A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
The goal of this manuscript is to study the hippocampus and hippocampal subfields using MRI. The manuscript describes a protocol for segmenting the hippocampus and five hippocampal substructures: cornu ammonis (CA) 1, CA2/CA3, CA4/dentate gyrus, strata radiatum/lacunosum/moleculare, and subiculum.
ההיפוקמפוס האדם נחקר בהרחבה בהקשר של זיכרון ותפקוד התקין של המוח ותפקידה בהפרעות נוירו-פסיכיאטריות שונות נחקר בכבדות. בעוד שמחקרי הדמיה רבים לטפל בהיפוקמפוס כמבנה neuroanatomical אחיד אחת, זה הוא, למעשה, מורכב מכמה תתי תחומים שיש להם גיאומטריה תלת-ממדית מורכבת. ככזה, הוא ידוע כי תת תחומים אלה לבצע פעולות מיוחדות ומושפעים באופן דיפרנציאלי בקורס של מדינות מחלה שונות. הדמיה בתהודה מגנטית (MR) יכולה לשמש ככלי רב עוצמה כדי לחקור את המורפולוגיה של ההיפוקמפוס ותת תחומיה. קבוצות רבות משתמשות בתוכנת הדמיה מתקדמת וחומרה (> 3T) לתמונה תת תחומים; עם זאת סוג זה של טכנולוגיה לא יכול להיות זמין ברוב מרכזי מחקר והדמיה קלינית. כדי לענות על צורך זה, כתב היד הזה מספק פרוטוקול צעד-אחר-צעד מפורט לפילוח האורך הקדמי, אחורי המלאשל ההיפוקמפוס ותת תחומיה: קורנו ammonis (CA) 1, Ca 2 / CA3, CA4 / gyrus המשונן (DG), radiatum / lacunosum / moleculare שכבות (SR / SL / SM), וsubiculum. פרוטוקול זה יושם עד חמישה נושאים (3F, 2M, גיל 29-57, ממוצע 37.). אמינות פרוטוקול נבחנת על ידי resegmenting ימין או שמאל של ההיפוקמפוס כל נושא והמחשוב החפיפה באמצעות מדד Kappa של הקוביות. אומר קאפה של הקוביות (טווח) על פני חמישה הנושאים הם: כל ההיפוקמפוס, 0.91 (0.90-.92); CA1, 0.78 (.77-0.79); Ca 2 / CA3, 0.64 (0.56-.73); CA4 / gyrus המשונן, 0.83 (.81-0.85); radiatum / lacunosum / moleculare שכבות, 0.71 (0.68-.73); וsubiculum 0.75 (.72-.78). פרוטוקול הפילוח מוצג כאן מספק מעבדות אחרות עם שיטה אמינה ללמוד ההיפוקמפוס ותת תחומים בהיפוקמפוס בvivo באמצעות כלים MR זמינים בדרך כלל.
ההיפוקמפוס הוא מבנה נחקר באופן נרחב המדיאלי זמני אונה המשויך לזיכרון אפיזודי, ניווט במרחב, ותפקודים קוגניטיביים אחרים 10,31. תפקידה בהפרעות ניווניות ונוירו-פסיכיאטריות כגון של מחלת אלצהיימר, סכיזופרניה, הפרעה דו קוטבית ומתועד היטב 4,5,18,24,30. המטרה של כתב היד הזה היא לספק פרטים נוספים לפרוטוקול הפילוח הידני שפורסם בעבר 34 לתת תחומים בהיפוקמפוס אדם בתמונות ברזולוציה גבוהה בתהודה מגנטית (MR) רכשו ב3T. בנוסף, רכיב הווידאו הנלווה כתב היד הזה יספק סיוע נוסף לחוקרים המבקשים ליישם את הפרוטוקול על מערכי נתונים שלהם.
ההיפוקמפוס ניתן לחלק את תת תחומים המבוססים על הבדלי cytoarchitectonic נצפו שלאחר המוות בהכין-היסטולוגית דגימות 12,22. דגימות שלאחר המוות כזה להגדיר grouND אמת לזיהוי ולמחקר של תת תחומים בהיפוקמפוס; עם זאת הכנות מסוג זה דורשים כישורים מיוחדים וציוד לצביעה, ומוגבלות על ידי הזמינות של רקמה קבועה, במיוחד באוכלוסיות חולות. יש הדמיה vivo היתרון של בריכה הרבה יותר גדולה של נושאים, וגם מציגה את ההזדמנות להמשך על לימודים ושינויי התבוננות באוכלוסיות. למרות שהוכח כי עוצמות אות בתמונות MR vivo משוקללות-T2 לשעבר משקף צפיפות סלולרית 13, זה עדיין קשה לזהות גבולות הבלתי מעורער בין תת תחומים באמצעות אך ורק בעוצמות אות MR. ככזה, מספר גישות שונות לזיהוי פרטים ברמת היסטולוגיה על תמונות MR פותחו.
חלק מהקבוצות עשו מאמצים כדי לשחזר ועברו דיגיטציה מערכי נתונים היסטולוגית ולאחר מכן להשתמש בשחזורים אלה יחד עם טכניקות רישום תמונה למקם neuroanat subfield בהיפוקמפוסomy על in vivo MR 1,2,8,9,14,15,17,32. אמנם זה טכניקה יעילה למיפוי גרסה של אמת הקרקע היסטולוגית ישירות על גבי תמונות MR, שחזורים מסוג זה הם קשים כדי להשלים. פרויקטים כגון אלה מוגבלים בזמינות של דגימות שלמות המדיאלי זמניות אונה, טכניקות היסטולוגית, אובדן נתונים במהלך עיבוד היסטולוגית, וחוסר עקביות מורפולוגיים המהותית בין מוח vivo הקבוע וב. קבוצות אחרות השתמשו סורקים גבוה שדה (7T או 9.4T) במאמץ לרכוש in vivo או vivo לשעבר תמונות עם קטן מספיק גודל voxel (איזוטרופיים .20-0.35 מ"מ) כדי להמחיש מקומיות מרחבית הבדלים בניגוד תמונה המשמשים ל להסיק גבולות בין תת תחומים 35,37. אפילו ב7T-9.4T ועם גודל voxel קטן כזה, מאפייני cytoarchitectonic של תת תחומים בהיפוקמפוס אינם גלויים. ככזה, פרוטוקולי פילוח ידניים פותחו שpproximate הגבולות היסטולוגית הידועים על תמונות MR. פרוטוקולים אלה לקבוע גבולות תת שדה על ידי פירוש הבדלים לעומת תמונה מקומיים והגדרת כללים גיאומטריים (כגון קווים ישרים וזוויות) ביחס למבנים גלויים. למרות שתמונות שצולמו בעוצמת שדה גבוהה יכולות להציע תובנה מפורטת לתוך תת תחומים בהיפוקמפוס, סורקים גבוה שדה עדיין לא נפוצים במסגרות קליניות או מחקר, כך פרוטוקולי 7T ו9.4T כיום יש תחולה מוגבלות. פרוטוקולים דומים פותחו עבור תמונות שנאספו על סורקי 3T 4T ו11,20,21,23,24,25,28,33. רבים מפרוטוקולים אלה מבוססים על תמונות עם ממדי voxel voxels תת-1 מ"מ במישור העטרה, אבל יש לי עוביים גדולים פרוסה (.8-3 מ"מ) 11,20,21,23,25,28,33 או מרחקים בין-פרוסה גדולות 20,28, אשר שניהם לגרום להטיה משמעותית במדידה להערכת כמויות של תת תחומים הבודדים. בנוסף, רב של פרוטוקולי 3T הקיימיםלכלול תת תחומים בחלק של הראש או זנב 20,23,25,33 היפוקמפוס או כל או לא מספקים פילוחים מפורטים של substructures החשוב (כלומר, לשלב DG עם Ca 2 / CA3 או אינו כולל את שכבות radiatum / lacunosum / moleculare של CA) 11,20,21,23,24,25,28,33. יש אפוא צורך בתחום לתיאור מפורט של פרוטוקול שיכול באופן מהימן לזהות תת תחומים רלוונטיים לאורך כל הראש, הגוף והזנב של ההיפוקמפוס, המבוסס על סורק זמין בדרך כלל במסגרות קליניות ומחקר. נעשה מאמצים כיום על ידי הקבוצה בהיפוקמפוס תת תחומים (www.hippocampalsubfields.com) כדי לאזן את תהליך פילוח subfield היפוקמפוס בין מעבדות, דומה למאמץ הקיים הרמוניזציה לפילוח בהיפוקמפוס כל 6, ונייר ראשוני השוואת 21 פרוטוקולים קיימים היה לאחרונה פרסם 38 . העבודה מקבוצה זו תהיה עוד יותר להבהיר proce פילוח האופטימליdures.
כתב יד זה מספק הוראות וידאו כתובים ומפורטות ליישום באופן מהימן את פרוטוקול פילוח subfield בהיפוקמפוס שתואר קודם לכן על ידי Winterburn ועמיתים 34 ברזולוציה גבוהה תמונות 3T MR. הפרוטוקול מיושם על חמש תמונות של בקרות בריאים לכל ההיפוקמפוס וחמישה תתי תחומים בהיפוקמפוס (CA1, Ca 2 / CA3, CA4 / gyrus המשונן, radiatum / lacunosum / moleculare שכבות, וsubiculum). תמונות מפולחות אלה זמינות לציבור באינטרנט (cobralab.ca/atlases/Hippocampus). הפרוטוקול והתמונות מפולחות יהיו שימושיים עבור קבוצות שרוצים ללמוד הנוירואנטומיה היפוקמפוס מפורטת בתמונות MR.
משתתפי מחקר
הפרוטוקול בכתב היד הזה פותח במשך חמש תמונות נציג ברזולוציה גבוהה שנאספו ממתנדבים בריאים (3F, 2M, גיל 29-57, ממוצע 37.) שהיו ללא הפרעות ומקרים של חבלת ראש חמור נוירולוגיות ונוירו-פסיכיאטריות. כל הנושאים גויסו במרכז להתמכרויות ובריאות נפש (CAMH). המחקר אושר על ידי CAMH מחקר האתיקה ונערך בקנה אחד עם הצהרת הלסינקי. כל הנושאים הניתנים בכתב, הסכמה מהדעת לאיסוף נתונים ושיתוף. לפרטים על רצף הרכישה נהג לאסוף את התמונות האלה, עיינו Winterburn et al., 2013 ופרק et al., 2014 26,34 תמונות לכל חמשת הנושאים נבדקו לאיכות ועודפים. ההיפוקמפוס והקיפה ממוצע של 118 פרוסות העטרה בתמונות האלה.
1. תוכנה הוגדר למעלה
2. פילוח ידני Hippocampus כל הפריטים
פילוח ידני 3. בהיפוקמפוס subfield
4. אמינות פרוטוקול
. תוצאות מהבדיקה אמינות פרוטוקול מסוכמות בטבלה 2 לכל ההיפוקמפוס דו-צדדי, כלומר חפיפה מרחבית כפי שנמדדו על ידי kappa של הקוביות הוא 0.91 וטווחים 0.90-0.92. ערכי קאפה subfield נעים בין 0.64 (Ca 2 / CA3) ל0.83 (CA4 / gyrus המשונן). כרכים ממוצעים לכל תת תחומים וכל ההיפוקמפוס מדווחים בטבל...
פילוח subfield היפוקמפוס בתמונות MR הוא-מיוצג היטב בספרות. עם זאת, פרוטוקולים קיימים לכלול חלקים של 20,23,33,35 ההיפוקמפוס, חלים רק על תמונות קבועות 37, או לדרוש סורקי שדה גבוהים במיוחד לרכישת תמונה 35,37. כתב יד זה מציע פרוטוקול פילוח הכולל חמש יחידות משנה עיקריו...
The authors have no conflicts of interest to declare.
המחברים מבקשים להודות תמיכת קרן CAMH, הודות למייקל וסוניה Koerner, משפחת קימל, וניו חוקר Catalyst פרס פול א גרפינקל. פרויקט זה מומן על ידי חטיבות דה סנטה Recherches קוויבק, המכון הקנדי לחקר בריאות (CIHR), מדעי הטבע והנדסת מועצת מחקר של קנדה, ווסטון מכון המוח, אגודת האלצהיימר של קנדה, ומייקל ג'יי פוקס הקרן למחקר פרקינסון (MMC), כמו גם CIHR, הקרן לבריאות נפש אונטריו, NARSAD, והמכון הלאומי לבריאות נפש (R01MH099167) (מעיניו כל). המחברים גם רוצים להודות לאנוש ראוויצ'אנדרן לסיוע רכישת התמונות.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Discovery MR750 3T | GE | Or equivalent 3T scanner | |
Minc Tool Kit | McConnell Brain Imaging Center, Montreal Neurological Institute | Open source: http://www.bic.mni.mcgill.ca/ServicesSoftware/ServicesSoftwareMincToolKit |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved