Summary

Ressonância Magnética Funcional (RMf) do Córtex Visual com Estimulação Retinotópica Ampla

Published: December 08, 2023
doi:

Summary

Desenvolvemos técnicas para mapear a função do córtex visual utilizando mais do campo visual do que é comumente usado. Esta abordagem tem o potencial de melhorar a avaliação de distúrbios da visão e doenças oculares.

Abstract

A ressonância magnética funcional (RMf) de alta resolução retinotópica dependente do nível de oxigenação sanguínea (BOLD) com uma apresentação ampla pode ser usada para mapear funcionalmente o córtex visual periférico e central. Este método para medir as mudanças funcionais do cérebro visual permite o mapeamento funcional do lobo occipital, estimulando >100° (±50°) ou mais do campo visual, em comparação com as configurações de apresentação visual padrão de RMf que geralmente cobrem <30° do campo visual. Um sistema simples de estimulação de visão ampla para RMf BOLD pode ser configurado usando projetores comuns compatíveis com RM, colocando um grande espelho ou tela perto da face do sujeito e usando apenas a metade posterior de uma bobina de cabeça padrão para fornecer um amplo ângulo de visão sem obstruir sua visão. O mapa de RMf retinotópica de visão ampla pode então ser obtido usando vários paradigmas de estimulação retinotópica, e os dados podem ser analisados para determinar a atividade funcional das regiões corticais visuais correspondentes à visão central e periférica. Este método fornece um sistema de apresentação visual prático e de fácil implementação que pode ser usado para avaliar alterações no córtex visual periférico e central devido a doenças oculares como o glaucoma e a perda de visão que pode acompanhá-los.

Introduction

A ressonância magnética funcional (RMf) é um método valioso para avaliar alterações na função neurovascular regional dentro do córtex visual em resposta a estímulos, uma vez que alterações no fluxo sanguíneo regional correlacionam-se com a ativação de regiões cerebrais 1,2. As medidas de sinal retinotópico dependente do nível de oxigenação sanguínea de alta resolução (BOLD) representam alterações na desoxihemoglobina, que são impulsionadas por alterações localizadas no fluxo sanguíneo e na oxigenação sanguínea dentro do cérebro 1,2. Os padrões de atividade BOLD coletados a partir de dados de RMf podem ser usados para mapear funcionalmente o córtex visual periférico e central, bem como detectar alterações no mapa retinotópico em resposta à deficiência visual eneurodegeneração3.

A maioria dos estudos prévios de RMf utilizou estímulos não retinotópicos de visão estreita (em torno de ±12° do campo visual central) ou estímulos retinotópicos simples com estímulos visuais de visão estreita, o que proporcionou parcelamento funcional limitado da representação retinotópica no córtex visual e avaliação limitada apenas ao campo visual central, excluindo a periferia3. Consequentemente, dados de RMf com visão restrita relataram alterações percentuais BOLD inconsistentes em pacientes com glaucoma 4,5,6. Há, portanto, necessidade de melhores abordagens de RMf para avaliar o campo visual periférico e central, particularmente na avaliação de doenças como o glaucoma.

O glaucoma é a principal causa de cegueira irreversível, acometendo 10% das pessoas até os 80 anos deidade 7. O glaucoma é causado pela neurodegeneração progressiva e irreversível das células ganglionares da retina, responsáveis pela transmissão de estímulos visuais ao cérebro através do nervo óptico. No glaucoma primário de ângulo aberto (GPAA), a forma mais comum de glaucoma, o aumento da pressão intraocular causa adelgaçamento da camada de fibras nervosas da retina (CFNR), levando à perda da visão periférica seguida de cegueira periférica e central 8,9,10,11. Evidências histológicas de estudos em animais sugerem que o glaucoma também resulta em neurodegeneração progressiva do nervo óptico, trato óptico, núcleo geniculado lateral, radiação óptica e córtex visual12,13. A tecnologia de ressonância magnética oferece um método minimamente invasivo de avaliar a oxigenação sanguínea e a neurodegeneração no córtex visual. Em pacientes com glaucoma, a RM encontrou evidências de atrofia da substância cinzenta na via visual 13,14,15,16 e substância branca anormal no quiasma óptico, trato óptico e radiação óptica 1,17,18.

Para explorar ainda mais os efeitos no processamento visual, a RMf pode ser usada para detectar a função cerebral em resposta a pistas visuais. O presente protocolo descreve um novo método para a obtenção de um mapa retinotópico de baixo custo e amplo visor usando RMf de retinotopia de alta resolução com estímulos de campo largo (>100°), como descrito por Zhou ecols.3. Estímulos visuais de anéis expansores e cunhas rotatórias foram utilizados para eliciar o mapeamento retinotópico da excentricidade e ângulo polar para RMf. As alterações percentuais da RMf BOLD foram analisadas em função da excentricidade para avaliar a função cerebral, correspondendo à visão central e periférica. A alteração percentual da RMf BOLD pode ser usada para visualizar a ativação em todo o córtex visual. Essas medidas de RMf fornecem um novo método confiável para avaliar alterações neurodegenerativas e seus efeitos funcionais no córtex visual encontrados em doenças oculares que envolvem defeitos de campo visual, como o glaucoma.

Protocol

A pesquisa com participantes humanos foi realizada em conformidade com as diretrizes institucionais do Centro de Ciências da Saúde da Universidade do Texas e da Universidade Stony Brook, com consentimento informado obtido dos participantes para esses estudos e uso de seus dados. 1. Configuração do scanner de RM e protocolos de imagem Para fMRI, use um scanner de ressonância magnética 3T com bobinas de cabeça de receptor multicanal. Diferentes intensidades de c…

Representative Results

Nove participantes com diagnóstico de GPAA (quatro homens, 36-74 anos) e nove voluntários saudáveis pareados por idade (seis homens, 53-65) foram avaliados usando o protocolo de RMf de visão ampla acima mencionado, conforme descrito anteriormente por Zhou ecols.3. O GPAA foi confirmado clinicamente em pacientes com ângulo aberto pela avaliação da apresentação de defeitos de campo visual compatíveis com glaucoma, escavação do disco óptico e/ou pressão intraocular (PIO) maior que 21 mm…

Discussion

O protocolo acima para utilização de RMf retinotópica de visão ampla é um método inovador para avaliar os efeitos da perda de visão e doenças oculares no cérebro. Através do mapeamento retinotópico de campo amplo do córtex visual com o uso de uma tela de visão mais ampla, essa abordagem permite uma compreensão mais abrangente da organização funcional do sistema visual. Isso poderia levar a uma melhor compreensão das anormalidades no sistema de processamento visual do cérebro, que ocorrem na neurodegener…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabalho foi apoiado pelo National Institutes of Health [R01EY030996].

Materials

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

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Galenchik-Chan, A., Chernoff, D., Zhou, W., Duong, T. Q., Muir, E. R. Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) of the Visual Cortex with Wide-View Retinotopic Stimulation. J. Vis. Exp. (202), e65597, doi:10.3791/65597 (2023).

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