광시야 망막 자극을 이용한 시각 피질의 기능적 자기 공명 영상(fMRI)

요약

우리는 일반적으로 사용되는 것보다 더 많은 시야를 활용하여 시각 피질 기능을 매핑하는 기술을 개발했습니다. 이 접근법은 시력 장애 및 안과 질환의 평가를 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

초록

광시야각 표현이 가능한 고해상도 망막소 혈액 산소화 수준 의존적(BOLD) 기능적 자기 공명 영상(fMRI)을 사용하여 주변 및 중추 시각 피질을 기능적으로 매핑할 수 있습니다. 시각 뇌의 기능적 변화를 측정하는 이 방법은 일반적으로 시야의 <30°를 커버하는 표준 fMRI 시각적 프레젠테이션 설정에 비해 시야의 >100°(±50°) 이상을 자극하여 후두엽의 기능적 매핑을 가능하게 합니다. BOLD fMRI를 위한 간단한 광시야각 자극 시스템은 피사체의 얼굴 가까이에 대형 거울이나 스크린을 배치하고 표준 헤드 코일의 뒤쪽 절반만 사용하여 시야를 방해하지 않고 넓은 시야각을 제공하여 일반적인 MR 호환 프로젝터를 사용하여 설정할 수 있습니다. 그런 다음 다양한 망막권 자극 패러다임을 사용하여 광시야각 망막소 fMRI 맵을 이미지화할 수 있으며, 데이터를 분석하여 중심 및 주변 시력에 해당하는 시각 피질 영역의 기능적 활성을 결정할 수 있습니다. 이 방법은 녹내장과 같은 안과 질환 및 이에 수반될 수 있는 시력 상실로 인한 주변 및 중추 시각 피질의 변화를 평가하는 데 사용할 수 있는 실용적이고 구현하기 쉬운 시각적 표현 시스템을 제공합니다.

서문

기능적 자기공명영상(fMRI)은 국소 혈류의 변화가 뇌 영역의 활성화와 상관관계가 있기 때문에 자극에 반응하여 시각 피질 내 국소 신경혈관 기능의 변화를 평가하는 데 유용한 방법입니다 ^1,2. 고분해능 망막소 혈액 산소화 수준 의존적(BOLD) 신호 측정은 뇌 내 혈류 및 혈액 산소화의 국소적 변화에 의해 유발되는 디옥시헤모글로빈의 변화를 나타냅니다 ^1,2. fMRI 데이터에서 수집된 대담한 활동 패턴은 말초 및 중추 시각 피질을 기능적으로 매핑하는 데 사용할 수 있을 뿐만 아니라 시각 장애 및 신경 퇴행에 대한 반응으로 망막 토픽 맵의 변화를 감지하는 데 사용할 수 있습니다³.

대부분의 이전 fMRI 연구는 좁은 시야(중심 시야의 약 ±12°) 비망막 자극 또는 좁은 시야의 시각 자극을 동반한 단순 망막 자극을 사용했는데, 이는 시각 피질에서 망막 표현의 제한된 기능적 구획화를 제공하고 주변부를 제외한 중심 시야에만 제한적인 평가를 제공했다

프로토콜

인간 참가자를 대상으로 한 연구는 텍사스 대학교 보건 과학 센터와 스토니 브룩 대학교의 기관 지침에 따라 수행되었으며, 이러한 연구 및 데이터 사용에 대해 참가자로부터 정보에 입각한 동의를 얻었습니다.

1. MRI 스캐너 및 영상 프로토콜 설정

1. fMRI의 경우 다중 채널 수신기 헤드 코일이 있는 3T MRI 스캐너를 사용하십시오. 다른 전계 강도도 사용할 수 있지만 신호 대 잡음비(SNR) 또는 왜곡 아티팩트에 어려움이 있을 수 있으므로 그에 따라 조정하십시오. fMRI의 경우 헤드 코일의 뒤쪽 절반만 사용하여 코일의 앞쪽 절반에 의해 방해받지 않고 더 큰 시야각을 허용합니다.
2. 반복 시간(TR) 2.2초, 에코 시간(TE) 2.8ms, 시야(FOV) 176mm x 256mm x 208mm, 공간 분해능 1mm x 1mm x 1mm, 대역폭 190Hz/픽셀, 플립 각도 13°, 스캔 지속 시간 3.1분³.
3. TR 2s, TE 30ms, FOV 220mm x 220mm, 평면 내 해상도 1.7mm x 1.7mm, 두께 3mm의 슬라이스 29개, 대역폭 1,500Hz/^pixel3로....

토론

광시야각 망막소정 fMRI를 활용하기 위한 위의 프로토콜은 시력 상실 및 안과 질환이 뇌에 미치는 영향을 평가하는 혁신적인 방법입니다. 더 넓은 시야 화면을 사용하여 시각 피질의 광시야 망막 매핑을 통해 이 접근 방식을 통해 시각 시스템의 기능적 조직을 보다 포괄적으로 이해할 수 있습니다. 이것은 녹내장과 같은 신경 퇴행에서 발생하는 뇌의 시각 처리 시스템의 이상을 더 잘 이해할 수 있?.......

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
1/4"-20 nylon machine screws, knurled head thumb screw			to attach rod to PVC frame
1-1/4 inch PVC pipe			length of ~5-10 ft is needed
3T MRI scanner	Siemens
6-32 nylon machine screws, rounded head			to attach mirror/screen to rod
8-channel head array coil	Siemens
90 degree PVC elbow, 1-1/4 inch fitting
Acrylic mirror			Width and length of 25-30cm
Acrylic rod			1 inch width, ~ 2 ft long depening on size of scanner bore and head coil
E-Prime	Psychology Software Tools		to prepare and present visual stimuli paradigms
Plywood sheet, 1/2 inch thick			Size should be at least as large as the scanner bore. Cut as bore-sized frame for the projection screen
Rear projection screen			Size should be at least as large as the scanner bore