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

Mapeamento avançado do córtex visual para avaliação aprimorada de distúrbios da visão

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 em destaque: Insights sobre a pesquisa do córtex visual por meio do mapeamento de fMRI de visão ampla 

Ressonância Magnética Funcional (RMf) do Córtex Visual com Estimulação Retinotópica Ampla

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  

Preparação de Participantes de RMf e Varredura do Córtex Visual

Comece instruindo o participante a fixar na cruz central durante os exames de imagem. Demonstre brevemente a estimulação visual para familiarizar o participante com o procedimento. Posicione o participante confortavelmente sobre a mesa do scanner e imobilize a cabeça do participante na metade posterior da matriz da bobina da cabeça com estofamento de espuma para reduzir os artefatos de movimento.Forneça tampões para os ouvidos para proteger sua audição. Use o sistema de posicionamento do scanner para mover a mesa para o furo do scanner. Coloque o espelho retrovisor a 10 centímetros dos olhos do participante.Ajuste o espelho para manter um ângulo de visão consistente. Comece a varredura de fMRI com uma varredura de localização, incorporando três planos ortogonais e ajustando o scanner para calibração de frequência e shimming. Prossiga com uma varredura anatômica MP-RAGE para melhorar o posicionamento do corte EPI.No início do protocolo de RMf, instrua o participante a fixar na cruz branca sobre um fundo cinza no centro do estímulo por 10 segundos. Crie estímulos visuais usando um programa compatível, exibindo uma série de cunhas giratórias por 30 segundos. As cunhas devem se estender até a borda da tela ou espelho com um padrão quadriculado preto e branco de oito hertz invertendo o contraste.Apresente a cruz branca por mais 10 segundos. Repita a fixação cruzada e a exibição da estimulação com o segundo paradigma de estimulação visual de 30 segundos, consistindo em anéis de expansão e contração. Manter um padrão quadriculado preto e branco de oito hertz com inversão de contraste a 100% de contraste durante o experimento.Após a conclusão da imagem, deslize a mesa para fora do furo do scanner, garantindo que o participante permaneça imóvel. Em seguida, remova a tela e, em seguida, remova o espelho antes de colocar a porção anterior da bobina da cabeça. Posicione a mesa de volta no centro do scanner.Adquira uma varredura rápida do localizador para contabilizar qualquer movimento, seguida por uma varredura MP-RAGE usando a bobina de cabeça completa. Os mapas polares não revelaram diferenças óbvias entre os participantes primários com glaucoma de ângulo aberto e os participantes saudáveis. Os mapas de excentricidade mostraram que a região central da parafóvea que foi ativada pelos estímulos de anel menor pareceu maior no paciente com glaucoma primário de ângulo aberto.As alterações percentuais em diferentes excentricidades foram reduzidas em pacientes com glaucoma primário de ângulo aberto, especialmente em excentricidades mais periféricas. As alterações BOLD foram significativamente reduzidas entre os dois grupos, mais ainda em excentricidades maiores. As alterações percentuais BOLD médias para a visão central foram apenas ligeiramente e não significativamente reduzidas em pacientes com glaucoma primário de ângulo aberto, enquanto as alterações foram significativamente reduzidas para a visão periférica.

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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 ...