JoVE Science Education

Neuropsychology

Zum Anzeigen dieser Inhalte ist ein JoVE-Abonnement erforderlich.

English

Messung von Unterschieden der grauen Substanz mittels Voxel-basierter Morphometrie: Das musikalische Gehirn

Überblick

Quelle: Laboratorien der Jonas T. Kaplan und der Sarah I. Gimbel-Universität von Südkalifornien

Erfahrung prägt das Gehirn. Es ist bekannt, dass unser Gehirn durch lernen unterscheiden. Während viele Erfahrungen im Zusammenhang mit Veränderungen auf der mikroskopischen Ebene, zum Beispiel durch neurochemische Anpassungen im Verhalten einzelner Neuronen manifestieren, können wir auch anatomische Veränderungen an der Struktur des Gehirns auf makroskopischer Ebene untersuchen. Ein berühmtes Beispiel für diese Art von Veränderung kommt aus dem Fall der Londoner Taxifahrer, die zusammen mit lernen die komplexe Routen der Stadt größere Band im Hippocampus, eine Gehirnstruktur, die bekanntermaßen eine Rolle im Navigations Speicher anzeigen. 1

Viele traditionelle Methoden der Prüfung Anatomie des Gehirns erfordern sorgfältige Rückverfolgung von anatomischen Regionen von Interesse um ihre Größe zu messen. Jedoch können mit modernen Neuroimaging Techniken, wir jetzt die Anatomie des Gehirns über Gruppen von Menschen, die mit automatisierten Algorithmen vergleichen. Während diese Techniken nicht das anspruchsvolle wissen zu tun, die menschliche Neuroanatomists zur Aufgabe zu bringen wahrnehmen, sind sie schnell und empfindlich auf sehr kleine Unterschiede in der Anatomie. In einem strukturellen Magnetresonanz-Bild des Gehirns betrifft die Intensität der einzelnen volumetrischer Pixel oder Voxel, die Dichte der grauen Substanz in dieser Region. Beispielsweise in eine T1-gewichteten MRT-Untersuchung sehr hell Voxel befinden sich an Orten wo gibt es weißen Substanz Faserbündel, während dunkler Voxel grauen Zellen entsprechen dem Zellkörper von Nervenzellen befinden. Die Technik der Quantifizierung und Vergleich der Gehirnstruktur auf ein Voxel von Voxel-Basis heißt Voxel-basierte Morphometrie oder VBM. 2 im VBM, registrieren wir alle das Gehirn, einen gemeinsamen Raum, Glättung über grobe Unterschiede in der Anatomie. Wir vergleichen dann die Intensitätswerte die Voxel, lokalisierte, kleine Skala Unterschiede in der Dichte der grauen Substanz zu identifizieren.

In diesem Experiment demonstrieren wir die VBM-Technik, durch den Vergleich der Gehirne von Musikern mit denen der nicht-Musiker. Musiker engagieren sich in intensiven motorischen, visuellen und akustischen Trainings. Es gibt Beweise aus mehreren Quellen, dass die Gehirne von Menschen, die musikalische Ausbildung durchlaufen haben funktionell und strukturell anders als diejenigen, die nicht. Hier folgen wir Gaser und Shlaug3 und Bermudez Et Al. 4 mit VBM, um diese strukturellen Unterschiede in den Gehirnen von Musikern zu identifizieren.

Verfahren

(1) 40 Musikern und 40 nicht-Musiker zu rekrutieren.

  1. Musiker sollten mindestens 10 Jahre musikalische Ausbildung haben. Training mit einem Musikinstrument ist akzeptabel. Musiker sollten auch aktiv üben ihr Instrument für mindestens eine Stunde pro Tag.
  2. Kontrollpersonen sollten wenig formale Ausbildung in ein Musikinstrument zu spielen haben.
  3. Alle Teilnehmer sollten Rechtshänder sein.
  4. Alle Teilnehmer sollten keine Geschichte der neurologischen, psychiatrischen oder kardiale Störu

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Ergebnisse

Die VBM-Analyse ergab lokalisierte Steigerungen in der grauen Substanz Dichte im Musiker Gehirne im Vergleich zu nicht-Musiker Kontrollen. Diese Unterschiede fanden sich in der überlegenen Temporallappen auf beiden Seiten. Die größte und bedeutendste Cluster wurde auf der rechten Seite und umfasst den hinteren Anteil der Heschl Gyrus (Abbildung 2). Heschl Gyrus befindet sich die primäre Hörrinde und der umgebenden Rinde komplexe auditive Verarbeitung beteiligt sind. ...

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Anwendung und Zusammenfassung

Die VBM-Technik hat das Potential, lokalisierte Unterschiede in der grauen Substanz zwischen Gruppen von Menschen, oder in Verbindung mit einer Messung, die auf eine Gruppe von Menschen variiert zu demonstrieren. Neben der Suche nach strukturelle Unterschiede, die verschiedenen Formen der Weiterbildung beziehen, kann diese Technik anatomischen Unterschiede offenbaren, die weit reichende neuropsychologischen Erkrankungen wie Depressionen, Legasthenie5 ,6 oder Schizophrenie zugeordnet sind. 7

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Referenzen

  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).

Wir verwenden Cookies, um Ihre Erfahrung auf unserer Website zu verbessern.

Indem Sie unsere Website weiterhin nutzen oder auf „Weiter“ klicken, stimmen Sie zu, unsere Cookies zu akzeptieren.