具有宽视网膜刺激的视觉皮层功能性磁共振成像 （fMRI）

摘要

我们已经开发了利用比常用更多的视野来绘制视觉皮层功能的技术。这种方法有可能加强对视力障碍和眼部疾病的评估。

摘要

具有宽视角表现的高分辨率视网膜血氧水平依赖性 （BOLD） 功能性磁共振成像 （fMRI） 可用于功能性地绘制外周和中央视觉皮层。这种测量视觉大脑功能变化的方法允许枕叶的功能映射，刺激>100°（±50°）或更多的视野，而标准fMRI视觉呈现设置通常覆盖<30°的视野。BOLD fMRI的简单宽视角刺激系统可以使用普通的MR兼容投影仪进行设置，方法是将大镜子或屏幕放置在靠近受试者脸部的位置，并仅使用标准头部线圈的后半部分来提供宽视角而不会阻碍他们的视线。然后可以使用各种视网膜刺激范式对宽视网膜 fMRI 图进行成像，并且可以分析数据以确定与中央和周边视觉相对应的视觉皮层区域的功能活动。这种方法提供了一个实用的、易于实施的视觉呈现系统，可用于评估由于青光眼等眼部疾病以及可能伴随的视力丧失而导致的外周和中央视觉皮层的变化。

引言

功能性磁共振成像 （fMRI） 是一种有价值的方法，用于评估视觉皮层内区域神经血管功能对刺激的反应，因为区域血流的变化与大脑区域的激活相关 ^1,2。高分辨率视网膜血氧水平依赖性 （BOLD） 信号测量表示脱氧血红蛋白的变化，这是由脑内血流和血氧的局部变化驱动的 ^1,2。从 fMRI 数据中收集的 BOLD 活动模式可用于功能性地绘制外周和中央视觉皮层，以及检测视网膜位图的变化以响应视觉障碍和神经退行性变³。

以前的大多数 fMRI 研究使用窄视距（中央视野约 ±12°）非视网膜刺激或具有窄视视网膜刺激的简单视网膜刺激，这为视网膜皮层中的视网膜表征提供了有限的功能性包裹，并且仅对中央视野（不包括外周）的评估有限³。因此，窄视 fMRI 数据显示青光眼患者的 BOLD 百分比变化不一致 ^4,5,6。因此，需要改进功能磁共振成像....

研究方案

德克萨斯大学健康科学中心和石溪大学根据机构指南对人类参与者进行研究，并获得参与者的知情同意，并使用他们的数据。

1. MRI扫描仪和成像协议的设置

1. 对于 fMRI，请使用带有多通道接收器头线圈的 3T MRI 扫描仪。也可以使用不同的场强，但可能会遇到信噪比 （SNR） 或失真伪影的困难，因此请进行相应调整。仅使用头部线圈的后半部分进行 fMRI，以允许更大的视角不受线圈前半部分的阻碍。
2. 设置重复时间 （TR） 为 2.2 s、回波时间 （TE） 为 2.8 ms、视场 （FOV） 为 176 mm x 256 mm x 208 mm、空间分辨率为 1 mm x 1 mm x 1 mm x 1 mm、带宽为 190 Hz/像素、翻转角度为 13°、 扫描持续时间为 3.1 分钟³.
3. 设置梯度回波、回波平面成像 （EPI） 序列，TR 为 2 s，TE 为 30 ms，FOV 为 220 mm x 220 mm，面内分辨率为 1.7 mm x 1.7 mm，29 个厚度为 3 mm 的切片，带宽为 1,500 Hz/pixel³。
4. 测量头部线圈和扫描器孔的尺寸，然后通过将聚氯乙烯 （PVC） 管切割成合适的长度并用 PVC 弯头连接来构建一个简单的框架。获得一面至少 25....

讨论

上述利用广视网膜视网膜 fMRI 的方案是评估视力丧失和眼部疾病对大脑影响的创新方法。通过使用更宽的视野屏幕对视觉皮层进行宽视网膜定位，这种方法可以更全面地了解视觉系统的功能组织。这可以更好地了解大脑视觉处理系统的异常，这发生在神经退行性疾病中，例如青光眼^24,25。该技术还可用于检测和分析导致失明的其他条件下的大脑退化和重.......

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
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