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

Avancerad kartläggning av synbarken för förbättrad utvärdering av synrubbningar

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.

Författare i fokus: Insikter i forskning om visuella cortex genom fMRI-kartläggning med bred vy 

Funktionell magnetisk resonanstomografi (fMRI) av synbarken med vidvinkelretinotopisk stimulering

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  

Förberedelse av fMRI-deltagare och visuell cortex-skanning

Börja med att instruera deltagaren att fixera på det centrala korset under bildskanningarna. Demonstrera kortfattat den visuella stimuleringen för att bekanta deltagaren med proceduren. Placera deltagaren bekvämt på skannerbordet och immobilisera deltagarens huvud i den bakre halvan av huvudspolen med skumstoppning för att minska rörelseartefakter.Ge öronproppar för att skydda hörseln. Använd skannerns positioneringssystem för att flytta bordet till skannerhålet. Placera vidvinkelspegeln 10 centimeter från deltagarens ögon.Justera spegeln för att bibehålla en konsekvent betraktningsvinkel. Börja fMRI-skanning med en lokaliseringsskanning, som innehåller tre ortogonala plan och justerar skannern för kalibrering av frekvens och shimsning. Fortsätt med en MP-RAGE anatomisk skanning för förbättrad EPI-segmentpositionering.I början av fMRI-protokollet, instruera deltagaren att fixera på det vita korset ovanpå en grå bakgrund i stimulins centrum i 10 sekunder. Skapa visuella stimuli med hjälp av ett kompatibelt program genom att visa en serie roterande kilar i 30 sekunder. Kilarna ska sträcka sig till kanten av skärmen eller spegeln med ett åtta-hertz kontrastvändande svartvitt rutmönster.Presentera det vita korset i ytterligare 10 sekunder. Upprepa korsfixering och stimulering med det andra 30-sekunders visuella stimuleringsparadigmet, som består av expanderande och sammandragande ringar. Behåll ett svartvitt schackbrädesmönster med åtta hertz kontrast vid 100 % kontrast under experimentet.När avbildningen är klar, skjut ut bordet ur skannerhålet och se till att deltagaren förblir stilla. Ta sedan bort skärmen och ta sedan bort spegeln innan du placerar den främre delen av huvudspolen. Placera tillbaka bordet i mitten av skannern.Skaffa en snabb lokaliseringsskanning för att ta hänsyn till eventuella rörelser, följt av en MP-RAGE-skanning med hela huvudspolen. De polära kartorna visade inga uppenbara skillnader mellan de primära öppenvinkelglaukomdeltagarna och de friska deltagarna. Excentricitetskartorna visade att den centrala regionen av parafovea som aktiverades av de mindre ringstimuli verkade större hos den primära öppenvinkelglaukompatienten.BOLD procentuella förändringar vid olika excentriciteter minskade hos patienter med primär öppenvinkelglaukom, särskilt vid mer perifera excentriciteter. BOLD-förändringarna minskade signifikant mellan de två grupperna, särskilt vid större excentriciteter. De genomsnittliga procentuella förändringarna i BOLD för central syn minskade endast något och inte signifikant hos patienter med primär öppenvinkelglaukom, medan förändringarna minskade signifikant för perifert seende.

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 ...