Name: standardized data acquisition for neuromelanin-sensitive magnetic resonance imaging of the substantia nigra
Uploaded: 2021-09-08T13:00:00
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होर्गा को एनआईएमएच (आर01-एमएच 114965, आर01-एमएच 117323) से समर्थन मिला। वेंगलर को एनआईएमएच (एफ 32-एमएच 125540) से समर्थन मिला।

नोट: इस प्रोटोकॉल को विकसित करने के लिए किए गए शोध न्यूयॉर्क स्टेट साइकियाट्रिक इंस्टीट्यूट इंस्टीट्यूशनल रिव्यू बोर्ड दिशानिर्देशों (आईआरबी # 7655) के अनुपालन में किए गए थे। प्रोटोकॉल वीडियो रिकॉर्ड क?...

डोपामिनर्जिक प्रणाली स्वस्थ अनुभूति और न्यूरोसाइकियाट्रिक विकारों में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। विवो में डोपामिनर्जिक प्रणाली की बार-बार जांच करने के लिए उपयोग किए जा सकने वाले गैर-आक्रामक ?...

न्यूरोमेलेनिन (एनएम) एक डार्क पिगमेंट है जो सब्सटेंशिया निग्रा (एसएन) के डोपामिनर्जिक न्यूरॉन्स और लोकस कोरुलस (एलसी) 1,2 के नॉरएड्रेनर्जिक न्यूरॉन्स में पाया जाता है। एनएम को साइटोसोलिक डोपामाइन और नॉरपेनेफ्रिन के लौह-निर्भर ऑक्सीकरण द्वारा संश्लेषित किया जाता है और सोमा3 में ऑटोफैजिक रिक्तिकाओं में संग्रहीत किया जाता है। यह पहली बार 2-3 साल की उम्र के आसपास मनुष्यों में दिखाई देता है और 1,4,5 साल की उम्र के साथ जमा होता है।
एसएन और एलसी न्यूरॉन्स के एनएम युक्त रिक्तिकाओं के भीतर, एनएम लोहे के साथ कॉम्प्लेक्स बनाता है। ये एनएम-आयरन कॉम्प्लेक्स पैरामैग्नेटिक हैं, जो चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एमआरआई) 6,7 का उपयोग करके एनएम के गैर-आक्रामक विज़ुअलाइज़ेशन की अनुमति देते हैं। एमआरआई स्कैन जो एनएम की कल्पना कर सकते हैं, उन्हें एनएम-संवेदनशील एमआरआई (एनएम-एमआरआई) के रूप में जाना जाता है और उच्च एनएम एकाग्रता (जैसे, एसएन) और आसपास के सफेद पदार्थ 8,9 वाले क्षेत्रों के बीच अंतर प्रदान करने के लिए प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष चुंबकीकरण हस्तांतरण प्रभाव का उपयोग करते हैं।
मैग्नेटाइजेशन ट्रांसफर कंट्रास्ट मैक्रोमोलेक्यूलर-बाउंड वॉटर प्रोटॉन (जो मैग्नेटाइजेशन ट्रांसफर पल्स द्वारा संतृप्त होते हैं) और आसपास के मुक्त पानी प्रोटॉन के बीच बातचीत का परिणाम है। एनएम-एमआरआई में, यह माना जाता है कि एनएम-आयरन कॉम्प्लेक्स की पैरामैग्नेटिक प्रकृति आसपास के मुक्त जल प्रोटॉन के टी1 को छोटा कर देती है, जिसके परिणामस्वरूप चुंबकीकरण-हस्तांतरण प्रभाव कम हो जाते हैं ताकि उच्च एनएम एकाग्रता वाले क्षेत्र एनएम-एमआरआई स्कैन10 पर हाइपरइंटेंस दिखाई दें। इसके विपरीत, एसएन के आसपास के सफेद पदार्थ में एक उच्च मैक्रोमोलेक्यूलर सामग्री होती है, जिसके परिणामस्वरूप बड़े चुंबकीकरण-हस्तांतरण प्रभाव होते हैं ताकि ये क्षेत्र एनएम-एमआरआई स्कैन पर हाइपोइंटेंस दिखाई दें, इस प्रकार एसएन और आसपास के सफेद पदार्थ के बीच उच्च अंतर प्रदान करते हैं।
एसएन में, एनएम-एमआरआई डोपामिनर्जिक सेल लॉस11 और डोपामाइन सिस्टम फ़ंक्शन12 का मार्कर प्रदान कर सकता है। ये दो प्रक्रियाएं कई न्यूरोसाइकियाट्रिक विकारों के लिए प्रासंगिक हैं और नैदानिक और प्रीक्लिनिकल काम के एक विशाल शरीर द्वारा समर्थित हैं। उदाहरण के लिए, डोपामाइन फ़ंक्शन में असामान्यताएं स्किज़ोफ्रेनिया में व्यापक रूप से देखी गई हैं; पॉज़िट्रॉन उत्सर्जन टोमोग्राफी (पीईटी) का उपयोग करके विवो अध्ययनों में स्ट्रिएटल डोपामाइन रिलीज में वृद्धि हुई है 13,14,15,16 और डोपामाइन संश्लेषण क्षमता में वृद्धि 17,18,19,20,21,22 . इसके अलावा, पोस्टमार्टम अध्ययनों से पता चला है कि स्किज़ोफ्रेनिया वाले रोगियों में बेसल गैन्ग्लिया23 और एसएन 24,25 में टायरोसिन हाइड्रॉक्सिलेज के स्तर में वृद्धि हुई है- डोपामाइन संश्लेषण में शामिल दर-सीमित एंजाइम।
कई अध्ययनों ने डोपामिनर्जिक सेल हानि के पैटर्न की जांच की है, खासकर पार्किंसंस रोग में। पोस्टमार्टम अध्ययनों से पता चला है कि एसएन के पिगमेंटेड डोपामिनर्जिक न्यूरॉन्स पार्किंसंस रोग26,27 में न्यूरोडीजेनेरेशन की प्राथमिक साइट हैं, और यह कि, जबकि पार्किंसंस रोग में एसएन सेल हानि सामान्य उम्र बढ़ने में सेल हानि के साथ सहसंबद्ध नहीं है28, यह रोग की अवधि के साथ सहसंबद्ध है29 . डोपामिनर्जिक प्रणाली की जांच के लिए अधिकांश तरीकों के विपरीत, गैर-इनवेसिवनेस, लागत-प्रभावशीलता और आयनीकरण विकिरण की कमी एनएम-एमआरआई को एक बहुमुखी बायोमार्कर30 बनाती है।
इस पेपर में वर्णित एनएम-एमआरआई प्रोटोकॉल को एनएम-एमआरआई के भीतर-विषय और पार-विषय प्रजनन क्षमता दोनों को बढ़ाने के लिए विकसित किया गया था। यह प्रोटोकॉल हीन-बेहतर दिशा में एनएम-एमआरआई स्कैन के सीमित कवरेज के बावजूद एसएन का पूर्ण कवरेज सुनिश्चित करता है। प्रोटोकॉल कोरोनल, और अक्षीय त्रि-आयामी (3 डी) टी 1-भारित (टी 1 डब्ल्यू) छवियों का उपयोग करता है, और उचित स्लाइस स्टैक प्लेसमेंट प्राप्त करने के लिए चरणों का पालन किया जाना चाहिए। इस पेपर में उल्लिखित प्रोटोकॉल का उपयोग कईअध्ययनों 31,32 में किया गया है और बड़े पैमाने पर परीक्षण किया गया था। वेंगलर एट अल ने इस प्रोटोकॉल की विश्वसनीयता का एक अध्ययन पूरा किया जिसमें एनएम-एमआरआई छवियों को कई दिनोंमें प्रत्येक प्रतिभागी में दो बार प्राप्त किया गया था। इंट्रा-क्लास सहसंबंध गुणांक ने रुचि के क्षेत्र (आरओआई) आधारित और वोक्सेलवाइज विश्लेषण के लिए इस पद्धति की उत्कृष्ट परीक्षण-पुन: परीक्षण विश्वसनीयता का प्रदर्शन किया, साथ ही छवियों में उच्च विरोधाभास भी दिखाया।

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>3T Magnetic Resonance Imaging</td>
			<td>General Electric</td>
			<td></td>
			<td>GE SIGNA Premier with 48-channel head coil</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

standardized data acquisition for neuromelanin-sensitive magnetic resonance imaging of the substantia nigra

डोपामिनर्जिक प्रणाली स्वस्थ अनुभूति (जैसे, इनाम सीखने और अनिश्चितता) और न्यूरोसाइकिएट्रिक विकारों (जैसे, पार्किंसंस रोग और सिज़ोफ्रेनिया) में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। न्यूरोमेलेनिन डोपामाइन संश्लेषण का एक उपोत्पाद है जो सब्सटेंशिया निग्रा के डोपामिनर्जिक न्यूरॉन्स में जमा होता है। न्यूरोमेलेनिन-संवेदनशील चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एनएम-एमआरआई) उन डोपामिनर्जिक न्यूरॉन्स में न्यूरोमेलेनिन को मापने के लिए एक गैर-आक्रामक विधि है, जो सब्सटेंशिया नाइग्रा में डोपामिनर्जिक सेल हानि का प्रत्यक्ष माप प्रदान करती है और डोपामाइन फ़ंक्शन का एक प्रॉक्सी उपाय प्रदान करती है। यद्यपि एनएम-एमआरआई को विभिन्न न्यूरोसाइकियाट्रिक विकारों का अध्ययन करने के लिए उपयोगी दिखाया गया है, लेकिन इसे हीन-बेहतर दिशा में सीमित क्षेत्र-दृश्य द्वारा चुनौती दी जाती है जिसके परिणामस्वरूप सब्सटेंशिया निग्रा के हिस्से के आकस्मिक बहिष्करण से डेटा का संभावित नुकसान होता है। इसके अलावा, क्षेत्र में एनएम-एमआरआई डेटा के अधिग्रहण के लिए एक मानकीकृत प्रोटोकॉल की कमी है, जो क्लिनिक में बड़े पैमाने पर मल्टीसाइट अध्ययन और अनुवाद की सुविधा में एक महत्वपूर्ण कदम है। यह प्रोटोकॉल चरण-दर-चरण एनएम-एमआरआई वॉल्यूम प्लेसमेंट प्रक्रिया और ऑनलाइन गुणवत्ता नियंत्रण जांच का वर्णन करता है ताकि पूरे ठोस निग्रा को कवर करने वाले अच्छी गुणवत्ता वाले डेटा के अधिग्रहण को सुनिश्चित किया जा सके।

चित्रा 4 एक 28 वर्षीय महिला प्रतिभागी के प्रतिनिधि परिणामों को दर्शाता है जिसमें कोई मनोरोग या न्यूरोलॉजिकल विकार नहीं है। एनएम-एमआरआई प्रोटोकॉल एसएन का पूरा कवरेज सुनिश्चित करता है, <strong class="xf...

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Standardized Data Acquisition for Neuromelanin-Sensitive Magnetic Resonance Imaging of the Substantia Nigra

यह प्रोटोकॉल दिखाता है कि सबस्टियन निग्रा के न्यूरोमेलेनिन-संवेदनशील चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग डेटा कैसे प्राप्त करें।

सब्सटेंशिया निग्रा के न्यूरोमेलेनिन-संवेदनशील चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग के लिए मानकीकृत डेटा अधिग्रहण

The dopaminergic system plays a crucial role in healthy cognition (e.g., reward learning and uncertainty) and neuropsychiatric disorders (e.g., ...

प्रोटोकॉल न्यूरोमेलेनिन-संवेदनशील एमआरआई प्राप्त करने के लिए पहली मानकीकृत और अत्यधिक विस्तृत चरण-दर-चरण प्रक्रिया प्रस्तुत करता है। यह क्षेत्र को साइटों में डेटा की सीधे तुलना करने और सामान्यीकृत बायोमाकर्स को मान्य करने के लिए नमूनों को संयोजित करने की अनुमति देगा। तकनीक डेटा हानि को कम करने के लिए एक विस्तृत प्लेसमेंट प्रक्रिया और गुणवत्ता नियंत्रण जांच का उपयोग करती है।तकनीक न्यूरोसाइकियाट्रिक विकारों में बायोमाकर्स को विकसित करने और मान्य करने के लिए आवश्यक बड़े पैमाने पर अध्ययन की सुविधा प्रदान करेगी, खासकर पार्किंसंस रोग के निदान के लिए। न्यूरोएनाटॉमी में बुनियादी अवधारणाओं की समीक्षा करना उपयोगी है, जैसे कि मस्तिष्क के विभिन्न विमानों और स्थानों के लिए शब्द जो स्कैनर कंसोल पर मस्तिष्क छवियों की जांच करते समय किसी को उन्मुख होने की अनुमति देते हैं। अधिकतम एक मिलीमीटर आइसोट्रोपिक वोक्सेल आकार की एक उच्च रिज़ॉल्यूशन टी 1-भारित या टी 1 डब्ल्यू छवि प्राप्त करके शुरू करें जो पूर्ववर्ती अल्पविराम, पश्चवर्ती अल्पविराम या एसी-पीसी लाइन और मध्य रेखा के साथ संरेखित है।अधिग्रहण के तुरंत बाद, संगत सॉफ़्टवेयर के साथ ऑनलाइन रिफॉर्मेटिंग के माध्यम से उच्च रिज़ॉल्यूशन टी 1 डब्ल्यू छवि का संरेखण करें। एसी-पीसी-संरेखित टी 1 डब्ल्यू छवि के कोरोनल और अक्षीय दृश्यों को लोड करें और सुनिश्चित करें कि प्रत्येक प्रदर्शित स्लाइस के स्थान को दर्शाने वाली संदर्भ रेखाएं मौजूद हैं। इसके बाद, मध्य-मस्तिष्क और थैलेमस के बीच सबसे बड़े अलगाव को दिखाने वाली छवि की पहचान करने के लिए पुनर्निर्मित छवि के टुकड़ों का निरीक्षण करें।कोरोनल विमान को नेत्रहीन रूप से पहचानने के लिए धनु छवि का उपयोग करें, मध्य-मस्तिष्क के सबसे पूर्ववर्ती पहलू को चित्रित करें। कोरोनल छवि में, नेत्रहीन रूप से अक्षीय विमान की पहचान करें जो तीसरे वेंट्रिकल के हीन पहलू को रेखांकित करता है। छवि पर, एनएम-एमआरआई वॉल्यूम की बेहतर सीमा को पहले पहचाने गए अक्षीय विमान से संरेखित करें।फिर, एनएम-एमआरआई वॉल्यूम की बेहतर सीमा को बेहतर दिशा में तीन मिलीमीटर ले जाएं। इसी तरह, एनएम-एमआरआई वॉल्यूम को अक्षीय और कोरोनल छवियों में मध्य रेखा में संरेखित करें और एनएम-एमआरआई छवियों को प्राप्त करें। अधिग्रहित एनएम-एमआरआई छवियों पर गुणवत्ता नियंत्रण जांच करें, यह सुनिश्चित करके कि छवियां पूरे ठोस निग्रा या एसएन को कवर करती हैं। पुष्टि करें कि एसएन केंद्रीय छवियों में दिखाई देता है, लेकिन एनएम-एमआरआई वॉल्यूम की सबसे बेहतर या सबसे हीन छवियों में नहीं।यदि एनएम-एमआरआई छवियां प्रारंभिक गुणवत्ता नियंत्रण जांच में विफल हो जाती हैं, तो टी 1-भारित अधिग्रहण, एनएम-एमआरआई प्लेसमेंट प्रक्रिया और अधिग्रहण को दोहराएं। इसके बाद, कलाकृतियों की जांच के लिए अधिग्रहित एनएम-एमआरआई स्कैन के प्रत्येक टुकड़े का नेत्रहीन निरीक्षण करें। उन कलाकृतियों की जांच करें जो एसएन और आसपास के सफेद पदार्थ से गुजरती हैं।एक रैखिक पैटर्न के साथ सिग्नल तीव्रता में अचानक परिवर्तन की तलाश करें जो सामान्य शारीरिक सीमाओं का सम्मान नहीं करता है। रक्त वाहिकाओं से उत्पन्न कलाकृतियों के साथ एनएम-एमआरआई छवियों को बनाए रखा जाना चाहिए, क्योंकि ये कलाकृतियां हमेशा मौजूद रहेंगी। यदि कलाकृतियां प्रतिभागियों की सिर की गति के कारण हैं या अस्पष्ट हैं, तो एनएम-एमआरआई वॉल्यूम प्लेसमेंट की प्रतिलिपि बनाएं और एनएम-एमआरआई छवियों को पुनः प्राप्त करें।पुनः प्राप्त करने पर, यदि कलाकृतियां मौजूद रहती हैं, तो इन छवियों के साथ आगे बढ़ें, क्योंकि वे गति के परिणाम के बजाय जैविक हो सकते हैं। प्रोटोकॉल चरणबद्ध तरीके से एसएन के पूर्ण कवरेज के साथ संतोषजनक एनएम-एमआरआई छवियों का अधिग्रहण सुनिश्चित करता है। अधिग्रहित छवियों की प्रारंभिक गुणवत्ता जांच में, एसएन सबसे बेहतर स्लाइस में दिखाई दे रहा था, यह दर्शाता है कि एसएन का पूर्ण कवरेज हासिल नहीं किया गया था।रक्त वाहिकाओं, गति से उत्पन्न कलाकृतियों या अस्पष्ट कलाकृतियों से उत्पन्न कलाकृतियों की उपस्थिति के कारण छवियां दूसरी गुणवत्ता जांच में विफल रहीं। प्रतिनिधि विश्लेषण में, सबसे हीन से सबसे बेहतर तक संतोषजनक एनएम-एमआरआई छवियां प्रदर्शित की जाती हैं। छवियों पर, एसएन और पड़ोसी सफेद पदार्थ क्षेत्रों के बीच उत्कृष्ट अंतर देखा जा सकता है जिसमें कोई न्यूरोमेलेनिन एकाग्रता नहीं है।प्रक्रिया यह सुनिश्चित करती है कि अच्छी गुणवत्ता वाले न्यूरोमेलेनिन-संवेदनशील एमआरआई डेटा को विश्वसनीय और दोहराने योग्य तरीके से प्राप्त किया जाता है। डेटा का उपयोग न्यूरोडीजेनेरेटिव रोगों में डोपामाइन सेल हानि की गैर-आक्रामक जांच के लिए किया जा सकता है।

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Multiple-mouse Neuroanatomical Magnetic Resonance Imaging

एकाधिक माउस Neuroanatomical चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग

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High-resolution Functional Magnetic Resonance Imaging Methods for Human Midbrain

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Comprehensive Profiling of Dopamine Regulation in Substantia Nigra and Ventral Tegmental Area

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

प्राथमिक मोटर प्रांतस्था चयापचय पर द्विपक्षीय hemispheric Transcranial इलेक्ट्रिक उत्तेजना प्रभाव की माप के लिए एक उपकरण के रूप में चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी का प्रयोग करें

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

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

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

उच्च संकल्प<em&gt; Vivo</em&gt; 3T चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग का उपयोग मानव हिप्पोकैम्पस उपक्षेत्रों के लिए मैनुअल विभाजन प्रोटोकॉल

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

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

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

मानव Subcortex के उच्च संकल्प स्ट्रक्चरल चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग<I&gt; Vivo</I&gt; और पोस्टमार्टम

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 ...

A Magnetic Resonance Imaging Protocol for Stroke Onset Time Estimation in Permanent Cerebral Ischemia

स्थाई सेरेब्रल Ischemia में स्ट्रोक शुरुआत समय अनुमान के लिए एक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग प्रोटोकॉल

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 ...

Stereological Estimation of Dopaminergic Neuron Number in the Mouse Substantia Nigra Using the Optical Fractionator and Standard Microscopy Equipment

माउस Substantia नाइग्रा में Dopaminergic ंयूरॉन संख्या का Stereological आकलन ऑप्टिकल Fractionator और मानक माइक्रोस्कोपी उपकरण का उपयोग

In pre-clinical Parkinson&#39;s disease research, analysis of the nigrostriatal tract, including quantification of dopaminergic neuron loss within the ...

Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging in Chronic Spinal Cord Compression

जीर्ण रीढ़ की हड्डी संपीड़न में प्रसार Tensor चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग

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

Semi-Quantitative Determination of Dopaminergic Neuron Density in the Substantia Nigra of Rodent Models using Automated Image Analysis

स्वचालित छवि विश्लेषण का उपयोग कर कृंतक मॉडल के सब्सटेंटिया निग्रा में डोपामिनेर्गिक न्यूरॉन घनत्व का अर्ध-मात्रात्मक निर्धारण

Estimation of the number of dopaminergic neurons in the substantia nigra is a key method in pre-clinical Parkinson's disease research. Currently, unbiased ...