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测量与基于体素的形态计量学的灰质分歧: 音乐的大脑

Overview

资料来源: 乔纳斯 · 卡普兰和莎拉一、 贝尔实验室 — — 南加利福尼亚大学

经验塑造大脑。众所周知,我们的大脑是不同学习的结果。虽然许多经验相关的变化体现自己在微观的层次,例如由行为中的单个神经元的神经化学调整,我们也可能检查到宏观一级大脑结构的解剖学变化。这种变化的一个著名例子来自伦敦出租车司机,他和学习的城市复杂的路线在海马,被称为在导航内存中发挥作用的大脑结构中显示较大音量的一例。1

许多传统方法检测脑解剖所需煞费苦心的查寻的解剖区域的利益衡量他们的大小。然而,使用现代影像学的技术,我们现在可以比较大脑的解剖跨组使用自动的算法的人。尽管这些技术也不去利用自己的人类解剖学可能带到任务的先进知识,它们是快速,敏感到很小的差异,在解剖。在脑结构的磁共振图像,每个体积像素或像素、 强度涉及该区域灰质的密度。例如,在 T1 加权磁共振成像扫描,非常明亮的体素在位置找到那里有白质纤维束,而暗像素对应的灰质,神经元的胞体所在。 量化和比较大脑结构基于体素的体素的技术被称为基于体素的形态或 VBM。2在 VBM,我们第一次注册所有的大脑到一个共同的空间,平滑解剖的任何严重分歧。然后,我们比较素以确定本地化、 小尺度差异在灰质密度的强度值。

在这个实验中,我们将展示 VBM 技术通过对比音乐家与那些非音乐家的大脑。音乐家参与激烈的行动、 视觉和声学培训。还有证据从多个渠道获悉,那些已经通过音乐训练的人的大脑功能和结构不同于那些没有的人。在这里,我们跟随格萨尔和 Shlaug3和贝穆德斯et al4在使用 VBM 来标识这些音乐家的大脑在结构上的差异。

Procedure

1.招募 40 音乐家和 40 非音乐家。

  1. 音乐家应该有至少 10 年的正式的音乐训练。与任何乐器培训是可以接受的。音乐家应该也积极练他们的乐器为至少一小时/天。
  2. 对照组应该有很少的正式培训在玩一种乐器。
  3. 所有参与者都应该都是用右手。
  4. 所有参与者都应该有神经、 精神科,或心脏疾病没有历史。
  5. 所有参与者都应该有他们他们不能删除以确保它们是安全的 MRI 的身体没有金属。

2.预扫描程序

  1. 填写预扫描的文书工作。
  2. 当参与者对其功能磁共振成像扫描进来时,让他们金属屏幕窗体,以确保他们有没有反适应症为 MRI,给予同意,由放射科医生,并同意表格,详细列出的风险和益处的研究看他们扫描的附带结果窗体第一次填写。
  3. 准备去在扫描仪通过从他们的身体,包括皮带、 钱包、 手机、 发夹、 硬币和所有珠宝中删除所有金属的参与者。

3.放在扫描仪中的参与者。

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Results

VBM 分析显示本地化的显著相比非音乐家控件的音乐家的大脑灰质密度。优越的颞叶,双方在这些方面的差异。规模最大、 最重要的群集是在右侧,包括 Heschl 的回 (图 2) 的后部。Heschl 的回是初级听觉皮质,位置和周围皮层参与复杂的听觉处理。因此,这些结果都符合原先发现的音乐家和非音乐家听觉的大脑区域的形态学差异。

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Application and Summary

VBM 技术具有潜力来显示本地化的差异在灰质之间的人群,或与一群人有不同的测量。除了寻找不同形式的培训涉及的结构差异,这种技术可能会揭示与广泛的神经心理条件,如抑郁、 诵读困难56或精神分裂症相关联的解剖学差异。7

它是重要的是请注意,有多个解释存在的组之间的差异,大脑的解剖结构。例如,对于音乐家,可能有一种自我选择?...

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References
  1. Maguire, E.A., et al. Navigation-related structural change in the hippocampi of taxi drivers. Proc Natl Acad Sci U S A 97, 4398-4403 (2000).
  2. Ashburner, J. & Friston, K.J. Voxel-based morphometry--the methods. Neuroimage 11, 805-821 (2000).
  3. Gaser, C. & Schlaug, G. Brain structures differ between musicians and non-musicians. J Neurosci 23, 9240-9245 (2003).
  4. Bermudez, P., Lerch, J.P., Evans, A.C. & Zatorre, R.J. Neuroanatomical correlates of musicianship as revealed by cortical thickness and voxel-based morphometry. Cereb Cortex 19, 1583-1596 (2009).
  5. Bora, E., Fornito, A., Pantelis, C. & Yucel, M. Gray matter abnormalities in Major Depressive Disorder: a meta-analysis of voxel based morphometry studies. J Affect Disord 138, 9-18 (2012).
  6. Richlan, F., Kronbichler, M. & Wimmer, H. Structural abnormalities in the dyslexic brain: a meta-analysis of voxel-based morphometry studies. Hum Brain Mapp 34, 3055-3065 (2013).
  7. Zhang, T. & Davatzikos, C. Optimally-Discriminative Voxel-Based Morphometry significantly increases the ability to detect group differences in schizophrenia, mild cognitive impairment, and Alzheimer's disease. Neuroimage 79, 94-110 (2013).
Tags
Voxel based MorphometryGrey Matter DifferencesCortical VolumeDensity Of Grey MatterFrontal LobeNeuroimaging TechniquesStructural Magnetic Resonance ImagesIntensity Values Of VoxelsExpert MusiciansLimited TrainingChess PlayingMRI ScannerAutomated ApproachWhite matter Fiber Bundles

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0:00

Overview

1:19

Experimental Design

3:04

Running the Experiment

4:08

Data Analysis and Results

6:53

Applications

8:44

Summary

此集合中的视频:

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