Name: FMRI Participant Preparation and Visual Cortex Scanning
Uploaded: 2023-12-08T12:40:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about FMRI Participant Preparation and Visual Cortex Scanning at JoVE.com

fmri participant preparation and visual cortex scanning

시력 장애의 향상된 평가를 위한 시각 피질 매핑의 발전

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.

저자 스포트라이트: Wide-View fMRI Mapping을 통한 시각 피질 연구에 대한 통찰력 

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

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.

Watch this Scientific Journal Video about FMRI Participant Preparation and Visual Cortex Scanning at JoVE.com

FMRI Participant Preparation and Visual Cortex Scanning  

fMRI 참가자 준비 및 시각 피질 스캐닝

이미징 스캔 중에 참가자에게 중앙 십자가에 고정하도록 지시하는 것으로 시작합니다. 참가자가 절차에 익숙해질 수 있도록 시각적 자극을 간략하게 시연합니다. 참가자를 스캐너 테이블에 편안하게 배치하고 폼 패딩을 사용하여 참가자의 머리를 헤드 코일 어레이의 뒤쪽 절반에 고정하여 모션 아티팩트를 줄입니다.청력을 보호하기 위해 귀마개를 제공하십시오. 스캐너의 포지셔닝 시스템을 사용하여 테이블을 스캐너 보어로 이동합니다. 광시야각 거울을 참가자의 눈에서 10cm 떨어진 곳에 놓습니다.일관된 시야각을 유지하기 위해 거울을 조정하십시오. 로컬라이저 스캔으로 fMRI 스캔을 시작하여 3개의 직교면을 통합하고 주파수 및 shimming 보정을 위해 스캐너를 조정합니다. 향상된 EPI 슬라이스 포지셔닝을 위해 MP-RAGE 해부학적 스캔을 진행합니다.fMRI 프로토콜을 시작할 때 참가자에게 자극 중심의 회색 배경 위에 있는 흰색 십자가에 10초 동안 고정하도록 지시합니다. 호환되는 프로그램을 사용하여 30초 동안 일련의 회전하는 쐐기를 표시하여 시각적 자극을 만듭니다. 쐐기는 8Hz의 대비를 반전시키는 흑백 바둑판 패턴으로 화면이나 거울의 가장자리까지 확장되어야 합니다.10초 동안 흰색 십자가를 제시합니다. 확장 및 수축 링으로 구성된 두 번째 30초 시각 자극 패러다임으로 교차 고정 및 자극 표시를 반복합니다. 실험 중에 100% 대비에서 8Hz의 대비 반전 흑백 바둑판 패턴을 유지합니다.이미징이 완료되면 테이블을 스캐너 구멍에서 밀어내어 참가자가 움직이지 않도록 합니다. 그런 다음 헤드 코일의 앞쪽 부분을 배치하기 전에 스크린을 제거한 다음 거울을 제거하십시오. 테이블을 스캐너 중앙에 다시 놓습니다.모든 움직임을 설명하기 위해 빠른 로컬라이저 스캔을 획득한 다음 전체 헤드 코일을 사용하여 MP-RAGE 스캔을 수행합니다. 극지도 결과, 1차 개방각 녹내장 참가자와 건강한 참가자 사이에 뚜렷한 차이가 나타나지 않았습니다. 편심률 지도는 더 작은 고리 자극에 의해 활성화된 parafovea의 중앙 영역이 원발성 개방각 녹내장 환자에서 더 크게 나타났다는 것을 보여주었습니다.원발성 개방각 녹내장 환자, 특히 말초 편심에서 다양한 편심에서의 굵은 백분율 변화가 감소했습니다. 굵은 글씨체의 변화는 두 그룹 사이에서 현저하게 감소했으며, 편심이 클수록 더 많이 감소했습니다. 중심 시력의 BOLD 백분율 변화는 원발성 개방각 녹내장 환자에서 약간만 감소하고 유의하게 감소하지 않은 반면, 주변 시력의 경우 변화가 유의하게 감소했습니다.

Research

JoVE Journal

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 ...