מדידת הבדלי חומר אפור עם מורפומטריה מבוססת ווקסל: המוח המוזיקלי

Overview

מקור: מעבדות של ג'ונאס ט. קפלן ושרה גימבל – אוניברסיטת דרום קליפורניה

הניסיון מעצב את המוח. מובן היטב שהמוחות שלנו שונים כתוצאה מלמידה. בעוד שינויים רבים הקשורים לחוויה באים לידי ביטוי ברמה המיקרוסקופית, למשל על ידי התאמות נוירוכימיות בהתנהגות של נוירונים בודדים, אנו עשויים גם לבחון שינויים אנטומיים במבנה המוח ברמה מקרוסקופית. דוגמה מפורסמת אחת לשינוי מסוג זה נובעת ממקרהם של נהגי המוניות בלונדון, אשר יחד עם לימוד המסלולים המורכבים של העיר מראים נפח גדול יותר בהיפוקמפוס, מבנה מוח הידוע כממלא תפקיד בזיכרון הניווט. 1

שיטות מסורתיות רבות לבחינת האנטומיה של המוח דורשות מעקב קפדני אחר אזורים אנטומיים בעלי עניין על מנת למדוד את גודלם. עם זאת, באמצעות טכניקות דימות מוחי מודרניות, אנו יכולים כעת להשוות את האנטומיה של המוחות בין קבוצות של אנשים באמצעות אלגוריתמים אוטומטיים. בעוד שטכניקות אלה אינן נהנות מהידע המתוחכם שנוירואנטומיסטים אנושיים עשויים להביא למשימה, הן מהירות ורגישות להבדלים קטנים מאוד באנטומיה. בתמונת תהודה מגנטית מבנית של המוח, עוצמתו של כל פיקסל נפחי, או ווקסל, מתייחסת לצפיפות החומר האפור באזור זה. לדוגמה, בסריקת MRI משוקללת T1, voxels בהיר מאוד נמצאים במקומות שבהם יש חבילות סיבי חומר לבן, בעוד voxels כהה יותר מתאים לחומר אפור, שבו גופי התא של נוירונים שוכנים. הטכניקה של כימות והשוואת מבנה המוח על בסיס ווקסל-על-ידי-voxel נקראת מורפומטריה מבוססת ווקסל, או VBM. 2 ב- VBM, אנו רושמים תחילה את כל המוחות למרחב משותף, מחליקים על כל הבדלים גסים באנטומיה. לאחר מכן אנו משווים את ערכי האינטנסיביות של הווקסלים כדי לזהות הבדלים בקנה מידה קטן ומקוונים בצפיפות החומר האפור.

בניסוי זה, אנו להדגים את טכניקת VBM על ידי השוואת המוחות של מוזיקאים עם אלה של שאינם מוזיקאים. מוזיקאים עוסקים באימונים מוטוריים, חזותיים ואקוסטיים אינטנסיביים. יש עדויות ממקורות רבים כי המוחות של אנשים שעברו הכשרה מוזיקלית שונים מבחינה תפקודית ומבנית מאלה שלא. כאן, אנחנו עוקבים אחרי גאסר ושלאג3 וברמודז ואח'. 4 בשימוש VBM כדי לזהות הבדלים מבניים אלה במוחם של מוזיקאים.

Procedure

1. לגייס 40 מוזיקאים ו-40 לא מוזיקאים.

  1. מוזיקאים צריכים לפחות 10 שנים של הכשרה מוזיקלית רשמית. אימון עם כל כלי נגינה מקובל. מוזיקאים צריכים גם לתרגל באופן פעיל את הכלי שלהם לפחות שעה אחת / יום.
  2. נושאי בקרה צריכים להיות מעט הכשרה רשמית בנגן כלי נגינה.
  3. כל המשתתפים צריכים להיות ימניים.
  4. לכל המשתתפים לא צריכה להיות היסטוריה של הפרעות נוירולוגיות, פסיכיאטריות או לבביות.
  5. לכל המשתתפים לא צריכה להיות מתכת בגופם שהם לא יכולים להסיר כדי להבטיח שהם בטוחים ל- MRI.

.css-f1q1l5{display:-webkit-box;display:-webkit-flex;display:-ms-flexbox;display:flex;-webkit-align-items:flex-end;-webkit-box-align:flex-end;-ms-flex-align:flex-end;align-items:flex-end;background-image:linear-gradient(180deg, rgba(255, 255, 255, 0) 0%, rgba(255, 255, 255, 0.8) 40%, rgba(255, 255, 255, 1) 100%);width:100%;height:100%;position:absolute;bottom:0px;left:0px;font-size:var(--chakra-fontSizes-lg);color:#676B82;}

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

Results

ניתוח VBM חשף עלייה מקומית משמעותית בצפיפות החומר האפור במוחם של מוזיקאים בהשוואה לשליטה שאינה מוזיקאית. הבדלים אלה נמצאו באונות הטמפורליות העליונות משני הצדדים. האשכול הגדול והמשמעותי ביותר היה בצד ימין וכולל את החלק האחורי של הג'ירוס של הש"ל (איור 2). הג'ירוס של H...

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

Application and Summary

לטכניקת VBM יש פוטנציאל להדגים הבדלים מקומיים בחומר האפור בין קבוצות של אנשים, או בשיתוף עם מדידה המשתנה על פני קבוצה של אנשים. בנוסף למציאת הבדלים מבניים הקשורים לצורות שונות של אימון, טכניקה זו עשויה לחשוף הבדלים אנטומיים הקשורים לתנאים נוירופסיכולוגיים רחבים כגון דיכאון,5 דיסלקצי?...

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

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

Skip to...

0:00

Overview

1:19

Experimental Design

3:04

Running the Experiment

4:08

Data Analysis and Results

6:53

Applications

8:44

Summary

Videos from this collection:

article

Now Playing

מדידת הבדלי חומר אפור עם מורפומטריה מבוססת ווקסל: המוח המוזיקלי

Neuropsychology

17.1K Views

article

המוח המפוצל

Neuropsychology

68.0K Views

article

מפות מנוע

Neuropsychology

27.3K Views

article

פרספקטיבות על נוירופסיכולוגיה

Neuropsychology

11.9K Views

article

קבלת החלטות ומשימת ההימורים באיווה

Neuropsychology

31.7K Views

article

תפקוד מבצעי בהפרעת ספקטרום האוטיזם

Neuropsychology

17.4K Views

article

אמנזיה אנטרוגרדית

Neuropsychology

30.1K Views

article

קורלציה פיזיולוגית של הכרה רגשית

Neuropsychology

16.0K Views

article

פוטנציאלים הקשורים לאירועים והמשימה המוזרה

Neuropsychology

27.2K Views

article

שפה: N400 באי התאמה סמנטית

Neuropsychology

19.3K Views

article

למידה וזיכרון: משימת הזיכרון-לדעת

Neuropsychology

17.1K Views

article

פענוח תמונות שמיעתיות עם ניתוח תבניות רב-תכליתיות

Neuropsychology

6.4K Views

article

תשומת לב חזותית: חקירת fMRI של בקרת קשב מבוססת אובייקט

Neuropsychology

40.1K Views

article

שימוש בהדמיית טנזור דיפוזיה בפגיעה מוחית טראומטית

Neuropsychology

16.6K Views

article

שימוש ב- TMS למדידת עירור מוטורי במהלך תצפית פעולה

Neuropsychology

9.9K Views

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved