Name: standardized data acquisition for neuromelanin-sensitive magnetic resonance imaging of the substantia nigra
Uploaded: 2021-09-08T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Standardized Data Acquisition for Neuromelanin-Sensitive Magnetic Resonance Imaging of the Substantia Nigra at JoVE.com

Dr. Horga, NIMH'den (R01-MH114965, R01-MH117323) destek aldı. Dr. Wengler, NIMH'den (F32-MH125540) destek aldı.

NOT: Bu protokolü geliştirmek için yapılan araştırma, New York Eyaleti Psikiyatri Enstitüsü Kurumsal İnceleme Kurulu yönergelerine (IRB #7655) uygun olarak gerçekleştirilmiştir. Bir denek protokol videosunun kaydedilmesi için tarandı ve yazılı bilgilendirilmiş onam alındı. Bu protokolde kullanılan MRI tarayıcısı hakkında ayrıntılar için Malzeme Tablosuna bakın.
1. MRG edinme parametreleri
<ol><li>Aşağıdaki parametrelerle hazırlanmış bir 3D ...

Dopaminerjik sistem sağlıklı biliş ve nöropsikiyatrik bozukluklarda çok önemli bir rol oynar. Dopaminerjik sistemi in vivo olarak tekrar tekrar araştırmak için kullanılabilecek noninvaziv yöntemlerin geliştirilmesi, klinik olarak anlamlı biyobelirteçlerin gelişimi için kritik öneme sahiptir. Burada açıklanan protokol, kullanılabilir verileri sağlamak için NM-MRI hacminin yerleştirilmesi ve kalite kontrol kontrolleri de dahil olmak üzere SN'nin kaliteli NM-MRI görüntülerini elde etmek ...

Nöromelanin (NM), substantia nigra'nın (SN) dopaminerjik nöronlarında ve locus coeruleus'un (LC) noradrenerjik nöronlarında bulunan koyu renkli bir pigmenttir 1,2. NM, sitozolik dopamin ve norepinefrinin demire bağımlı oksidasyonu ile sentezlenir ve soma3'teki otofajik vakuollerde depolanır. İlk olarak insanlarda 2-3 yaş civarında ortaya çıkar ve 1,4,5 yaşla birlikte birikir.
SN ve LC nöronlarının NM içeren vakuolleri içinde NM, demir ile kompleksler oluşturur. Bu NM-demir kompleksleri paramanyetiktir ve manyetik rezonans görüntüleme (MRG) kullanılarak NM'nin noninvaziv olarak görselleştirilmesine izin verir6,7. NM'yi görselleştirebilen MRI taramaları, NM'ye duyarlı MRI (nm-mri) olarak bilinir ve yüksek NM konsantrasyonuna sahip bölgeler (örneğin, SN) ve çevresindeki beyaz madde 8,9 arasında kontrast sağlamak için doğrudan veya dolaylı mıknatıslanma transfer etkilerini kullanır.
Manyetizasyon transfer kontrastı, makromoleküler bağlı su protonları (mıknatıslanma transfer darbeleri tarafından doyurulmuş) ile çevresindeki serbest su protonları arasındaki etkileşimin sonucudur. NM-MRG'de, NM-demir komplekslerinin paramanyetik doğasının, çevredeki serbest su protonlarınınT1'ini kısalttığına ve mıknatıslanma-transfer etkilerinin azalmasına neden olduğuna, böylece daha yüksek NM konsantrasyonuna sahip bölgelerin NM-MRI taramalarında hiperintens göründüğüne inanılmaktadır10. Tersine, SN'yi çevreleyen beyaz madde yüksek bir makromoleküler içeriğe sahiptir, bu da büyük mıknatıslanma-transfer etkilerine neden olur, böylece bu bölgeler NM-MRI taramalarında hipointens görünür, böylece SN ve çevresindeki beyaz madde arasında yüksek kontrast sağlar.
SN'DE, NM-MR, dopaminerjik hücre kaybı11 ve dopamin sistemi fonksiyonu12'nin bir belirtecini sağlayabilir. Bu iki süreç çeşitli nöropsikiyatrik bozukluklarla ilgilidir ve çok sayıda klinik ve klinik öncesi çalışma ile desteklenmektedir. Örneğin, dopamin fonksiyonundaki anormallikler şizofrenide yaygın olarak gözlenmiştir; pozitron emisyon tomografisi (PET) kullanan in vivo çalışmalar, striatal dopamin salınımının arttığını göstermiştir 13,14,15,16 ve dopamin sentez kapasitesinin arttığını göstermiştir 17,18,19,20,21,22 . Ayrıca, ölüm sonrası çalışmalar, şizofreni hastalarının bazal gangliyon23 ve SN 24,25'te tirozin hidroksilaz (dopamin sentezinde rol oynayan hız sınırlayıcı enzim) düzeylerinin arttığını göstermiştir.
Birçok çalışma, özellikle Parkinson hastalığında dopaminerjik hücre kaybı modellerini araştırmıştır. Post-mortem çalışmalar, SN'nin pigmentli dopaminerjik nöronlarının Parkinson hastalığında nörodejenerasyonun birincil bölgesi olduğunu ortaya koymuştur 26,27 ve Parkinson hastalığında SN hücre kaybı normal yaşlanmada hücre kaybı ile ilişkili olmasa da28, hastalığın süresi ile ilişkilidir 29 . Dopaminerjik sistemi araştırmak için kullanılan çoğu yöntemin aksine, invaziv olmama, maliyet etkinliği ve iyonlaştırıcı radyasyon eksikliği, NM-MRG'yi çok yönlü bir biyobelirteç30 yapar.
Bu yazıda açıklanan NM-MRG protokolü, NM-MRG'nin hem denek içi hem de denekler arası tekrarlanabilirliğini arttırmak için geliştirilmiştir. Bu protokol, NM-MRI taramalarının düşük-üstün yönde sınırlı kapsama alanına rağmen, SN'nin tam kapsama alanını sağlar. Protokol, sagital, koronal ve eksenel üç boyutlu (3D) T1 ağırlıklı (T1w) görüntüleri kullanır ve uygun dilim yığını yerleşimini sağlamak için adımlar izlenmelidir. Bu yazıda özetlenen protokol31,32 sayılı birçok çalışmada kullanılmış ve kapsamlı bir şekilde test edilmiştir. Wengler ve ark., NM-MRI görüntülerinin her katılımcıda birkaç gün boyunca iki kez elde edildiği bu protokolün güvenilirliği üzerine bir çalışmayı tamamladı32. Sınıf içi korelasyon katsayıları, ilgi bölgesi (ROI) tabanlı ve vokselistik analizlerin yanı sıra görüntülerdeki yüksek kontrast için bu yöntemin mükemmel test-tekrar test güvenilirliğini göstermiştir.

<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

Dopaminerjik sistem, sağlıklı bilişte (örneğin, ödül öğrenme ve belirsizlik) ve nöropsikiyatrik bozukluklarda (örneğin, Parkinson hastalığı ve şizofreni) çok önemli bir rol oynar. Nöromelanin, substantia nigra'nın dopaminerjik nöronlarında biriken dopamin sentezinin bir yan ürünüdür. Nöromelanine duyarlı manyetik rezonans görüntüleme (NM-MRG), bu dopaminerjik nöronlardaki nöromelanini ölçmek için invaziv olmayan bir yöntemdir, substantia nigra'daki dopaminerjik hücre kaybının doğrudan bir ölçüsünü ve dopamin fonksiyonunun bir vekil ölçüsünü sağlar. NM-MRG'nin çeşitli nöropsikiyatrik bozuklukları incelemek için yararlı olduğu gösterilmiş olmasına rağmen, substantia nigra'nın bir kısmının kazara dışlanmasından kaynaklanan potansiyel veri kaybına neden olan aşağı-üstün yönde sınırlı bir görüş alanı ile zorlanmaktadır. Ek olarak, alan, NM-MRI verilerinin elde edilmesi için standartlaştırılmış bir protokolden yoksundur; bu, büyük ölçekli çok bölgeli çalışmaları ve kliniğe çeviriyi kolaylaştırmada kritik bir adımdır. Bu protokol, tüm substantia nigra'yı kapsayan kaliteli verilerin elde edilmesini sağlamak için adım adım NM-MRI hacim yerleştirme prosedürünü ve çevrimiçi kalite kontrol kontrollerini açıklamaktadır.

Şekil 4 , psikiyatrik veya nörolojik bozukluğu olmayan 28 yaşındaki bir kadın katılımcının temsili sonuçlarını göstermektedir. NM-MRI protokolü, Şekil 1'de özetlenen protokolün 2. adımını izleyerek elde edilen SN'nin tam kapsamını ve protokolün 3. adımını izleyerek tatmin edici NM-MRI görüntülerini sağlar. SN ile ihmal edilebilir NM konsantrasyonuna sahip komşu beyaz cevher bölgeleri (yani crus cerebri) arasında mükemmel kontra...

Watch this Scientific Journal Video about Standardized Data Acquisition for Neuromelanin-Sensitive Magnetic Resonance Imaging of the Substantia Nigra at JoVE.com

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

Bu protokol, substantia nigra'nın nöromelanine duyarlı manyetik rezonans görüntüleme verilerinin nasıl elde edileceğini gösterir.

Substantia Nigra'nın Nöromelanine Duyarlı Manyetik Rezonans Görüntülemesi için Standartlaştırılmış Veri Toplama

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

Protokol, nöromelanine duyarlı MRG'yi elde etmek için ilk standartlaştırılmış ve oldukça ayrıntılı adım adım prosedürü sunar. Bu, alanın siteler arasındaki verileri doğrudan karşılaştırmasına ve genelleştirilmiş biyobelirteçleri doğrulamak için örnekleri birleştirmesine olanak tanır. Teknik, veri kaybını en aza indirmek için ayrıntılı bir yerleştirme prosedürü ve kalite kontrol kontrolleri kullanır.Bu teknik, nöropsikiyatrik bozukluklarda, özellikle Parkinson hastalığının teşhisi için biyobelirteçlerin geliştirilmesi ve doğrulanması için gerekli olan büyük ölçekli çalışmaları kolaylaştıracaktır. Nöroanatomideki temel kavramları, örneğin beynin yönlendirilmesine izin veren farklı düzlemler ve beynin konumları için terimler gibi, tarayıcı konsolundaki beyin görüntülerini incelerken gözden geçirmek yararlıdır. Ön komissür, arka komissür veya AC-PC hattı ve orta hat boyunca hizalanmış maksimum bir milimetre izotropik voksel boyutunda yüksek çözünürlüklü T1 ağırlıklı veya T1W görüntü elde ederek başlayın.Edinmeden hemen sonra, uyumlu yazılımla çevrimiçi yeniden biçimlendirme yoluyla yüksek çözünürlüklü T1W görüntünün hizalamasını gerçekleştirin. AC-PC hizalı T1W görüntüsünün sagital, koronal ve eksenel görünümlerini yükleyin ve görüntülenen her dilimin konumunu gösteren referans çizgilerinin bulunduğundan emin olun. Ardından, orta beyin ve talamus arasındaki en büyük ayrımı gösteren sagital görüntüyü tanımlamak için yeniden biçimlendirilmiş görüntünün sagital dilimlerini görsel olarak inceleyin.Koronal düzlemi görsel olarak tanımlamak için sagital görüntüyü kullanın ve orta beynin en ön yönünü tanımlayın. Koronal görüntüde, üçüncü ventrikülün alt yönünü özetleyen eksenel düzlemi görsel olarak tanımlayın. Sagital görüntüde, NM-MRI hacminin üst sınırını daha önce tanımlanan eksenel düzleme hizalayın.Ardından, NM-MRI hacminin üst sınırını üç milimetre üst yönde hareket ettirin. Benzer şekilde, NM-MRI hacmini eksenel ve koronal görüntülerde orta hatta hizalayın ve NM-MRI görüntülerini elde edin. Elde edilen NM-MRI görüntülerinde, görüntülerin tüm substantia nigra veya SN'yi kapsadığından emin olarak kalite kontrol kontrolleri gerçekleştirin. SN'nin merkezi görüntülerde göründüğünü, ancak NM-MRI hacminin en üstün veya en düşük görüntülerinde görünmediğini doğrulayın.NM-MRI görüntüleri ön kalite kontrol kontrolünde başarısız olursa, T1 ağırlıklı alımı, NM-MRI yerleştirme prosedürünü ve alımını tekrarlayın. Ardından, yapıları kontrol etmek için edinilen NM-MRI taramasının her dilimini görsel olarak inceleyin. SN ve çevresindeki beyaz maddeden geçen yapıları kontrol edin.Normal anatomik sınırlara uymayan doğrusal bir modelle sinyal yoğunluğundaki ani değişiklikleri arayın. Kan damarlarından kaynaklanan artefaktlar içeren NM-MRI görüntüleri korunmalıdır, çünkü bu eserler büyük olasılıkla her zaman mevcut olacaktır. Yapıtlar katılımcıların kafa hareketinden kaynaklanıyorsa veya belirsizse, NM-MRI hacim yerleşimini kopyalayın ve NM-MRI görüntülerini yeniden alın.Yeniden kazanıldıktan sonra, eğer eserler mevcut kalırsa, hareketin bir sonucu olmaktan ziyade biyolojik olabilecekleri için bu görüntülerle devam edin. Protokol, SN'nin tam kapsama alanı ile tatmin edici NM-MRI görüntülerinin kademeli olarak elde edilmesini sağlar. Elde edilen görüntülerin ilk kalite kontrolünde, SN en üstün dilimde görülebiliyordu, bu da SN'nin tam kapsama alanının elde edilemediğini gösteriyordu.Görüntüler, kan damarlarından kaynaklanan eserlerin, hareketten kaynaklanan eserlerin veya belirsiz eserlerin varlığı nedeniyle ikinci kalite kontrolünde başarısız oldu. Temsili analizde, en aşağıdan en üstüne, en üstünden tatmin edici NM-MRI görüntüleri görüntülenir. Görüntülerde, SN ile nöromelanin konsantrasyonu olmayan komşu beyaz cevher bölgeleri arasında mükemmel kontrast görülebiliyordu.Prosedür, kaliteli nöromelanine duyarlı MRG verilerinin güvenilir ve tekrarlanabilir bir şekilde elde edilmesini sağlar. Veriler, nörodejeneratif hastalıklarda dopamin hücre kaybını invaziv olmayan bir şekilde araştırmak için kullanılabilir.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Multiple-mouse Neuroanatomical Magnetic Resonance Imaging

Çoklu-fare nöroanatomik Manyetik Rezonans Görüntüleme

The field of mouse phenotyping with magnetic resonance imaging (MRI) is rapidly growing, motivated by the need for improved tools for characterizing and ...

High-resolution Functional Magnetic Resonance Imaging Methods for Human Midbrain

İnsan orta beyin için yüksek çözünürlüklü Fonksiyonel Manyetik Rezonans Görüntüleme Yöntemleri

Functional MRI (fMRI) is a widely used tool for non-invasively measuring correlates of human brain activity. However, its use has mostly been focused upon ...

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

Substantia nigra ve ventral Tegmental Bölgesi Dopamin Yönetmelik Kapsamlı Profilleme

Dopamine is a vigorously studied neurotransmitter in the CNS. Indeed, its involvement in locomotor activity and reward-related behaviour has fostered five ...

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

Birincil Motor Cortex Metabolizması Üzerindeki Bi-hemisferik Transkraniyal Elektrik Stimülasyon Etkileri Ölçüm Aracı Olarak Manyetik Rezonans Spektroskopisi Kullanımı

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

Yüksek çözünürlük<em&gt; İn Vivo</em&gt; 3T Manyetik Rezonans Görüntüleme kullanma İnsan hipokampal alanlar için Manuel Segmentasyon Protokolü

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

İnsan Subcortex yüksek çözünürlüklü yapısal Manyetik Rezonans Görüntüleme<I&gt; İn Vivo</I&gt; Ve Postmortem

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

Manyetik rezonans görüntüleme protokolü için kontur başlangıçlı süresi tahmini olarak kalıcı serebral iskemi

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

Optik Fractionator ve standart mikroskobu ekipmanlar kullanarak fare gözlemliyorum Nigra dopaminerjik nöron sayısının stereological tahmin

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

Kronik omurilik kompresyonu difüzyon tensor manyetik rezonans görüntüleme

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

Otomatik Görüntü Analizi Kullanılarak Kemirgen Modellerinin Substantia Nigra'sında Dopaminerjik Nöron Yoğunluğunun Yarı Nicel Belirlenmesi

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