著者は、CAMH財団からの支援を確認するためにマイケルとソーニャケルナー、Kimel家族、そしてポール・E.ガーフィンケル新しい研究者のCatalyst賞のおかげたいと思います。このプロジェクトは、フォン・ド・Recherchesサンテケベック、カナダ衛生研究所（CIHR）、自然科学とカナダ、ウェストン脳研究所、カナダのアルツハイマー病協会の工学研究評議会、そしてマイケルJ・フォックス財団によって資金を供給されましたパーキンソン研究（MMC）のためだけでなく、CIHR、オンタリオメンタルヘルス財団、NARSAD、および国立精神衛生研究所（R01MH099167）（ANV）。著者らはまた、画像を取得支援のためanushaにRavichandranに感謝したいと思います。

研究参加者神経学的および神経精神障害と重度の頭部外傷の例がなかった。（年齢29から57、平均37。3F、2M）この原稿内のプロトコルは、健康なボランティアから集めた5代表高解像度画像のために開発されました。すべての被験者は、中毒や精神保健センター（CAMH）で募集しました。研究では、CAMH研究倫理委員会によって承認され、ヘルシンキ宣言に合わせて実施しました。すべての被験者は、データ収集と共有のための書面によるインフォームドコンセントを提供しました。これらの画像を収集するために使用される取得シーケンスの詳細については、Winterburn ら 、2013年パークがら 、すべての5人の被験者のために2014年26,34画像は品質をチェックし、保持されたを参照してください。海馬は、これらの画像には118冠状スライスの平均を張ります。 1.ソフトウェアのセットアップ<ol><li> オープンディスプレイ： </strオング&gt;ターミナルから次のコマンドを使用して：image_name.mnc -label label_name.mncを表示します。ウィンドウを表示する3次元可視化ウィンドウ、3方向画像、およびナビゲーションウィンドウ：プログラムは、3のウィンドウを開きます。端末はまた、プログラムを実行するために使用されます。セグメンテーションは、冠状に実行されるように、冠状ビューを拡大します。海馬にズームイン。ナビゲーションウィンドウで、F（セグメント化）を選択します。 F（：0.1 XY半径）を選択します。ターミナルウィンドウは、「XYブラシのサイズを入力してください： &quot;するためにユーザーの入力を要求され​​ます。 0.1に設定します。これはあなたの絵筆のサイズを設定します。ユーザーは現在、MR画像上に海馬を描画を開始することができます。 </li></ol> 2.全体の海馬マニュアルセグメンテーション<ol><li> セットアップ：T1強調画像を用いて、海馬の最前方冠状スライスにスクロールします。前方方向にスライスを進めるためには、「+」キーを使用します。使用 &#39;を&#39; - 後方方向に移動するキー。 </li><li><stronG&gt;スライスA：最も前方のスライス：それは周囲の側頭葉白質を満たし、白板の高輝度白質を使用する海馬の灰白質の最も外側の境界線を描き、マウスの右クリックを使用して海馬は、扁桃体12,22を満たし 、優れたボーダー、を支援します。国境内側のラベルに記入するには、ナビゲーションウィンドウのセグメンテーションメニューでE（ラベル塗りつぶし）キーを使用します。前方海馬ヘッド全体でこれらの罫線を適用し続けます。 </li><li> スライスB：海馬ヘッド1（図1B）。 <ol><li>優れた、劣った、横方向、内側の境界線が：ステップ2.2で説明したようにガイドとして側頭葉や白板の白質を使用して、境界線を描画し続けます。 </li><li> Supero-内側縁：このためには、軸方向のビューを使用して、横方向の海馬29の前縁から水平線を引き、および海馬のように、この行の下に何が含まれています。注：supero-内側縁は、海馬の灰白質が扁桃体の灰白質とのブレンドこれらのスライス、中より曖昧になります。 </li></ol></li><li> スライスC：Dentationsと海馬ヘッド2：対象に応じて、海馬のdentations 3-4スライスのために見ることができる（一般的に、彼らはT2強調T1強調画像対の詳細表示されます）。これらのスライスでは、境界セグメンテーション12,22を案内するために白板と側頭葉の白質を使用し続けます。詳細については、手順に従ってください2.5.1-2.5.2。 </li><li> スライスD：海馬ヘッド3： <ol><li>優れた、劣った、横方向、内側の境界線は：で、dentationsの曲線以下、側頭葉、側脳室、上縁の下角における横ボーダーの白質で海馬の下縁を描きます白板/采の白質、および低強度のレジオで内側縁周囲槽12,22のn個。 </li><li> Supero-内側とinfero-内側の境界線：ステップ2.3.2で説明したようにsupero-内側縁を定義するために続けます。海馬は若干薄くし、嗅内皮質12,22の軽度高信号灰白質内に延びる内側縁の劣る部分を描画します。 </li></ol></li><li> スライスE：海馬鉤と海馬ヘッド4：ステップで説明する、劣っ横、優れた境界線を描画し続け2.5.1-2.5.2。海馬セグメンテーション12,2 2（海馬の本体にメダルを位置しており、低強度のCSFに囲まれている）海馬鉤を含めます。 </li><li> スライスF：海馬ボディ：2.5.1-2.5.2の手順で説明する、劣っ横、中央、および優れた境界線を描画し続けます。それは嗅内皮質/パラ海馬回12,22に遷移として海馬が薄くなる時点でinfero-内側境界線を描画します。セグメンテーションにおける痕跡海馬溝の低強度のCSFを含めないでください。 </li><li> スライスG：海馬尾1：円蓋の下腿が最初に表示されているときに、海馬テール型のスライスをセグメント化を開始します。より前方のスライス12,22から海馬尾に束状回の形状を外挿することにより、セグメンテーションから束状脳回（海馬尾の部分では、海馬とのブレンドの灰白質構造）を除外します。この外挿は、二つの構造を正確に識別することができない後2-3スライス、のためにのみ可能です。この時点では、海馬このエリアに表示されているすべての灰白質を扱います。 </li><li> スライスH：海馬尾2：セグメント周囲の高輝度白質から後部海馬尾の低強度灰白質。 </li><li> スライスI：後部-ほとんどのスライス：セグメント海馬の灰白質の小さな残りの領域から側頭葉の周囲白質。 </li></ol> 3.海馬サブフィールドマニュアルセグメンテーション<ol><li> セットアップ：T2強調画像を用いて、（ステップ2.1のように）海馬の最前方冠状スライスにスクロールします。絵筆の色を変更するには、[D（セットは、ナビゲーションウィンドウ内のセグメント化メニューで:) LBLをペイントします。 「現在のペイントのラベルを入力してください： &quot;コマンド端子は、プロンプトが表示されます。 1〜255の番号を入力します。各番号は異なるラベルの色に対応しています。 </li><li> スライスA：最も前方のスライス：サブフィールドの分割は、最も前方のスライス内ではまだ表示されていないので、に（必ずしも枢機卿軸のいずれかに平行でない）、その最長の可視軸に沿って表示さ海馬の灰白質を分割線を引きます2等分真の解剖学12,22を近似します 。 CA1とchoosiによって海馬台として劣っセクションように、これらの2つのセクションの優れたラベルを付けます各サブフィールド23,35のために、異なる色のラベルをngの。 </li><li> スライスB：海馬ヘッド1：SR / SL / SM 13,37として海馬体の中央に低強度領域にラベルを付けます。海馬の下縁に沿って曲がりが明確になると、CA1 12,22から海馬台を分離する横方向の境界線として、このランドマークを使用しています。 supero-内側先端37にCA1-鉤状回の境界線を描画する海馬の最長軸に従うことを続行します。 </li><li> スライスC：Dentationsと海馬ヘッド2： <ol><li> SR / SL / SM、CA4 / DG、及び鉤状回：スライスD（ステップ3.5.1）で説明したように、SR / SL / SM、CA4 / DG、および海馬台にラベルを付けます。 </li><li> CA2 / CA3とCA1：SR / SL / SM 12,22の最もsupero-側縁からsupero横方向に延びる45°の角度ラインとしてCA1およびCA2 / CA3との間の境界を定義します。 denta間の谷に優れたエッジに沿って内側にCA2 / CA3を拡張ン12,22。 CA1 12,22として優れたエッジの残りの部分にラベルを付けます。 </li></ol></li><li> スライスD：海馬ヘッド3 <ol><li> SR / SL / SM、CA4 / DG、及び鉤状回：CA1 37の曲線に従います。これは、最初の暗いSR / SL / SMバンドにラベルを付けます。 CA4 / DG 12,22,23,35,37としてSR / SL / SMの内部の高強度の灰白質にラベルを付けます。 これは、図2Cのように、連続した領域ではないかもしれません。劣っ海馬12,22ベンドを使用して、鉤状回、CA1の境界線を定義するために続けます。 </li><li> CA2 / CA3とCA1：ステップ3.4.2のようにCA1およびCA2 / CA3の境界線を定義するために続けます。海馬12,22の優れたエッジに沿って内側に途中CA2 / CA3を拡張し、CA1 12,22として優れたエッジの残りの半分にラベルを付けます。 </li><li> Supero-内側海馬ヘッド：このスライスでは、半分に縦にsupero-内側海馬の頭を分割します。 SR / SL / SM 12として内側半分にラベルを付けます。横を分割再び半分に半分、水平この時間。 CA2 / CA3 12として CA4 / DGとして優れた部分と下の部分にラベルを付けます。 </li></ol></li><li> スライスE：海馬鉤と海馬ヘッド4 <ol><li>横海馬ヘッド（海馬台）：これらのスライスの側部には、/ DG 12,22 CA4の最も内側の端から劣る方向に延びる垂直線として鉤状回-CA1の境界線を定義します。 </li><li>横海馬ヘッド（CA1、CA2 / CA3、CA4 / DG、SR / SL / SM）：ステップ3.4.2と同様に、CA1-CA2 / CA3の境界線を定義します。 CA領域の曲線以下の低強度領域としてSR / SL / SMにラベルを付け続けます。ステップ3.5.1のように、SR / SL / SM内部の中央空洞としてCA4 / DGにラベルを付けます。 </li><li> UNCAL海馬ヘッド（SR / SL / SM）：海馬体内に海馬ヘッド遷移として約10スライスについて海馬の海馬鉤にラベルを付けます。海馬鉤では、SR / SL / SM（のように中央に低い強度領域にラベルを付けますこれは参照することが困難な場合、海馬鉤の中心）12まで2-3ボクセル幅の線を分割して、解剖学的構造に近似しています。 </li><li> UNCAL海馬ヘッド（CA2 / CA3、CA4 / DG）：海馬鉤のinfero横/ supero-中間軸に沿って、SR / SL / SMセクションの優れたエッジに線を引きます。 CA2 / CA3 12として、この線より上のすべての灰白質にラベルを付けます。 CA4 / DG 12として （SR / SL / SMの両側に）この線より下のラベルが付いていない灰白質にラベルを付けます。 </li></ol></li><li> スライスF：海馬ボディ：ステップ3.6.1-3.6.2で説明した罫線を適用し続けます。 </li><li> スライスG：海馬尾1：ステップ3.6.1-3.6.2で説明したルールを適用し続けます。海馬台-CA1の境界線がCA4 / DG 12,22の内側縁からinfero-内側方向に延びる45°の角度ラインになります。 </li><li> スライスH：海馬尾2：束状脳回は、もはや海馬構成体と区別することはできませんしたらnは、CA4 / DG 12,22として途中でSR / SL（以前のスライスのように）/ SMとしての内側CA1、低強度領域として全体外層にラベルを付け、残りの灰白質。 </li><li> スライスI：後部-ほとんどのスライス：ダークSR / SLたら/ SMはCA1 12,22として全体の構造をラベル、海馬体の中央には表示されなくなります。 </li></ol> 4.プロトコルの信頼性<ol><li>オリジナルのセグメント化を行うから約1ヶ月待った後、各被験者の右または左海馬のいずれかをResegment。セグメントとして一貫して可能であるとして、プロトコルルールに従うことをしようと海馬の全体前後長さに沿ったサブフィールドのすべて、。 </li><li>オリジナルとresegmentedボリューム間ダイスのカッパを計算します。 <img alt="式（1）" src="/files/ftp_upload/51861/51861eq1.jpg" /> K =サイコロのカッパおよびAとBは、ラベルのボリュームである場合。 </li></ol>

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Neurosci. 7 (12), 952-966 (2006).</li><li>van Leemput, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Automated+segmentation+of+hippocampal+subfields+from+ultra-high+resolution+in+vivo.">Automated segmentation of hippocampal subfields from ultra-high resolution in vivo.</a> MRI. Hippocampus. 19 (6), 549-557 (2009).</li><li>Winterburn, J. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+in+vivo+atlas+of+human+hippocampal+subfields+using+high-resolution+3+T+magnetic+resonance+imaging.">A novel in vivo atlas of human hippocampal subfields using high-resolution 3 T magnetic resonance imaging.</a> NeuroImage. 74, 254-265 (2013).</li><li>Wisse, L. E. M., Gerritsen, L., Zwanenburg, J. J. M., Kuijf, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Subfields+of+the+hippocampal+formation+at+7+T+MRI:+in+vivo.+volumetric+assessment.">Subfields of the hippocampal formation at 7 T MRI: in vivo. volumetric assessment.</a> NeuroImage. 61 (4), 1043-1049 (2012).</li><li>Yelnik, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+three-dimensional,+histological+and+deformable+atlas+of+the+human+basal+ganglia.+I.+Atlas+construction+based+on+immunohistochemical+and+MRI+data.">A three-dimensional, histological and deformable atlas of the human basal ganglia. I. Atlas construction based on immunohistochemical and MRI data.</a> NeuroImage. 34 (2), 618-638 (2007).</li><li>Yushkevich, P. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+high-resolution+computational+atlas+of+the+human+hippocampus+from+postmortem+magnetic+resonance+imaging+at+9.4+T.">A high-resolution computational atlas of the human hippocampus from postmortem magnetic resonance imaging at 9.4 T.</a> NeuroImage. 44 (2), 385-398 (2009).</li><li>Yushkevich, P. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+Comparison+of+21+Protocols+for+Labeling+Hippocampal+Subfields+and+Parahippocampal+Subregions+in+In+Vivo+MRI:+Towards+a+Harmonized+Segmentation+Protocol.">Quantitative Comparison of 21 Protocols for Labeling Hippocampal Subfields and Parahippocampal Subregions in In Vivo MRI: Towards a Harmonized Segmentation Protocol.</a> NeuroImage. , (2015).</li></ol>

The authors have no conflicts of interest to declare.

MR画像における海馬サブフィールドの分割は、文献によく表現されています。しかし、既存のプロトコルは、海馬20,23,33,35の一部を除外し、定着画像37にのみ適用され、または画像収集35,37のための超高磁場スキャナーが必要です。この原稿は、海馬には5つの主要な下位区分（CA1、CA2 / CA3、CA4 /歯状回、SR / SL / SM、および海馬台）を含み、構造の全体の前後長さにまた?...

海馬はエピソード記憶、空間ナビゲーション、およびその他の認知機能10,31と関連している広く研究されている内側側頭葉構造体です。神経変性およびアルツハイマー病、統合失調症、および双極性障害などの精神神経疾患におけるその役割は十分に文書化4,5,18,24,30です。この原稿の目標は、3Tで取得した高解像度磁気共鳴（MR）画像上のヒト海馬サブフィールドのために、以前に公表された34手動セグメンテーションプロトコルに追加の詳細を提供することを目的とします。また、この原稿を伴うビデオコンポーネントは、独自のデータセットのプロトコルを実装したい研究者へのさらなる支援を提供します。 海馬は、組織学的に調製された死後の試料12,22において観察cytoarchitectonic差に基づいてサブフィールドに分割することができます。このような死後の標本はgrouを定義しますND海馬サブフィールドの同定と研究のための真実。しかし、この種の製剤は、特に病気の集団で、染色のために専門的なスキルや機器を必要とし、固定された組織の利用可能性によって制限されている。in vivoイメージングは、被験者のはるかに大きなプールの利点があり、また、フォローのための機会を提供します研究アップや集団の変化を観察します。それはT2強調元に、その信号強度を示したが、インビボ MR画像は細胞密度13を反映し 、それは、単にMR信号強度を用いて、サブフィールドの間に明白な境界を識別することは困難です。このように、MR画像に組織学レベルの詳細を特定するための多くの異なるアプローチが開発されています。 いくつかのグループには、組織学的データセットを再構築し、デジタル化する努力をした後、海馬サブフィールドneuroanatをローカライズするために画像レジストレーション技術と一緒に、これらの再構成を使用していますin vivoでのMR 1,2,8,9,14,15,17,32の大丸有。これはMR画像上に直接組織学的グランドトゥルースのバージョンをマッピングするための有効な手法であるが、この種の再構成が完了するのは困難です。このようなプロジェクトは、完全な内側側頭葉標本、組織学的技術、組織学的処理中のデータ損失、および固定されており、in vivoでの脳の間の基本的な形態学的矛盾の利用可能性によって制限されています。他のグループはに ​​使用されている画像のコントラストの空間的に局所的な違いを視覚化するために、生体内で取得するための努力で高磁場スキャナー（7Tまたは9.4T）を使用するか、または十分に小さい（0.20〜0.35ミリメートル等方性）ボクセルサイズとex vivoで画像をしていますサブフィールド35,37間の境界を推測します。でも7T-9.4Tであり、小ボクセルサイズで、海馬のサブフィールドのcytoarchitectonic特性は表示されません。このように、手動セグメンテーションプロトコルが開発されていますMR画像上の既知の組織学的境界をpproximate。これらのプロトコルは、局所的な画像コントラスト差を解釈し、可視構造に比べて（例えば、直線や角度など）、幾何学的ルールを定義することで、サブフィールドの境界を決定します。高電界強度で撮影された画像は、海馬のサブフィールドに詳細な洞察を提供することができますが、7Tと9.4Tのプロトコルが現在適用が限られているので、高磁場スキャナは、まだ臨床又は研究の設定では一般的ではありません。同様のプロトコルは、3Tと4Tスキャナ11,20,21,23,24,25,28,33に収集した画像のために開発されています。これらのプロトコルの多くは、前頭面におけるサブ1ミリメートルのボクセルのボクセルの大きさの画像に基づいていますが、大きなスライス厚（0.8〜3ミリメートル）11,20,21,23,25,28,33または大スライス間の距離を持っています個々のサブフィールドのボリュームの推定において重要な測定バイアスの結果、どちらも20,28、。さらに、既存の3Tプロトコルの多く海馬頭や尾20,23,25,33の全部または一部のサブフィールドを除外したり、重要な部分構造（ すなわち、CA2 / CA3とDGを組み合わせたり、地層radiatum / lacunosum / moleculareのを含んでいないの詳細なセグメンテーションを提供していませんCA）11,20,21,23,24,25,28,33。確実に臨床と研究の設定で一般的に利用可能なスキャナに基づいている海馬の頭部、胴体、尾部全体に関連するサブフィールドを識別することができ、プロトコルの詳細な説明のための分野で必要とされています。努力が全体の海馬セグメンテーション6のための既存の調和の努力に類似の研究室との間の海馬サブフィールド分割処理を調和させるために、海馬サブフィールドグループ（www.hippocampalsubfields.com）によって現在進行中であり、21既存のプロトコルを比較する最初の論文は、最近38を発表しました。 。このグループからの作業は、さらに最適なセグメンテーションproceを解明しますジャ。 この原稿は、確実に高解像度3T MR画像上Winterburnや同僚34で先に説明した海馬サブフィールド分割プロトコルを実装するための詳細なとビデオ手順を説明します。プロトコルは、全体の海馬のための健康な対照の5つの画像と5海馬のサブフィールド（CA1、CA2 / CA3、CA4 /歯状回、地層radiatum / lacunosum / moleculare、および海馬台）の上に実装されています。これらのセグメント化された画像は、一般に公開されているオンライン（cobralab.ca/atlases/Hippocampus）にご利用いただけます。プロトコルおよびセグメント化された画像は、MR画像で詳細な海馬の神経解剖学を勉強したいグループのために有用であろう。

<table border="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Discovery MR750 3T</td>
			<td>GE</td>
			<td>NA</td>
			<td>Or equivalent 3T scanner</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Minc Tool Kit</td>
			<td>McConnell Brain Imaging Center, Montreal Neurological Institute</td>
			<td>NA</td>
			<td>Open source: http://www.bic.mni.mcgill.ca/ServicesSoftware/ServicesSoftwareMincToolKit</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

high-resolution in vivo manual segmentation protocol for human hippocampal subfields using 3t magnetic resonance imaging

ヒト海馬は広くメモリと正常な脳機能との関連で研究されており、異なる神経精神障害におけるその役割は重く研究されています。多くのイメージング研究は、単一の一体型神経解剖学的構造と海馬を扱うが、それは、実際には、複雑な三次元形状を持つ複数のサブフィールドで構成されています。このように、これらのサブフィールドは、特殊な機能を実行し、示差異なる疾患状態の経過を通して影響を受けることが知られています。磁気共鳴（MR）イメージングは​​、海馬およびそのサブフィールドの形態を調べるための強力なツールとして使用することができます。多くのグループが、サブフィールド画像に高度な画像処理ソフトウェアとハ​​ードウェア（&gt; 3T）を使用します。しかし、この種の技術は、ほとんどの研究および臨床イメージングセンターで容易に利用できない場合があります。このニーズに対処するために、この原稿は完全前後長さをセグメント化するための詳細なステップバイステップのプロトコルを提供海馬とそのサブフィールドの：アンモン角（CA）1、CA2 / CA3、CA4 /歯状回（DG）、地層radiatum / lacunosum / moleculare（SR / SL / SM）、および海馬台。このプロトコルは、5人の被験者（;年齢29から57、平均37。3F、2M）に適用されています。プロトコルの信頼性は、右または各被験者の左海馬のいずれかをresegmentingとダイスのカッパメトリックを使用してオーバーラップを計算することによって評価されます。 5人の被験者全体でサイコロのカッパ（範囲）を意味している：全体の海馬、0.91（0.90から0.92）。 CA1、0.78（0.77から0.79）。 CA2 / CA3、0.64（0.56から0.73）。 CA4 /歯状回、0.83（0.81から0.85）。地層radiatum / lacunosum / moleculare、0.71（0.68から0.73）。および海馬台0.75（0.72から0.78）。ここで紹介するセグメンテーションプロトコルは、一般的に入手可能なMRツールを使用して、in vivoで海馬と海馬のサブフィールドを研究するための信頼性の高い方法で他の研究室を提供します。

。プロトコルの信頼性試験の結果を表2に要約されている全体のバイラテラル海馬は、ダイスのカッパによって測定された平均の空間的オーバーラップが0.91であり、0.90の範囲である- 0.92。サブフィールドのカッパ値は0.64（CA2 / CA3）から0.83（CA4 /歯状回）の範囲にあります。全てのサブフィールドと全体の海馬の平均容積を表3に報告されて?...

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High-resolution In Vivo Manual Segmentation Protocol for Human Hippocampal Subfields Using 3T Magnetic Resonance Imaging

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.

高解像度<em&gt;インビボ</em&gt; 3T磁気共鳴画像を用いたヒト海馬サブフィールドのためのマニュアルセグメンテーションプロトコル

The human hippocampus has been broadly studied in the context of memory and normal brain function and its role in different neuropsychiatric disorders has ...

high-resolution-vivo-manual-segmentation-protocol-for-human

Research

JoVE Journal

Neuroscience

High-resolution In Vivo Manual Segmentation Protocol for Human Hippocampal Subfields Using 3T Magnetic Resonance Imaging

9.2K ビュー.  University of Toronto. 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. 

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Magnetic Resonance Spectroscopy of live Drosophila melanogaster using Magic Angle Spinning

High-Resolution Magic Angle Spinning (HRMAS) proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) is a novel non-destructive technique that improves spectral line-widths and allows high-resolution spectra to be obtained from extracts, intact cells, cell cultures, and more importantly intact tissue to investigate relationships between metabolites and cellular processes. In vivo HRMAS 1H-MRS studies have yet to be reported in the live fruit fly Drosophila melanogaster. Drosophila, as a simpler genetic organism, allows the multiple biological functions and various evolutionarily conserved signaling pathways to be examined at the whole organism level and it is a useful model for investigating genetics and physiology. To this end, we developed and implemented an in vivo HRMAS 1H-MRS method to investigate live Drosophila at 14.1 T. Here, we outline an HRMAS 1H-MRS protocol for the molecular characterization of Drosophila with a conventional MR spectrometer equipped with an HRMAS probe. This technique is a novel, in vivo, non-destructive Drosophila metabolite measurement approach, which enables the identification of disease biomarkers and thus may contribute to novel therapeutic development.

Magnetic Resonance Spectroscopy of live Drosophila melanogaster using Magic Angle Spinning

This technique enables the use of high-resolution magic angle spinning proton MR spectroscopy (HRMAS 1H-MRS) for molecular characterization of live Drosophila melanogaster with a conventional 14.1 tesla spectrometer equipped with an HRMAS probe.

ライブの磁気共鳴分光法キイロショウジョウバエマジックアングルスピニングを使用して

High-Resolution Magic Angle Spinning (HRMAS) proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) is a novel non-destructive technique that improves spectral ...

神経科学

Multiple-mouse Neuroanatomical Magnetic Resonance Imaging

The field of mouse phenotyping with magnetic resonance imaging (MRI) is rapidly growing, motivated by the need for improved tools for characterizing and evaluating mouse models of human disease. MRI is an excellent modality for investigating genetically altered animals. It is capable of whole brain coverage, can be used in vivo, and provides multiple contrast mechanisms for investigating different aspects of neuranatomy and physiology. The advent of high-field scanners along with the ability to scan multiple mice simultaneously allows for rapid phenotyping of novel mutations.
Effective mouse MRI studies require attention to many aspects of experiment design. In this article, we will describe general methods to acquire quality images for mouse phenotyping using a system that images mice concurrently in shielded transmit/receive radio frequency (RF) coils in a common magnet (Bock et al., 2003). We focus particularly on anatomical phenotyping, an important and accessible application that has shown a high potential for impact in many mouse models at our imaging centre. Before we can provide the detailed steps to acquire such images, there are important practical considerations for both in vivo brain imaging (Dazai et al., 2004) and ex vivo brain imaging (Spring et al., 2007) that should be noted. These are discussed below.

Magnetic resonance imaging (MRI) has become an increasingly popular tool for examining the phenotype of genetically altered mice. This article illustrates the methods necessary to achieve high-throughput phenotyping of genetically altered mice using multiple-mouse MRI.

複数のマウスの神経解剖学的磁気共鳴イメージング

The field of mouse phenotyping with magnetic resonance imaging (MRI) is rapidly growing, motivated by the need for improved tools for characterizing and ...

A Rapid Approach to High-Resolution Fluorescence Imaging in Semi-Thick Brain Slices

A fundamental goal to both basic and clinical neuroscience is to better understand the identities, molecular makeup, and patterns of connectivity that are characteristic to neurons in both normal and diseased brain. Towards this, a great deal of effort has been placed on building high-resolution neuroanatomical maps1-3. With the expansion of molecular genetics and advances in light microscopy has come the ability to query not only neuronal morphologies, but also the molecular and cellular makeup of individual neurons and their associated networks4. Major advances in the ability to mark and manipulate neurons through transgenic and gene targeting technologies in the rodent now allow investigators to 'program' neuronal subsets at will5-6. Arguably, one of the most influential contributions to contemporary neuroscience has been the discovery and cloning of genes encoding fluorescent proteins (FPs) in marine invertebrates7-8, alongside their subsequent engineering to yield an ever-expanding toolbox of vital reporters9. Exploiting cell type-specific promoter activity to drive targeted FP expression in discrete neuronal populations now affords neuroanatomical investigation with genetic precision.
Engineering FP expression in neurons has vastly improved our understanding of brain structure and function. However, imaging individual neurons and their associated networks in deep brain tissues, or in three dimensions, has remained a challenge. Due to high lipid content, nervous tissue is rather opaque and exhibits auto fluorescence. These inherent biophysical properties make it difficult to visualize and image fluorescently labelled neurons at high resolution using standard epifluorescent or confocal microscopy beyond depths of tens of microns. To circumvent this challenge investigators often employ serial thin-section imaging and reconstruction methods10, or 2-photon laser scanning microscopy11. Current drawbacks to these approaches are the associated labor-intensive tissue preparation, or cost-prohibitive instrumentation respectively.
Here, we present a relatively rapid and simple method to visualize fluorescently labelled cells in fixed semi-thick mouse brain slices by optical clearing and imaging. In the attached protocol we describe the methods of: 1) fixing brain tissue in situ via intracardial perfusion, 2) dissection and removal of whole brain, 3) stationary brain embedding in agarose, 4) precision semi-thick slice preparation using new vibratome instrumentation, 5) clearing brain tissue through a glycerol gradient, and 6) mounting on glass slides for light microscopy and z-stack reconstruction (Figure 1).
For preparing brain slices we implemented a relatively new piece of instrumentation called the 'Compresstome' VF-200 (http://www.precisionary.com/products_vf200.html). This instrument is a semi-automated microtome equipped with a motorized advance and blade vibration system with features similar in function to other vibratomes. Unlike other vibratomes, the tissue to be sliced is mounted in an agarose plug within a stainless steel cylinder. The tissue is extruded at desired thicknesses from the cylinder, and cut by the forward advancing vibrating blade. The agarose plug/cylinder system allows for reproducible tissue mounting, alignment, and precision cutting. In our hands, the 'Compresstome' yields high quality tissue slices for electrophysiology, immunohistochemistry, and direct fixed-tissue mounting and imaging. Combined with optical clearing, here we demonstrate the preparation of semi-thick fixed brain slices for high-resolution fluorescent imaging.

Here we describe a rapid and simple method to image fluorescently labeled cells in semi-thick brain slices. By fixing, slicing, and optically clearing brain tissue we describe how standard epifluorescent or confocal imaging can be used to visualize individual cells and neuronal networks within intact nervous tissue.

セミ厚い脳スライスにおける高解像度蛍光イメージングへの迅速なアプローチ

A fundamental goal to both basic and clinical neuroscience is to better understand the identities, molecular makeup, and patterns of connectivity that are ...

High-resolution Functional Magnetic Resonance Imaging Methods for Human Midbrain

Functional MRI (fMRI) is a widely used tool for non-invasively measuring correlates of human brain activity. However, its use has mostly been focused upon measuring activity on the surface of cerebral cortex rather than in subcortical regions such as midbrain and brainstem. Subcortical fMRI must overcome two challenges: spatial resolution and physiological noise. Here we describe an optimized set of techniques developed to perform high-resolution fMRI in human SC, a structure on the dorsal surface of the midbrain; the methods can also be used to image other brainstem and subcortical structures.
High-resolution (1.2 mm voxels) fMRI of the SC requires a non-conventional approach. The desired spatial sampling is obtained using a multi-shot (interleaved) spiral acquisition1. Since, T2* of SC tissue is longer than in cortex, a correspondingly longer echo time (TE ~ 40 msec) is used to maximize functional contrast. To cover the full extent of the SC, 8-10 slices are obtained. For each session a structural anatomy with the same slice prescription as the fMRI is also obtained, which is used to align the functional data to a high-resolution reference volume.
In a separate session, for each subject, we create a high-resolution (0.7 mm sampling) reference volume using a T1-weighted sequence that gives good tissue contrast. In the reference volume, the midbrain region is segmented using the ITK-SNAP software application2. This segmentation is used to create a 3D surface representation of the midbrain that is both smooth and accurate3. The surface vertices and normals are used to create a map of depth from the midbrain surface within the tissue4.
Functional data is transformed into the coordinate system of the segmented reference volume. Depth associations of the voxels enable the averaging of fMRI time series data within specified depth ranges to improve signal quality. Data is rendered on the 3D surface for visualization.
In our lab we use this technique for measuring topographic maps of visual stimulation and covert and overt visual attention within the SC1. As an example, we demonstrate the topographic representation of polar angle to visual stimulation in SC.

This article describes techniques to perform high-resolution functional magnetic resonance imaging with 1.2 mm sampling in human midbrain and subcortical structures using a 3T scanner. Use of these techniques to resolve topographic maps of visual stimulation in the human superior colliculus (SC) is given as an example.

人間の中脳の高解像度機能的磁気共鳴画像法

Functional MRI (fMRI) is a widely used tool for non-invasively measuring correlates of human brain activity. However, its use has mostly been focused upon ...

A Comprehensive Protocol for Manual Segmentation of the Medial Temporal Lobe Structures

The present paper describes a comprehensive protocol for manual tracing of the set of brain regions comprising the medial temporal lobe (MTL): amygdala, hippocampus, and the associated parahippocampal regions (perirhinal, entorhinal,&#160;and parahippocampal proper). Unlike most other tracing protocols available, typically focusing on certain MTL areas (e.g., amygdala and/or hippocampus), the integrative perspective adopted by the present tracing guidelines allows for clear localization of all MTL subregions. By integrating information from a variety of sources, including extant tracing protocols separately targeting various MTL structures, histological reports, and brain atlases, and with the complement of illustrative visual materials, the present protocol provides an accurate, intuitive, and convenient guide for understanding the MTL anatomy. The need for such tracing guidelines is also emphasized by illustrating possible differences between automatic and manual segmentation protocols. This knowledge can be applied toward research involving not only structural MRI investigations but also structural-functional colocalization and fMRI signal extraction from anatomically defined ROIs, in healthy and clinical groups alike.

The present work provides a comprehensive set of guidelines for manually tracing the medial temporal lobe (MTL) structures. This protocol can be applied to research involving structural and/or combined structural-functional magnetic resonance imaging (MRI) investigations of the MTL, in both healthy and clinical groups.

内側側頭葉構造の手動分割のための総合的なプロトコル

The present paper describes a comprehensive protocol for manual tracing of the set of brain regions comprising the medial temporal lobe (MTL): amygdala, ...

Metabolomic Analysis of Rat Brain by High Resolution Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy of Tissue Extracts

Studies of gene expression on the RNA and protein levels have long been used to explore biological processes underlying disease. More recently, genomics and proteomics have been complemented by comprehensive quantitative analysis of the metabolite pool present in biological systems. This strategy, termed metabolomics, strives to provide a global characterization of the small-molecule complement involved in metabolism. While the genome and the proteome define the tasks cells can perform, the metabolome is part of the actual phenotype. Among the methods currently used in metabolomics, spectroscopic techniques are of special interest because they allow one to simultaneously analyze a large number of metabolites without prior selection for specific biochemical pathways, thus enabling a broad unbiased approach. Here, an optimized experimental protocol for metabolomic analysis by high-resolution NMR spectroscopy is presented, which is the method of choice for efficient quantification of tissue metabolites. Important strengths of this method are (i) the use of crude extracts, without the need to purify the sample and/or separate metabolites; (ii) the intrinsically quantitative nature of NMR, permitting quantitation of all metabolites represented by an NMR spectrum with one reference compound only; and (iii) the nondestructive nature of NMR enabling repeated use of the same sample for multiple measurements. The dynamic range of metabolite concentrations that can be covered is considerable due to the linear response of NMR signals, although metabolites occurring at extremely low concentrations may be difficult to detect. For the least abundant compounds, the highly sensitive mass spectrometry method may be advantageous although this technique requires more intricate sample preparation and quantification procedures than NMR spectroscopy. We present here an NMR protocol adjusted to rat brain analysis; however, the same protocol can be applied to other tissues with minor modifications.

The neurochemistry of mammalian brain is changed in many neurological and systemic diseases. Characteristic profiles of cerebral metabolites can be efficiently obtained based on crude extracts of brain tissue. To this end, high-resolution NMR spectroscopy is employed, enabling detailed quantitative analysis of metabolite concentrations (metabolomics).

組織抽出物の高分解能核磁気共鳴分光法によるラット脳のメタボローム解析

Studies of gene expression on the RNA and protein levels have long been used to explore biological processes underlying disease. More recently, genomics ...

High-resolution Structural Magnetic Resonance Imaging of the Human Subcortex In Vivo and Postmortem

The focus of this study was to test the resolution limits of structural MRI of a postmortem brain compared to living human brains. The resolution of structural MRI in vivo is ultimately limited by physiological noise, including pulsation, respiration and head movement. Although imaging hardware continues to improve, it is still difficult to resolve structures on the millimeter scale. For example, the primary visual sensory pathways synapse at the lateral geniculate nucleus (LGN), a visual relay and control nucleus in the thalamus that normally is organized into six interleaved monocular layers. Neuroimaging studies have not been able to reliably distinguish these layers due their small size that are less than 1 mm thick.
The resolving limit of structural MRI, in a postmortem brain was tested using multiple images averaged over a long duration (~24 h). The purpose was to test whether it was possible to resolve the individual layers of the LGN in the absence of physiological noise. A proton density (PD)1 weighted pulse sequence was used with varying resolution and other parameters to determine the minimum number of images necessary to be registered and averaged to reliably distinguish the LGN and other subcortical regions. The results were also compared to images acquired in living human brains. In vivo subjects were scanned in order to determine the additional effects of physiological noise on the minimum number of PD scans needed to differentiate subcortical structures, useful in clinical applications.

High-resolution Structural Magnetic Resonance Imaging of the Human Subcortex In Vivo and Postmortem

Here we present a protocol to determine the minimum number images that needed to be registered and averaged to resolve subcortical structures and test whether the individual layers of the LGN could be resolved in the absence of physiological noise.

ヒト皮質下の高分解能構造磁気共鳴イメージング<I&gt;インビボ</I&gt;と死後

The focus of this study was to test the resolution limits of structural MRI of a postmortem brain compared to living human brains. The resolution of ...

A Magnetic Resonance Imaging Protocol for Stroke Onset Time Estimation in Permanent Cerebral Ischemia

MRI provides a sensitive and specific imaging tool to detect acute ischemic stroke by means of a reduced diffusion coefficient of brain water. In a rat model of ischemic stroke, differences in quantitative T1 and T2 MRI relaxation times (qT1 and qT2) between the ischemic lesion (delineated by low diffusion) and the contralateral non-ischemic hemisphere increase with time from stroke onset. The time dependency of MRI relaxation time differences is heuristically described by a linear function and thus provides a simple estimate of stroke onset time. Additionally, the volumes of abnormal qT1 and qT2 within the ischemic lesion increase linearly with time providing a complementary method for stroke timing. A (semi)automated computer routine based on the quantified diffusion coefficient is presented to delineate acute ischemic stroke tissue in rat ischemia. This routine also determines hemispheric differences in qT1 and qT2 relaxation times and the location and volume of abnormal qT1 and qT2 voxels within the lesion. Uncertainties associated with onset time estimates of qT1 and qT2 MRI data vary from &plusmn; 25 min to &plusmn; 47 min for the first 5 hours of stroke. The most accurate onset time estimates can be obtained by quantifying the volume of overlapping abnormal qT1 and qT2 lesion volumes, termed 'Voverlap' (&plusmn; 25 min) or by quantifying hemispheric differences in qT2 relaxation times only (&plusmn; 28 min). Overall, qT2 derived parameters outperform those from qT1. The current MRI protocol is tested in the hyperacute phase of a permanent focal ischemia model, which may not be applicable to transient focal brain ischemia.

A protocol for stroke onset time estimation in a rat model of stroke exploiting quantitative magnetic resonance imaging (qMRI) parameters is described. The procedure exploits diffusion MRI for delineation of the acute stroke lesion and quantitative T1 and T2 (qT1 and qT2) relaxation times for timing of stroke.

恒久的な脳虚血における脳卒中発症時間推定のための磁気共鳴イメージ投射プロトコル

MRI provides a sensitive and specific imaging tool to detect acute ischemic stroke by means of a reduced diffusion coefficient of brain water. In a rat ...

A Standardized Pipeline for Examining Human Cerebellar Grey Matter Morphometry using Structural Magnetic Resonance Imaging

Multiple lines of research provide compelling evidence for a role of the cerebellum in a wide array of cognitive and affective functions, going far beyond its historical association with motor control. Structural and functional neuroimaging studies have further refined understanding of the functional neuroanatomy of the cerebellum beyond its anatomical divisions, highlighting the need for the examination of individual cerebellar subunits in healthy variability and neurological diseases. This paper presents a standardized pipeline for examining cerebellum grey matter morphometry that combines high-resolution, state-of-the-art approaches for optimized and automated cerebellum parcellation (Automatic Cerebellum Anatomical Parcellation using U-Net Locally Constrained Optimization; ACAPULCO) and voxel-based registration of the cerebellum (Spatially Unbiased Infra-tentorial Template; SUIT) for volumetric quantification. 
The pipeline has broad applicability to a range of neurological diseases and is fully automated, with manual intervention only required for quality control of the outputs. The pipeline is freely available, with substantial accompanying documentation, and can be run on Mac, Windows, and Linux operating systems. The pipeline is applied in a cohort of individuals with Friedreich ataxia (FRDA), and representative results, as well as recommendations on group-level inferential statistical analyses, are provided. This pipeline could facilitate reliability and reproducibility across the field, ultimately providing a powerful methodological approach for characterizing and tracking cerebellar structural changes in neurological diseases.

A standardized pipeline is presented for examining cerebellum grey matter morphometry. The pipeline combines high-resolution, state-of-the-art approaches for optimized and automated cerebellum parcellation and voxel-based registration of the cerebellum for volumetric quantification.

構造磁気共鳴イメージングを用いたヒト小脳灰白質形態測定検査のための標準化されたパイプライン

Multiple lines of research provide compelling evidence for a role of the cerebellum in a wide array of cognitive and affective functions, going far beyond ...

現実のシナリオにおける人間の視覚、認知、および相互作用のセットアップ

A Naturalistic Setup for Presenting Real People and Live Actions in Experimental Psychology and Cognitive Neuroscience Studies

Perception of others&#39; actions is crucial for survival, interaction, and communication. Despite decades of cognitive neuroscience research dedicated to understanding the perception of actions, we are still far away from developing a neurally inspired computer vision system that approaches human action perception. A major challenge is that actions in the real world consist of temporally unfolding events in space that happen &#34;here and now&#34; and are actable. In contrast, visual perception and cognitive neuroscience research to date have largely studied action perception through 2D displays (e.g., images or videos) that lack the presence of actors in space and time, hence these displays are limited in affording actability. Despite the growing body of knowledge in the field, these challenges must be overcome for a better understanding of the fundamental mechanisms of the perception of others&#39; actions in the real world. The aim of this study is to introduce a novel setup to conduct naturalistic laboratory experiments with live actors in scenarios that approximate real-world settings. The core element of the setup used in this study is a transparent organic light-emitting diode (OLED) screen through which participants can watch the live actions of a physically present actor while the timing of their presentation is precisely controlled. In this work, this setup was tested in a behavioral experiment. We believe that the setup will help researchers reveal fundamental and previously inaccessible cognitive and neural mechanisms of action perception and will be a foundation for future studies investigating social perception and cognition in naturalistic settings.

著者スポットライト:シナリオで実際の人間の俳優と自然主義的な実験室実験を実施するための新しいセットアップ 

This study presents a naturalistic experimental setup that allows researchers to present real-time action stimuli, obtain response time and mouse tracking data while participants respond after each stimulus display, and change actors between experimental conditions with a unique system including a special transparent organic light-emitting diode (OLED) screen and light manipulation.

実験心理学と認知神経科学研究における実在の人物と実写を提示するための自然主義的な設定

Perception of others&#39; actions is crucial for survival, interaction, and communication. Despite decades of cognitive neuroscience research dedicated to ...