperkt gezichtsvermogen, wat zorgde voor een beperkte functionele parcellatie van de retinotopische representatie in de visuele cortex en een beperkte beoordeling van alleen het centrale gezichtsveld, met uitzondering van de periferie³. Bijgevolg hebben fMRI-gegevens met beperkte weergave inconsistente BOLD-procentuele veranderingen gerapporteerd bij glaucoompatiënten ^4,5,6. Er is daarom behoefte aan verbeterde fMRI-benaderingen voor het beoordelen van het perifere en centrale gezichtsveld, met name bij de evaluatie van ziekten zoals glaucoom.

Glaucoom is de belangrijkste oorzaak van onomkeerbare blindheid en treft 10% van de mensen op de leeftijd van 80⁷. Glaucoom wordt veroorzaakt door de progressieve, onomkeerbare neurodegeneratie van retinale ganglioncellen, die verantwoordelijk zijn voor het overbrengen van visuele stimuli naar de hersenen via de oogzenuw. Bij primair openkamerhoekglaucoom (POAG), de meest voorkomende vorm van glaucoom, veroorzaakt verhoogde intraoculaire druk dunner worden van de retinale zenuwvezellaag (RNFL), wat leidt tot verlies van perifeer zicht, gevolgd door perifere en centrale blindheid 8,9,10,11. Histologisch bewijs uit dierstudies suggereert dat glaucoom bovendien resulteert in progressieve neurodegeneratie van de oogzenuw, het oogkanaal, de laterale geniculaire kern, optische straling en visuele cortex^12,13. MRI-technologie biedt een minimaal invasieve methode om zowel de bloedoxygenatie als de neurodegeneratie in de visuele cortex te beoordelen. Bij patiënten met glaucoom heeft MRI aanwijzingen gevonden voor atrofie van grijze stof in het visuele pad 13,14,15,16 en abnormale witte stof in het optische chiasma, het optische kanaal en de optische straling ^1,17,18.

Om de effecten op visuele verwerking verder te onderzoeken, kan fMRI worden gebruikt om de hersenfunctie te detecteren als reactie op visuele signalen. Het protocol hierin beschrijft een nieuwe methode om een goedkope, breedbeeld-retinotopische kaart te verkrijgen met behulp van retinotopische fMRI met hoge resolutie met breedveldstimuli (>100°), zoals beschreven door Zhou et al³. Visuele stimuli van uitzettende ringen en roterende wiggen werden gebruikt om retinotopische mapping van de excentriciteit en polaire hoek voor fMRI op te wekken. BOLD fMRI-procentuele veranderingen werden geanalyseerd als een functie van excentriciteit om de hersenfunctie te evalueren, overeenkomend met zowel centraal als perifeer zicht. De procentuele verandering van BOLD fMRI kan worden gebruikt om activering in de visuele cortex te visualiseren. Deze fMRI-metingen bieden een betrouwbare nieuwe methode om neurodegeneratieve veranderingen en hun functionele effecten op de visuele cortex te evalueren die worden aangetroffen bij oogziekten met gezichtsvelddefecten, zoals glaucoom.