The authors acknowledge the following funding sources, the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC), the Dorothy Pitts Research Fund (NG), and the Nicky and Thor Eaton Research Fund. The authors acknowledge Kevin DeSimone, and Aman Goyal and for their knowledge in MRI acquisition and analysis expertise.

1. 참가자 및 사후 뇌 설정 주 : 모든 이미지는 32 채널 헤드 코일 및 모든 MRI 스캔과 3 T MRI 스캐너를 이용하여 취득하고, 실온에서 약 20 ° C를 실시 하였다. 모든 참가자는 오른 손잡이했고, 동의서를 작성했다. 각 참가자는 신경 질환의 병력이없는 건강에 있었다. 실험 프로토콜은 승인 뉴욕 대학 인간의 참가자 심의위원회의 가이드 라인을 따라했다. <ol><li> 각 참가자가 작성하고 자기 공명 영상 안전 가이드 라인과 신경 영상 프로토콜의 자세한 사항 환자 동의서에 서명하자. </li><li> 각 참가자의 경우, 각 귀에 귀마개를 배치하고 머리의 움직임을 최소화하기 위해 패드로 자신의 머리를 고정합니다. </li><li> 사후 뇌 영상의 경우, 뇌가 뇌 영상 이전에 고정되어 MRI 헤드 코일 내부에 맞는 가​​방이나 컨테이너에 포함되어 있는지 확인합니다. 그 z 축과 머리 코일의 사후 뇌를 놓고 (우수는 INF하기erior) 스캐너의 구멍과 정렬됩니다. 뇌간 (후방)는 스캐너 침대의 발쪽으로 향해야합니다. </li><li> 추가 지원에 대한 사후 뇌 주위가 진공 쿠션 손을 놓습니다. </li></ol> 2. 지역화 및 Subcortex을 처방 주 :이 시상 및 중뇌 대뇌 피질 사이에 위치 뇌의 중심 근처에 위치한 듀얼 결각 구조이다. 등쪽 시상에 위치한, 인간의 LGN은 ~ 10mm의 최대 확장하는 작은 피질 하 구조입니다. <ol><li> 새로운 참가자를 등록하려면, MRI 이미징 소프트웨어를 열고 왼쪽 상단 모서리에있는 환자 탭을 클릭합니다. 그런 다음 등록을 클릭합니다. </li><li> 해당 환자의 정보를 입력 한 다음 시험 탭을 클릭합니다. </li><li> 로컬 라이저 검사를 얻으려면, 새로운 프로토콜을 만들 시험 탐색기 탭을 클릭합니다. 화면에 설정 창을 준수 일반 탭을 클릭 한 다음 매개 변수를 입력 취득시간 28 초, 취득 매트릭스 160 × 160, 1 조각, 1.6 mm 두께의 등방성 복셀 크기, FOV = 260mm, FOV 단계 = 100 %, 슬라이스 해상도 = 69 %, 상과 부분적인 위상을 슬라이스 푸리에 = 6/8, TR = 3.15 MS, TE = 1.37 밀리 초는 각도 = 8 ° 플립. </li><li> (도 4) 내에서 시상 피질 핵을 피복 로컬 라이저 PD 위에 이미지를 획득뿐만 아니라 구조를 주변에 사용되는 슬라이스 선택 박스를 오버레이. </li></ol> 3. 고해상도 구조 매개 변수 <ol><li> 고해상도 PD 중점 검사를 얻기위한 새로운 프로토콜을 만듭니다. , TR을 획득 시간 179 초, 취득 매트릭스 512 × 512, 0.3 × 0.3 × 1mm 3 복셀 크기 = 3.25 초 : 화면의 설정 창에서 일반 탭을 클릭하고 관상 방향으로 다음과 같은 매개 변수를 입력 , TE = 32 밀리 초, 플립 각도 = 120 °, 인터리브 슬라이스 인수, FOV 함께 = 160mm, FOV가 상 = 100 %, 병렬 자기 공명 영상 (GRAPPA)를 읽어(2)의 가속 계수. <ol><li> 32 밀리 초 5. 첫 번째 에코의 에코 기차 길이, 터보 스핀 에코 시퀀스를 사용하면이 순서의 효과적인 에코입니다. SNR을 최대화하기 위해, 가능한 최소 40 Hz에서 / 화소의 대역폭 (BW)를 감소. FOV = 160mm로, 각각 1mm 두께를, 검사 시간을 줄이고 18 조각을 선택합니다. 이 슬래브 관심 피질 영역의 충분한 커버리지를 제공한다. , 피질 하 구조의 신뢰성 확인을 위해 위의 매개 변수와 함께 5 실행을 획득 : 주. 총 검사 시간 만 ~ 15 분 (그림 5)입니다. 지방 포화는 사용되지 않았다. </li></ol></li><li> 사후 뇌 영상에서 피질 하 구조의 신뢰성 확인은 3.1 (그림 6)에서와 같은 스캔 프로토콜 다음 만 ~ 3 분의 총 시간으로 한 검사에서 관찰 할 수있다. </li></ol> 4. 이미지 분석 참고 : 사용, 자유롭게 사용할 수 FMRIB의를 MRI 데이터를 분석하려면소프트웨어 라이브러리에서 다운로드 할 수 있습니다 (FSL) 패키지 ( <a href="https://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/">https://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/</a> ). <ol><li> 터미널 창을 열고 NIfTI 변환기에 DICOM과 NIfTI 형식으로 각 PD 볼륨에 대한 스캐너에서 원시 DICOM 파일을 변환합니다. 의 숫자는 무료로 다운로드 가능 (예., <a href="https://www.nitrc.org/projects/mricron">https://www.nitrc.org/projects/mricron</a> ). 명령 행에서 각 PD 가중 이미지 실행의 디렉토리 다음에 dcm2nii 입력합니다. </li><li> 터미널 창에서 원래 PD 스캔의 매개 변수를 얻을 수 있습니다. NIfTI 형식의 PD 스캔 다음 명령 줄에서 fslinfo 입력합니다. </li><li> 배 해상도와 원래 PD 스캔에서 fslinfo에서 파라미터에 의해 지정된 반 복셀 크기를 갖는 고해상도 영상 빈 타겟 볼륨을 생성. 다음과 같이 명령에 대한 데이터 입력의 순서는 다음과 같습니다 fslcreatehd &lt;xsize&gt; &lt;정의하는 YSize&gt; &lt;Z크기&gt; &lt;로 tsize&gt; &lt;xvoxsize&gt; &lt;yvoxsize&gt; &lt;zvoxsize&gt; &lt;TR&gt; &lt;xorigin&gt; &lt;yorigin&gt; &lt;zorigin&gt; &lt;데이터 유형&gt; &lt;에 HeaderName&gt; 참고 : 3.1에 설명 된대로 다음 매개 변수를 사용하여 원래의 PD 스캔이 수집하는 경우 예를 들어, (즉, 512 × 512 매트릭스, 18 조각, 0.3 × 0.3 × 1mm 3 복셀 크기, TR = 3.25들), 다음을 입력 명령 창에 : fslcreatehd 1,024 1,024 36 0.15 0.15 1 0.5 3.25 0 0 0 4 blankhr.nii.gz </li><li> 항등 행렬을 이용하여 변환을 정의한다. 텍스트 파일은 다음과 같습니다 &#39;identity.mat&#39;로 저장 텍스트 편집기 프로그램을 입력 : 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 </li><li> 1024 매트릭스에 512에서 전체 해상도를 두 배로 각각 원래 PD 가중 실행을 업 샘플링, 변환을 적용하는 바람둥이 명령을 사용하여, 0.15 × 0.15의 해상도의 결과로 각 차원의 복셀 크기를 절반으로0.5 mm의 3 ×. 각 PD 볼륨에 대한 터미널 창에서 실행마다 원본과 출력의 이름을 변경하는 다음과 같은 바람둥이 명령을 입력 : -interp 싱크 -in originalPD.nii.gz -ref blankhr.nii.gz -applyxfm -init identity.mat -out highresPD.nii.gz를 꼬시 주 : originalPD.nii.gz 소스 볼륨, 원하는 출력 해상도 blankhr.nii.gz이며 highresPD.nii.gz는 출력 볼륨의 이름이다. </li><li> 새 폴더에 모든 고해상도 이미지를 이동하고 터미널 창에서로 이동합니다. </li><li> 각 참가자에 대해, fslmerge를 사용하여 단일 파일 4D에 모든 업 샘플링 PD 화상을 연결. 터미널 창에 다음을 입력합니다 : fslmerge -t concat_highresPD * .nii.gz 참고 :이 co​​ncat_highresPD.nii.gz라는 4D 파일을 만듭니다. </li><li> 모션 mcflirt (10)를 사용하여 연결된 파일을 수정합니다. 이 도구는 선형 (아핀)에 대한 자동화 된 강력한 등록 남북 간 모달 뇌 이미지 수 있습니다. 선택더 정확성을 더 최적화 패스로 싱크 보간을 (내부적으로) 활용 4 단계의 보정. 터미널 창에 다음을 입력합니다 : mcflirt -in concat_highresPD -out mcf_concat_highresPD.nii.gz -stages 4 -plots 참고 :이 mcf_concat_highresPD.nii.gz라는 4D 파일을 만듭니다. </li><li> 마지막으로, 3D 이미지 사용 fslmaths을 의미 만듭니다. 터미널 창에 다음을 입력합니다 : fslmaths mcf_concat_highresPD.nii.gz -Tmean mean_highresPD.nii.gz 참고 :이 높은 품질의 mean_highresPD.nii.gz라는 3D 파일을 만듭니다 </li><li> fslview 명령을 사용하여 최종 결과 3D 고해상도 이미지를 시각화. 이미지가 어디의 디렉토리에서 터미널 창에 다음을 입력 : fslview mean_highresPD.nii.gz. &quot; </li><li> 질문에 로아의 강도 프로파일을 검사합니다. fslview를 사용하여 투자 수익 (ROI)을 생성 (이 예를 들어 LGN의 영역에 걸쳐 그려진 수직선을 할 수있다). fslview에서 고해상도 화상을 PD로드. 도구 탭을 클릭,다음 ROI를 그리기 위해 이미지를 확대하기 위해 하나의 이미지 탭을 클릭합니다. 그런 다음, 마스크 만들기 탭 다음에 파일 탭을 클릭합니다. 관심의 투자 수익 (ROI)에 선을 그립니다. 다음, 저장을 파일을 클릭하여 투자 수익 (ROI)을 저장합니다. 강도 비교와 문제의 다른 로아에 대한 투자 수익 (ROI) 내에서 여러 분야의 선 마스크를 반복합니다. </li><li> 이미지의 결과 강도를 분석하는 AFNI의 3dmaskdump 명령을 사용하십시오. 이미지는 이미지의 강도와 위치를 추출하는 단말기 창에서 다음 명령을 사용하여 어디의 디렉토리에서 투자 수익 (ROI) 마스크 (result_mask.txt로 제공) 3dmaskdump -o result_mask.txt -noijk -xyz -mask ROI_linemask.nii.gz PDaverage_image.nii.gz </li></ol>

<ol>
	<li>Devlin, J. T., 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=Reliable+identification+of+the+auditory+thalamus+using+multi-modal+structural+analyses.">Reliable identification of the auditory thalamus using multi-modal structural analyses.</a> NeuroImage. 30 (4), 1112-1120 (2006).</li><li>Fellner, F., 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=True+proton+density+and+T2-weighted+turbo+spin-echo+sequences+for+routine+MRI+of+the+brain.">True proton density and T2-weighted turbo spin-echo sequences for routine MRI of the brain.</a> Neuroradiology. 36 (8), 591-597 (1994).</li><li>Schumann, C. M., Buonocore, M. H., Amaral, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+resonance+imaging+of+the+post-mortem+autistic+brain.">Magnetic resonance imaging of the post-mortem autistic brain.</a> J Autism Dev Disord. 31 (6), 561-568 (2001).</li><li>Tovi, M., Ericsson, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurements+of+T1+and+T2+over+time+in+formalin-fixed+human+whole-brain+specimens.">Measurements of T1 and T2 over time in formalin-fixed human whole-brain specimens.</a> Acta Radiol. 33 (5), 400-404 (1992).</li><li>Fujita, N., 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=Lateral+geniculate+nucleus:+anatomic+and+functional+identification+by+use+of+MR+imaging.">Lateral geniculate nucleus: anatomic and functional identification by use of MR imaging.</a> Am J Neuroradiol. 22 (9), 1719-1726 (2001).</li><li>Bridge, H., Thomas, O., Jbabdi, S., Cowey, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Changes+in+connectivity+after+visual+cortical+brain+damage+underlie+altered+visual+function.">Changes in connectivity after visual cortical brain damage underlie altered visual function.</a> Brain. 131 (6), 1433-1444 (2008).</li><li>Gupta, N., 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=Atrophy+of+the+lateral+geniculate+nucleus+in+human+glaucoma+detected+by+magnetic+resonance+imaging.">Atrophy of the lateral geniculate nucleus in human glaucoma detected by magnetic resonance imaging.</a> Br J Opthalmol. 93 (1), 56-60 (2009).</li><li>Dai, H., 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=Assessment+of+lateral+geniculate+nucleus+atrophy+with+3T+MR+imaging+and+correlation+with+clinical+stage+of+glaucoma.">Assessment of lateral geniculate nucleus atrophy with 3T MR imaging and correlation with clinical stage of glaucoma.</a> Am J Neuroradiol. 32 (7), 1347-1353 (2011).</li><li>McKetton, L., Kelly, K. 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O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+signal-to-noise+ratios+in+MR+images:+influence+of+multichannel+coils,+parallel+imaging,+and+reconstruction+filters.">Measurement of signal-to-noise ratios in MR images: influence of multichannel coils, parallel imaging, and reconstruction filters.</a> J Magn Reson Imaging. 26 (2), 375-385 (2007).</li><li>Andrews, T. J., Halpern, S. D., Purves, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correlated+size+variations+in+human+visual+cortex,+lateral+geniculate+nucleus,+and+optic+tract.">Correlated size variations in human visual cortex, lateral geniculate nucleus, and optic tract.</a> J Neurosci. 17 (8), 2859-2868 (1997).</li><li>Pfefferbaum, A., Sullivan, E. V., Adalsteinsson, E., Garrick, T., Harper, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Postmortem+MR+imaging+of+formalin-fixed+human+brain.">Postmortem MR imaging of formalin-fixed human brain.</a> NeuroImage. 21 (4), 1585-1595 (2004).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

본 연구는 피질 영역 고해상도 PD 강조 영상을 얻기 위해 수집 및 분석 기술에 최적화 된 프로토콜을 설명한다. 스캐닝 파라미터의 개수는 테스트 SNR을 증가 인수의 수, 고해상도 피질 하 구조를 결정할 수있는에서 중요한 단계를 감소 매트릭스 크기, 복셀 사이즈 및 대역폭에 관한 가장 중요한 것들로 수정 하였다. 살아있는 인간 내에서 최적의 매개 변수를 찾는와 함께,이 연구는 사후 뇌를 스캔?...

이 연구의 목적은 생리적 잡음의 부재하에 구조적 MRI의 해상도 한계를 테스트하는 것이었다. 프로톤 밀도 (PD) 가중 된 이미지를 등록 할 필요가 이미지의 최소 수를 결정하는 데 긴 시간 (24 시간 ~ 두 세션)을 통해 사후 뇌에서 획득 및 피질 하 구조를 해결하기 위해 평균화 하였다. 비교를 위해, PD 가중 이미지는 또한 세션에 걸쳐 인간 생활에 인수했다. 특히, 대물 렌즈는 약 1mm의 두께 (도 1)에있는 인간 LGN의 여섯 개별 층을 해결하기 위해 최상의 시나리오에서 가능한 것 여부를 확인하는 것이었다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/53309/53309fig1.jpg" /> 그림 1. 인간의 측면 Geniculate 핵 층. LGN의 판상 구조의 개략도. Magnocellular (M) 층은 큰 신경 세포로 구성되어있다(어두운 회색을 묘사 층 1-2) 모션 물론 윤곽을 해결하기위한 책임이 있습니다 셀 크기와 작은 세포 밀도. Parvocellular 층 (P)는 (밝은 회색으로 묘사 층 4-6) 미세 형태와 색상을 해결하기위한 책임이 있습니다 작은 신경 세포의 크기와 큰 세포 밀도로 구성된다. 스케일 바 1mm. 스테인드 인간 LGN (12)을 기준으로 그림. 행렬의 크기가 증가 될 때 MRI에서 공간 해상도는 향상되고, 시야 - (FOV) 및 슬라이스 두께가 감소되는 경우. 그러나, 증가 된 해상도는 복셀 체적에 비례 잡음비 (SNR)에 대한 신호를 감소시킨다. SNR은 또한 측정 횟수의 제곱근에 비례한다. 여러 이미지 별도 촬상 세션에 걸쳐 획득 할 수 있지만, 살아있는 사람에서, 궁극적 인 분해능은 그러한 호흡 순환기 맥동과 머리의 움직임으로, 생리 잡음에 의해 제한된다. 높은-resolution (0.35 mm 평면 복셀)는 가중 스캔 취득한 PD. PD 스캔은 시상 1 회색과 흰색 대비를 강화하고, T 1과 T 2 영향을 최소화 이미지를 얻을 수. 그 화상은 촬상 공간의 단백질 및 지방과 같은 물과 고분자 형태의 양성자 농도에 의존한다. 인해 자화 (2)의 길이 방향 성분에 더 밝은 이미지 신호 티슈 결과 양자의 수가 증가. 그들이 주변 조직과 피질 하 구조의 높은 콘트라스트를 제공하기 때문에 PD 가중 스캔을 수집 하였다. 이러한 T2 및 T1- 강조 영상 다른 대조 1,3- ƒ 결정된 인해 작은 콘트라스트 잡음비에 LGN 피질 하 구조 등을 서술하는데 어려움을 초래할. 마찬가지로, 이전의 연구는 포르말린의 PD 강조 영상이 사후 뇌가 resulte 고정 발견회색과 흰색 물질 사이에 높은 콘트라스트의 차이에서 D T1-과 비슷한 회색과 흰색 물질 이미지 강도 3,4 있었다 T2 강조 영상 비교. 기본 생물 물리학 결정은 이러한 차이를 설명 할 수 있습니다. 수소 양성자 (세로) T1 및 T2 (가로) 휴식 시간은 조직 내에서 어떻게 물 이동에 따라 달라집니다. 이러한 가교 단백질에 의한 포르말린 작품으로 고정 제. 고정 제를 사용하는 경우 물 이동성 사이의 차이는 서로 다른 조직 유형 사이에서 감소된다. 감소 T1 조직 대비, 정착 후에 관찰 된 반면 더 분화 3,4- 제공 정착 증가 뇌 조직 내의 프로톤의 상대 밀도의 차이, 반면. 이전의 연구는 1.5 T 5,6,7를 사용하여 PD 가중 검사에서 LGN을 식별하고 3 T 스캐너 8,9에있다. 그것은 정확하게의 범위를 개설 할 수 있도록 이러한 검사를 구하는 것이 중요LGN. 피질 핵의 전체 범위를 유지하기 위해, (18) PD-가중 조각은 시상에서 얻었다. 각 볼륨은, 배 해상도 1,024 행렬로 재 샘플링 (0.15 mm 면내 복셀 사이즈), 연접, 모션 보정 및 피질 하 구조 고해상도 3D 이미지를 생성하기 위해 평균화 하였다. 다음 슬라이스 처방 PD에 필요한 이미지의 최적의 수는 살아있는 인간에서 15 분 미만으로 스캔 시간을 감소, 5였다. 만 1 PD의 이미지는보다 3 분에 스캔 시간을 단축, 명확하게 사후 뇌의 피질 영역을 구별하는 데 필요한되었다 (그림 2, 3). 전체 포르말린 고정 사후 뇌 표본 82 세에서 심폐 정지로 사망 한 여성에서 스캔했다. 의료 기록의 검토 밝혀 그녀는 것으로 만성 폐쇄성 폐 질환, 협심증, 트리플 우회 수술 팔년 전에 죽음에, 자궁암은 자궁 절제술로 치료칠년 죽음, 고지혈증, 녹내장, 백내장 수술 전에. 사후 뇌 시료는 동일한 촬상 프로토콜뿐만 아니라 화질 비교를위한 많은 시간에 걸쳐 다른 파라미터들에서 스캔 된 4 ° C.The의 사후 뇌에서 최소 3 주 동안 10 % 중성 완충 포르말린에 침지 고정시켰다 . 단지 최적화 파라미터는 프로토콜에 대해 기술한다.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Magnetom Trio 3T&#160; MRI</td>
			<td>Siemens (Erlangen, Germany).</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vacuum cushion hand</td>
			<td>Siemens</td>
			<td>Mat No: 4765454</td>
			<td>Manufactured by: Johannes-Stark-Stk. 8 D-92224 Amberg</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

high-resolution structural magnetic resonance imaging of the human subcortex in vivo and postmortem

본 연구의 초점은 인간의 두뇌 생활에 비해 사후 뇌의 구조적 자기 공명 영상의 해상도 한계를 테스트하는 것이 었습니다. 생체 내에서 구조적 자기 공명 영상의 해상도는 궁극적으로 맥박, 호흡과 머리의 움직임을 포함하여 생리적 잡음에 의해 제한된다. 이미징 하드웨어가 계속 향상 있지만 밀리미터 스케일 구조를 해결하는 것은 여전히​​ 어렵다. 예를 들어, 측면 geniculate 핵의 일차 시각 감각 경로의 시냅스 (LGN), 일반적으로 여섯 인터리브 단안 층으로 구성되어 시상에서 시각적 릴레이 및 제어 핵. 뇌 영상 연구를 확실하게 1 mm 미만의 두께이다 작은 크기로 인해 이들 층을 구별 할 수 없었다. 사후 뇌의 구조적 자기 공명 영상의 해결 제한, 사용하여 여러 이미지가 오랜 기간 (~ 24 시간)에 걸쳐 평균을 시험 하였다. 목적은 각각의 L를 해결하는 것이 가능 여부를 테스트하는 것이었다생리 잡음의 부재의 LGN 즈. 프로톤 밀도 (PD) (1) 가중 된 펄스 시퀀스를 등록 할 필요가 이미지의 최소 수를 결정하는 해상도 및 다른 파라미터를 변경하여 사용하고 확실 LGN 다른 피질 영역을 구별하기 위해 평균화 하였다. 결과는 인간 뇌 생활에서 획득 된 영상을 비교 하였다. 생체 피험자는 임상 적용에 유용한 피질 하 구조 등을 구별 할 필요 PD 스캔의 최소 개수에 생리 잡음의 추가 효과를 결정하기 위하여 검사 하였다.

subcortex는 시상에서 규정되면, PD 가중 이미지는 슬라이스 선택 상자 (그림 4)에서 수집된다. SNR 모두 사후 및 생체 검사에서 평균 수를 증가시킴으로써 향상. 이미지 품질을 결정하기 위해, 다른 스캔에서 평균 SNR은 뇌 일부 영역에 외부 표준 편차가 평균 뇌 영역의 신호로 나누어 비교 하​​였다. SNR은 SNR로서 산출 하였다 = 0.655 * 조직 / σ 조직은 뇌 영역...

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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.

인간 Subcortex의 고해상도 구조 자기 공명 영상<I&gt; 생체</I&gt; 및 사후

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 ...

high-resolution-structural-magnetic-resonance-imaging-human-subcortex

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

15.3K 조회수.  York University. 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. 

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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.

여러 마우스 Neuroanatomical 자기 공명 영상

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

연구

신경과학

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.

세미 두께 뇌 조각의 고해상도 형광 이미징에 대한 빠른 접근

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.

인간 Midbrain위한 고해상도 기능성 자기 공명 영상 방법

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 ...

High-resolution Live Imaging of Cell Behavior in the Developing Neuroepithelium

The embryonic spinal cord consists of cycling neural progenitor cells that give rise to a large percentage of the neuronal and glial cells of the central nervous system (CNS). Although much is known about the molecular mechanisms that pattern the spinal cord and elicit neuronal differentiation1, 2, we lack a deep understanding of these early events at the level of cell behavior. It is thus critical to study the behavior of neural progenitors in real time as they undergo neurogenesis.
In the past, real-time imaging of early embryonic tissue has been limited by cell/tissue viability in culture as well as the phototoxic effects of fluorescent imaging. Here we present a novel assay for imaging such tissue for long periods of time, utilizing a novel ex vivo slice culture protocol and wide-field fluorescence microscopy (Fig. 1). This approach achieves long-term time-lapse monitoring of chick embryonic spinal cord progenitor cells with high spatial and temporal resolution.
This assay may be modified to image a range of embryonic tissues3, 4 In addition to the observation of cellular and sub-cellular behaviors, the development of novel and highly sensitive reporters for gene activity (for example, Notch signaling5) makes this assay a powerful tool with which to understand how signaling regulates cell behavior during embryonic development.

Imaging embryonic tissue in real-time is challenging over long periods of time. Here we present an assay for monitoring cellular and sub-cellular changes in chick spinal cord for long periods with high spatial and temporal resolution. This technique can be adapted for other regions of the nervous system and developing embryo.

개발 Neuroepithelium의 세포 문제의 고해상도 라이브 영상

The embryonic spinal cord consists of cycling neural progenitor cells that give rise to a large percentage of the neuronal and glial cells of the central ...

The Use of Magnetic Resonance Spectroscopy as a Tool for the Measurement of Bi-hemispheric Transcranial Electric Stimulation Effects on Primary Motor Cortex Metabolism

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a neuromodulation technique that has been increasingly used over the past decade in the treatment of neurological and psychiatric disorders such as stroke and depression. Yet, the mechanisms underlying its ability to modulate brain excitability to improve clinical symptoms remains poorly understood 33. To help improve this understanding, proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) can be used as it allows the in vivo quantification of brain metabolites such as &#947;-aminobutyric acid (GABA) and glutamate in a region-specific manner 41. In fact, a recent study demonstrated that 1H-MRS is indeed a powerful means to better understand the effects of tDCS on neurotransmitter concentration 34. This article aims to describe the complete protocol for combining tDCS (NeuroConn MR compatible stimulator) with 1H-MRS at 3 T using a MEGA-PRESS sequence. We will describe the impact of a protocol that has shown great promise for the treatment of motor dysfunctions after stroke, which consists of bilateral stimulation of primary motor cortices 27,30,31. Methodological factors to consider and possible modifications to the protocol are also discussed.

This article aims to describe a basic protocol for combining transcranial direct current stimulation (tDCS) with proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) measurements to investigate the effects of bilateral stimulation on primary motor cortex metabolism.

일차 운동 피질 대사에 양성 반구 경 두개 전기 자극 효과의 측정을위한 도구로 자기 공명 분광학의 사용

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a neuromodulation technique that has been increasingly used over the past decade in the treatment of ...

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).

조직 추출물의 고해상도 핵 자기 공명 분광법에 의한 쥐 뇌의 대사 체 분석

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

The human hippocampus has been broadly studied in the context of memory and normal brain function and its role in different neuropsychiatric disorders has been heavily studied. While many imaging studies treat the hippocampus as a single unitary neuroanatomical structure, it is, in fact, composed of several subfields that have a complex three-dimensional geometry. As such, it is known that these subfields perform specialized functions and are differentially affected through the course of different disease states. Magnetic resonance (MR) imaging can be used as a powerful tool to interrogate the morphology of the hippocampus and its subfields. Many groups use advanced imaging software and hardware (&#62;3T) to image the subfields; however this type of technology may not be readily available in most research and clinical imaging centers. To address this need, this manuscript provides a detailed step-by-step protocol for segmenting the full anterior-posterior length of the hippocampus and its subfields: cornu ammonis (CA) 1, CA2/CA3, CA4/dentate gyrus (DG), strata radiatum/lacunosum/moleculare (SR/SL/SM), and subiculum. This protocol has been applied to five subjects (3F, 2M; age 29-57, avg. 37). Protocol reliability is assessed by resegmenting either the right or left hippocampus of each subject and computing the overlap using the Dice&#39;s kappa metric. Mean Dice&#39;s kappa (range) across the five subjects are: whole hippocampus, 0.91 (0.90-0.92); CA1, 0.78 (0.77-0.79); CA2/CA3, 0.64 (0.56-0.73); CA4/dentate gyrus, 0.83 (0.81-0.85); strata radiatum/lacunosum/moleculare, 0.71 (0.68-0.73); and subiculum 0.75 (0.72-0.78). The segmentation protocol presented here provides other laboratories with a reliable method to study the hippocampus and hippocampal subfields in vivo using commonly available MR tools.

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.

높은 해상도<em&gt; 생체</em&gt; 3T 자기 공명 영상을 이용하여 인간의 해마 서브 필드에 대한 수동 분할 프로토콜

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

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.

영구적인 뇌 허 혈에서 뇌졸중 발병 시간 추정에 대 한 자기 공명 화상 진 찰 프로토콜

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 ...

Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging in Chronic Spinal Cord Compression

Chronic spinal cord compression is the most common cause of spinal cord impairment in patients with nontraumatic spinal cord damage. Conventional magnetic resonance imaging (MRI) plays an important role in both confirming the diagnosis and evaluating the degree of compression. However, the anatomical detail provided by conventional MRI is not sufficient to accurately estimate neuronal damage and/or assess the possibility of neuronal recovery in chronic spinal cord compression patients. In contrast, diffusion tensor imaging (DTI) can provide quantitative results according to the detection of water molecule diffusion in tissues. In the present study, we develop a methodological framework to illustrate the application of DTI in chronic spinal cord compression disease. DTI fractional anisotropy (FA), apparent diffusion coefficients (ADCs), and eigenvector values are useful for visualizing microstructural pathological changes in the spinal cord. Decreased FA and increases in ADCs and eigenvector values were observed in chronic spinal cord compression patients compared to healthy controls. DTI could help surgeons understand spinal cord injury severity and provide important information regarding prognosis and neural functional recovery. In conclusion, this protocol provides a sensitive, detailed, and noninvasive tool to evaluate spinal cord compression.

Here, we present a protocol for the application of diffusion tensor imaging parameters to evaluate spinal cord compression.

확산 텐서 만성 척수 압축에서 자기 공명 이미징

Chronic spinal cord compression is the most common cause of spinal cord impairment in patients with nontraumatic spinal cord damage. Conventional magnetic ...

Acquisition of Resting-State Functional Magnetic Resonance Imaging Data in the Rat

Resting-state functional magnetic resonance imaging (rs-fMRI) has become an increasingly popular method to study brain function in a resting, non-task state. This protocol describes a preclinical survival method for obtaining rs-fMRI data. Combining low dose isoflurane with continuous infusion of the &#945;2 adrenergic receptor agonist dexmedetomidine provides a robust option for stable, high-quality data acquisition while preserving brain network function. Furthermore, this procedure allows for spontaneous breathing and near-normal physiology in the rat. Additional imaging sequences can be combined with resting-state acquisition creating experimental protocols with anesthetic stability of up to 5 h using this method. This protocol describes the setup of equipment, monitoring of rat physiology during four distinct phases of anesthesia, acquisition of resting-state scans, quality assessment of data, recovery of the animal, and a brief discussion of post-processing data analysis. This protocol can be used across a wide variety of preclinical rodent models to help reveal the resulting brain network changes that occur at rest.

This protocol describes a method for obtaining stable resting-state functional magnetic resonance imaging (rs-fMRI) data from a rat using low dose isoflurane in combination with low dose dexmedetomidine.

쥐에서 휴식 상태 기능 자기 공명 이미징 데이터 획득

Resting-state functional magnetic resonance imaging (rs-fMRI) has become an increasingly popular method to study brain function in a resting, non-task ...