Name: FMRI Participant Preparation and Visual Cortex Scanning
Uploaded: 2023-12-08T12:40:00
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fmri participant preparation and visual cortex scanning

Weiterentwicklung des Visual Cortex Mapping für eine verbesserte Bewertung von Sehstörungen

Functional magnetic resonance imaging (fMRI) is a valuable method to assess changes in regional neurovascular function within the visual cortex in response to stimuli, as changes in regional blood flow correlate to the activation of brain regions1,2. High-resolution retinotopic blood oxygenation level-dependent (BOLD) signal measurements represent changes in deoxyhemoglobin, which are driven by localized changes in blood flow and blood oxygenation within the brain1,2. BOLD activity patterns collected from fMRI data can be used to functionally map the peripheral and central visual cortex, as well as detect changes in the retinotopic map in response to visual impairment and neurodegeneration3.
Most previous fMRI studies made use of narrow-view (around &#177;12&#176; of the central visual field) non-retinotopic stimuli or simple retinotopic stimuli with narrow-view visual stimuli, which provided limited functional parcellation of the retinotopic representation in the visual cortex and limited assessment to only the central visual field, excluding the periphery3. Consequently, narrow-view fMRI data has reported inconsistent BOLD percent changes in glaucoma patients4,5,6. There is therefore a need for improved fMRI approaches to assessing the peripheral and central visual field, particularly in the evaluation of diseases such as glaucoma.
Glaucoma is the leading cause of irreversible blindness, affecting 10% of people by the age of 807. Glaucoma is caused by the progressive, irreversible neurodegeneration of retinal ganglion cells, which are responsible for transmitting visual stimuli to the brain through the optic nerve. In primary open-angle glaucoma (POAG), the most common form of glaucoma, increased intraocular pressure causes thinning of the retinal nerve fiber layer (RNFL), leading to the loss of peripheral vision followed by peripheral and central blindess8,9,10,11. Histological evidence from animal studies suggests that glaucoma additionally results in progressive neurodegeneration of the optic nerve, optic tract, lateral geniculate nucleus, optic radiation, and visual cortex12,13. MRI technology offers a minimally invasive method of assessing both blood oxygenation and neurodegeneration in the visual cortex. In patients with glaucoma, MRI has found evidence of gray-matter atrophy in the visual pathway13,14,15,16 and abnormal white matter in the optic chiasm, optic tract, and optic radiation1,17,18.
To further explore the effects on visual processing, fMRI can be used to detect brain function in response to visual cues. The protocol herein describes a novel method to obtain a low-cost, wide-view retinotopic map using high-resolution retinotopy fMRI with wide-field (&#62;100&#176;) stimuli, as described by Zhou et al3. Visual stimuli of expanding rings and rotating wedges were used to elicit retinotopic mapping of the eccentricity and polar angle for fMRI. BOLD fMRI percent changes were analyzed as a function of eccentricity to evaluate brain function, corresponding to both central and peripheral vision. The BOLD fMRI percent change may be used to visualize activation throughout the visual cortex. These fMRI measures provide a reliable new method to evaluate neurodegenerative changes and their functional effects on the visual cortex found in eye diseases involving visual field defects, such as glaucoma.

Autor im Rampenlicht: Einblicke in die Forschung des visuellen Kortex durch Wide-View-fMRT-Mapping 

Funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) der Sehrinde mit retinotopischer Stimulation

This research focuses on providing a practical, cost-effective visual presentation system to evaluate changes in the visual cortex due to ophthalmic diseases. We provide a method to create a wide viewing angle, retina atopic map, using FMRI to assess the functional activity of the visual cortex. A current experimental challenge is that standard systems for presenting visual stimuli for FMRI only cover small area of the visual fields, and with the view partially obstructed by the head coil.This protocol provides method for wide view and unobstructed stimuli that balances cost, efficacy, and precision. Our protocol provides an affordable, moderately wide view of up to a hundred degrees of the visual field. Compared to other techniques, it avoids distortions, additional costs for projector lenses or fiber optic bundles, and other complexities, such as the need for contact lenses.Our findings can be used to expand the understanding of the visual cortex, enabling the mapping of peripheral and central regions via an affordable, wide view FMRI system. This could enhance the management of visual impairments in eye diseases such as glaucoma, which involves dysfunction of the visual system in the brain.

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FMRI Participant Preparation and Visual Cortex Scanning  

fMRT-Teilnehmervorbereitung und Scannen des visuellen Kortex

Beginnen Sie damit, den Teilnehmer anzuweisen, sich während der bildgebenden Scans auf das zentrale Kreuz zu fixieren. Demonstrieren Sie kurz die visuelle Stimulation, um den Teilnehmer mit dem Verfahren vertraut zu machen. Positionieren Sie den Teilnehmer bequem auf dem Scannertisch und immobilisieren Sie den Kopf des Teilnehmers in der hinteren Hälfte des Kopfspulenarrays mit einer Schaumstoffpolsterung, um Bewegungsartefakte zu reduzieren.Stellen Sie Ohrstöpsel zur Verfügung, um ihr Gehör zu schützen. Verwenden Sie das Positionierungssystem des Scanners, um den Tisch in die Scannerbohrung zu bewegen. Platzieren Sie den Weitwinkelspiegel 10 Zentimeter von den Augen des Teilnehmers entfernt.Stellen Sie den Spiegel so ein, dass ein gleichmäßiger Betrachtungswinkel beibehalten wird. Beginnen Sie den fMRT-Scan mit einem Lokalisierungsscan, bei dem drei orthogonale Ebenen einbezogen und der Scanner für die Frequenz- und Shimming-Kalibrierung eingestellt wird. Fahren Sie mit einem anatomischen MP-RAGE-Scan fort, um die EPI-Schichtpositionierung zu verbessern.Weisen Sie den Teilnehmer zu Beginn des fMRT-Protokolls an, sich 10 Sekunden lang auf das weiße Kreuz auf einem grauen Hintergrund in der Mitte des Stimulus zu fixieren. Erzeugen Sie visuelle Reize mit einem kompatiblen Programm, indem Sie 30 Sekunden lang eine Reihe rotierender Keile anzeigen. Die Keile sollten sich bis zum Rand des Bildschirms oder Spiegels erstrecken und ein kontrastierendes Schwarz-Weiß-Schachbrettmuster von acht Hertz aufweisen.Präsentiere das weiße Kreuz für weitere 10 Sekunden. Wiederholen Sie die Kreuzfixierung und die Stimulationsanzeige mit dem zweiten 30-Sekunden-Paradigma der visuellen Stimulation, das aus sich ausdehnenden und zusammenziehenden Ringen besteht. Behalten Sie während des Experiments ein Schwarz-Weiß-Schachbrettmuster bei, das den Kontrast von acht Hertz umkehrt, und zwar mit einem Kontrast von 100 %.Schieben Sie nach Beendigung der Bildgebung den Tisch aus der Scannerbohrung und stellen Sie sicher, dass der Teilnehmer ruhig bleibt. Entfernen Sie als Nächstes den Bildschirm und dann den Spiegel, bevor Sie den vorderen Teil der Kopfspule einsetzen. Positionieren Sie den Tisch wieder in der Mitte des Scanners.Erfassen Sie einen schnellen Localizer-Scan, um jede Bewegung zu berücksichtigen, gefolgt von einem MP-RAGE-Scan mit der vollen Kopfspule. Die Polarkarten zeigten keine offensichtlichen Unterschiede zwischen den primären Offenwinkelglaukom-Teilnehmern und den gesunden Teilnehmern. Die Exzentrizitätskarten zeigten, dass die zentrale Region der Parafovea, die durch die kleineren Ringreize aktiviert wurde, beim primären Offenwinkelglaukom-Patienten größer erschien.Die prozentualen Veränderungen von BOLD bei verschiedenen Exzentrizitäten waren bei Patienten mit primärem Offenwinkelglaukom reduziert, insbesondere bei periphereren Exzentrizitäten. Die BOLD-Veränderungen waren zwischen den beiden Gruppen signifikant reduziert, vor allem bei größeren Exzentrizitäten. Die prozentualen BOLD-Veränderungen, die für das zentrale Sehen gemittelt wurden, waren bei Patienten mit primärem Offenwinkelglaukom nur geringfügig und nicht signifikant reduziert, während die Veränderungen für das periphere Sehen signifikant reduziert waren.

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Neuroscience

fMRI Participant Preparation and Visual Cortex Scanning

Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) of the Visual Cortex with Wide-View Retinotopic Stimulation

High-resolution retinotopic blood oxygenation level-dependent (BOLD) functional magnetic resonance imaging (fMRI) with a wide-view presentation can be ...