The authors acknowledge the following funding sources, the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC), the Dorothy Pitts Research Fund (NG), and the Nicky and Thor Eaton Research Fund. The authors acknowledge Kevin DeSimone, and Aman Goyal and for their knowledge in MRI acquisition and analysis expertise.

1. Participante y postmortem del cerebro Set-Up NOTA: Todas las imágenes fueron adquiridas mediante un 3 T escáner de resonancia magnética con una bobina de la cabeza de 32 canales y toda la RM se realizó a temperatura ambiente, aproximadamente a 20 ° C. Todos los participantes eran diestros y dieron su consentimiento informado por escrito. Cada participante se encontraba en buen estado de salud, sin antecedentes de trastornos neurológicos. El protocolo experimental fue aprobado y sigue las directrices de participantes York University Humanos Comité de Revisión. <ol><li> Pida a cada participante llene y firme un formulario de consentimiento del paciente que detalla las pautas de seguridad de resonancia magnética y el protocolo de neuroimagen. </li><li> Para cada participante, colocar tapones para los oídos en cada oreja y asegurar su cabeza con almohadillas para reducir al mínimo movimiento de la cabeza. </li><li> Para imágenes del cerebro post-mortem, asegúrese de que el cerebro se fija antes de la neuroimagen y está contenida dentro de una bolsa o contenedor que se ajuste a la cabeza de la bobina de resonancia magnética. Coloque el cerebro postmortem en la cabeza de la bobina con su eje z (superior a inferior) alineado con el orificio del escáner. El tronco cerebral (posterior) debe mirar hacia el pie de la cama del escáner. </li><li> Coloca cojines de vacío manos alrededor del cerebro post-mortem para la ayuda adicional. </li></ol> 2. La localización y la prescripción de la subcorteza NOTA: El tálamo es una estructura con lóbulos dual situado cerca del centro del cerebro situada entre el cerebro medio y la corteza cerebral. Situado en el tálamo dorsal, el LGN humano es una pequeña estructura subcortical que se extiende un máximo de ~ 10 mm. <ol><li> Para registrar un nuevo participante, abra el software de imágenes de resonancia magnética y haga clic en la ficha del paciente en la esquina superior izquierda. Luego haga clic en Registro. </li><li> Rellene la información del paciente adecuado y, a continuación, haga clic en la ficha del examen. </li><li> Para obtener un análisis de localizador, haga clic en la ficha Explorador de Examen para crear un nuevo protocolo. Observe la ventana de configuración de la pantalla, haga clic en la pestaña de rutina, e introduzca los siguientes parámetros: adquisicióntiempo de 28 seg, matriz de adquisición 160 x 160, 1 rebanada, 1,6 mm de espesor tamaño de vóxel isotrópico, FOV = 260 mm, fase FoV = 100%, la resolución rebanada = 69%, la fase y cortar fase parcial Fourier = 6/8, TR = 3.15 ms, TE = 1,37 ms, Flip Angle = 8 °. </li><li> Superposición de la caja de selección de rebanada utilizado para la adquisición de las imágenes de DP más el localizador que cubren los núcleos subcorticales dentro del tálamo, así como las estructuras circundantes (Figura 4). </li></ol> 3. Parámetros estructurales de alta resolución <ol><li> Crear un nuevo protocolo para la obtención de exploraciones PD ponderada de alta resolución. En la ventana de configuración de la pantalla, haga clic en la pestaña de rutina, e introduzca los siguientes parámetros en la orientación coronal: tiempo de adquisición de 179 seg, matriz de adquisición de 512 × 512, 0.3 × 0.3 × 1 mm 3 tamaño de voxel, TR = 3.25 seg , TE = 32 ms, ángulo flip = 120 °, la adquisición rebanada intercalada, FoV leer = 160 mm, FoV fase = 100%, imágenes paralelas (GRAPPA) conun factor de aceleración de 2. <ol><li> Utilice una secuencia Turbo de Spin Echo, con una longitud de los trenes Echo de 5. El primer eco a los 32 ms es el eco eficaz para esta secuencia. Reducir el ancho de banda (BW) al mínimo posible, 40 Hz / píxel, para maximizar la SNR. Para reducir la duración del análisis, elija 18 rebanadas, cada 1 mm de espesor, con un FOV = 160 mm. Esta losa proporciona suficiente cobertura de las regiones subcorticales de interés. NOTA: Para la identificación fiable de las estructuras subcorticales, adquirir 5 carreras con los parámetros anteriores. La duración total de la exploración es sólo ~ 15 min (Figura 5). No se empleó Fat-saturación. </li></ol></li><li> En las imágenes del cerebro post-mortem, la identificación fiable de las estructuras subcorticales se puede observar en un solo escaneo con la duración total de sólo ~ 3 min siguiendo el mismo protocolo de exploración como en 3.1 (Figura 6). </li></ol> Análisis 4. Imagen NOTA: Para analizar los datos de resonancia magnética, utilice el FMRIB libre disposición deBiblioteca de Software (FSL) paquete disponible para su descarga en <a href="https://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/">(https://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/).</a> <ol><li> Abra una ventana de terminal, y convertir los archivos DICOM primas del escáner para cada volumen PD a un formato NIfTI con DICOM al convertidor NIfTI. Algunos de los cuales son de libre disposición para su descarga (por ejemplo,. <a href="https://www.nitrc.org/projects/mricron">Https://www.nitrc.org/projects/mricron).</a> En la línea de comandos, escriba dcm2nii seguido por el directorio de cada PD imagen ponderada plazo. </li><li> En una ventana de terminal obtener los parámetros de la exploración original de PD. Escriba fslinfo en la línea de comando seguido de la exploración PD en formato NIfTI. </li><li> Crear una imagen en blanco volumen de destino de alta resolución que tiene el doble de la resolución y el tamaño medio voxel dada por los parámetros de fslinfo de la exploración original de PD. El orden de las entradas de datos para este comando son los siguientes: fslcreatehd &lt;xsize&gt; &lt;ysize&gt; &lt;ztamaño&gt; &lt;tsize&gt; &lt;xvoxsize&gt; &lt;yvoxsize&gt; &lt;zvoxsize&gt; &lt;tr&gt; &lt;xorigin&gt; &lt;yorigin&gt; &lt;zorigin&gt; &lt;tipo de datos&gt; &lt;headername&gt; NOTA: Por ejemplo, si el análisis de PD original con los parámetros siguientes tal como se describe en el punto 3.1 se recogen (es decir, 512 × 512 matriz, 18 rebanada, 0.3 × 0.3 × 1 mm 3 tamaño de voxel, TR = 3,25 s), escriba lo siguiente en la ventana de comandos: fslcreatehd 1024 1024 36 1 0,15 0,15 0,5 3,25 0 0 0 4 blankhr.nii.gz </li><li> Definir la transformación utilizando una matriz de identidad. Escriba en cualquier programa editor de texto de un archivo de texto guardado como &#39;identity.mat&#39; que tiene este aspecto: 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 </li><li> Utilice el comando ligón para aplicar la transformación, muestreo superior cada ejecución ponderado PD originales de duplicar la resolución total de un 512 a una matriz de 1024, y reducir a la mitad el tamaño del voxel en cada dimensión que resulta en una resolución de 0,15 × 0,15× 0,5 mm 3. En una ventana de terminal para cada volumen PD, escriba el comando siguiente ligón cambiar los nombres originales y salida por serie: coquetear -interp sinc -en originalPD.nii.gz -ref blankhr.nii.gz -applyxfm -init identity.mat salida privado highresPD.nii.gz NOTA: En caso de originalPD.nii.gz es el volumen de la fuente, blankhr.nii.gz es la resolución de salida deseada y highresPD.nii.gz es el nombre del volumen de salida. </li><li> Mueva todas las imágenes de alta resolución en una nueva carpeta, y navegar hacia él en una ventana de terminal. </li><li> Para cada participante, concatenar todas las imágenes PD muestreo superior en un solo archivo 4D utilizando fslmerge. En un tipo de ventana de terminal: fslmerge -t concat_highresPD * .nii.gz NOTA: Esto crea un archivo llamado 4D concat_highresPD.nii.gz. </li><li> Movimiento corregir el archivo concatenado utilizando mcflirt 10. Esta herramienta permite un registro robusta automatizado para lineal (afín) imágenes inter e intermodales cerebrales. Seleccionar unCorrección de 4 etapas, que utiliza la interpolación sinc (internamente) como un pase optimización adicional para una mayor precisión. En un tipo de ventana de terminal: mcflirt -en concat_highresPD salida privado mcf_concat_highresPD.nii.gz -Etapas 4 -plots NOTA: Esto crea un archivo llamado 4D mcf_concat_highresPD.nii.gz. </li><li> Por último, cree el 3D significa imagen usando fslmaths. En un tipo de ventana de terminal: fslmaths mcf_concat_highresPD.nii.gz -Tmean mean_highresPD.nii.gz NOTA: Esto crea un archivo 3D llamado mean_highresPD.nii.gz que es de alta calidad </li><li> Visualice el resultado final de la imagen 3D de alta resolución con el comando fslview. En el directorio de donde su imagen es, escriba lo siguiente en una ventana de terminal: fslview mean_highresPD.nii.gz &quot;. </li><li> Inspeccione perfiles de intensidad de rendimiento de la inversión en cuestión. Crear un ROI usando fslview (esto puede ser una línea vertical trazada a través de una región del LGN por ejemplo). En fslview cargar la imagen de dominio de alta resolución. Haga clic en la pestaña de herramientas,a continuación, haga clic en la ficha de una sola imagen para agrandar la imagen para dibujar regiones de interés. A continuación, haga clic en la pestaña Archivo seguido de la ficha Crear Máscara. Dibuje una línea en el retorno de la inversión de su interés. Guarde el ROI, haga clic en Archivo y luego Guardar como. Repita las máscaras de línea para múltiples áreas dentro de la ROI para las comparaciones de intensidad y otras regiones de interés en cuestión. </li><li> Utilice el comando 3dmaskdump de AFNI para analizar la intensidad resultante de la imagen. En el directorio de donde las imágenes son, use el siguiente comando en una ventana de terminal para extraer las intensidades de imagen y ubicación (dado como result_mask.txt) de su máscara de retorno de la inversión: 3dmaskdump -o result_mask.txt -noijk -xyz -mask ROI_linemask.nii.gz PDaverage_image.nii.gz </li></ol>

<ol>
	<li>Devlin, J. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reliable+identification+of+the+auditory+thalamus+using+multi-modal+structural+analyses.">Reliable identification of the auditory thalamus using multi-modal structural analyses.</a> NeuroImage. 30 (4), 1112-1120 (2006).</li><li>Fellner, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=True+proton+density+and+T2-weighted+turbo+spin-echo+sequences+for+routine+MRI+of+the+brain.">True proton density and T2-weighted turbo spin-echo sequences for routine MRI of the brain.</a> Neuroradiology. 36 (8), 591-597 (1994).</li><li>Schumann, C. M., Buonocore, M. H., Amaral, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+resonance+imaging+of+the+post-mortem+autistic+brain.">Magnetic resonance imaging of the post-mortem autistic brain.</a> J Autism Dev Disord. 31 (6), 561-568 (2001).</li><li>Tovi, M., Ericsson, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurements+of+T1+and+T2+over+time+in+formalin-fixed+human+whole-brain+specimens.">Measurements of T1 and T2 over time in formalin-fixed human whole-brain specimens.</a> Acta Radiol. 33 (5), 400-404 (1992).</li><li>Fujita, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lateral+geniculate+nucleus:+anatomic+and+functional+identification+by+use+of+MR+imaging.">Lateral geniculate nucleus: anatomic and functional identification by use of MR imaging.</a> Am J Neuroradiol. 22 (9), 1719-1726 (2001).</li><li>Bridge, H., Thomas, O., Jbabdi, S., Cowey, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Changes+in+connectivity+after+visual+cortical+brain+damage+underlie+altered+visual+function.">Changes in connectivity after visual cortical brain damage underlie altered visual function.</a> Brain. 131 (6), 1433-1444 (2008).</li><li>Gupta, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atrophy+of+the+lateral+geniculate+nucleus+in+human+glaucoma+detected+by+magnetic+resonance+imaging.">Atrophy of the lateral geniculate nucleus in human glaucoma detected by magnetic resonance imaging.</a> Br J Opthalmol. 93 (1), 56-60 (2009).</li><li>Dai, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessment+of+lateral+geniculate+nucleus+atrophy+with+3T+MR+imaging+and+correlation+with+clinical+stage+of+glaucoma.">Assessment of lateral geniculate nucleus atrophy with 3T MR imaging and correlation with clinical stage of glaucoma.</a> Am J Neuroradiol. 32 (7), 1347-1353 (2011).</li><li>McKetton, L., Kelly, K. R., Schneider, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Abnormal+lateral+geniculate+nucleus+and+optic+chiasm+in+human+albinism.">Abnormal lateral geniculate nucleus and optic chiasm in human albinism.</a> J Comp Neurol. 522 (11), 2680-2687 (2014).</li><li>Jenkinson, M., Bannister, P., Brady, M., Smith, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+optimization+for+the+robust+and+accurate+linear+registration+and+motion+correction+of+brain+images.">Improved optimization for the robust and accurate linear registration and motion correction of brain images.</a> NeuroImage. 17 (2), 825-841 (2002).</li><li>Dietrich, O., Raya, J. G., Reeder, S. B., Reiser, M. F., Schoenberg, S. O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Measurement+of+signal-to-noise+ratios+in+MR+images:+influence+of+multichannel+coils,+parallel+imaging,+and+reconstruction+filters.">Measurement of signal-to-noise ratios in MR images: influence of multichannel coils, parallel imaging, and reconstruction filters.</a> J Magn Reson Imaging. 26 (2), 375-385 (2007).</li><li>Andrews, T. J., Halpern, S. D., Purves, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Correlated+size+variations+in+human+visual+cortex,+lateral+geniculate+nucleus,+and+optic+tract.">Correlated size variations in human visual cortex, lateral geniculate nucleus, and optic tract.</a> J Neurosci. 17 (8), 2859-2868 (1997).</li><li>Pfefferbaum, A., Sullivan, E. V., Adalsteinsson, E., Garrick, T., Harper, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Postmortem+MR+imaging+of+formalin-fixed+human+brain.">Postmortem MR imaging of formalin-fixed human brain.</a> NeuroImage. 21 (4), 1585-1595 (2004).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

Este estudio describe un protocolo optimizado en la adquisición y técnica de análisis con el fin de obtener una alta resolución PD imágenes ponderadas de las regiones subcorticales. Un número de parámetros de análisis fueron probados y modificado con los más significativos relacionados con tamaño de la matriz, el tamaño de voxel, y ancho de banda para aumentar la SNR y disminuir el número de adquisiciones, un paso crítico en ser capaz de determinar las estructuras subcorticales de alta resolución. En conju...

El propósito de esta investigación fue probar los límites de resolución de resonancia magnética estructural en la ausencia de ruido fisiológico. Proton densidad (PD) imágenes ponderadas fueron adquiridas en un cerebro postmortem durante un período largo (dos ~ 24 sesiones hr) para determinar el número mínimo de imágenes que deben ser registrados y se promediaron para resolver las estructuras subcorticales. Para la comparación, PD imágenes ponderadas también se adquirieron en los seres humanos que viven durante un número de sesiones. En particular, el objetivo era determinar si sería posible en un mejor escenario para resolver los seis capas individuales del LGN humana, que son aproximadamente 1 mm de espesor (Figura 1). <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/53309/53309fig1.jpg" /> Figura 1. capas humano núcleo geniculado lateral. Esquemática de la estructura laminar del LGN. Magnocelular (M) se componen de capas más grande neuronalel tamaño celular y la densidad de células más pequeñas que son responsable de resolver los contornos de movimiento y de curso (capas 1-2, se muestra como gris oscuro). Parvocelulares capas (P) se componen de menor tamaño de la célula neuronal y más grande la densidad de células que son responsables de la resolución de fine-forma y el color (capas 4-6, representado como gris claro). Barra de escala 1 mm. Figura basado en manchado LGN 12 humana. La resolución espacial en la RM se mejora cuando se aumenta el tamaño de la matriz, y cuando se reducen campo de visión (FOV) y grosor de corte. Sin embargo, el aumento de la resolución se reduce la relación señal a ruido (SNR), que es proporcional al volumen de voxel. SNR también es proporcional a la raíz cuadrada del número de mediciones. En los seres humanos que viven, aunque varias imágenes pueden ser adquiridas durante un número de sesiones de formación de imágenes separadas, la resolución final está limitada por el ruido fisiológico, tales como la respiración, las pulsaciones circulatorio y movimiento de la cabeza. Alto-Resolución (0.35 mm voxels en el plano) PD exploraciones ponderados fueron adquiridas. Exploraciones PD mejorar contraste gris y blanco en el tálamo 1, y dan como resultado imágenes que minimicen T 1 y T 2 efectos. Su imagen depende de la densidad de protones en la forma de agua y macromoléculas tales como proteínas y grasas en el volumen de formación de imágenes. El aumento del número de protones en un tejido resulta en una señal más brillante en la imagen debido a la componente longitudinal superior de la magnetización 2. Exploraciones PD ponderada se recogieron ya que proporcionan un mayor contraste de las estructuras subcorticales con el tejido circundante. Otros contrastes, como T1 y T2 provoque dificultades en la delimitación de las estructuras subcorticales como el LGN debido a menores proporciones de contraste-ruido, según lo determinado ƒ 1,3. Del mismo modo, los estudios anteriores encontraron que las imágenes PD ponderada de formol fija cerebros post mortem resulted en mayores diferencias de contraste entre la materia gris y blanca en comparación con T1 y T2 que tenían intensidades de imagen materia gris y blanca similares 3,4. Los determinantes biofísicos subyacentes pueden explicar estas diferencias. T1 (longitudinal) y T2 (transversal) tiempos de relajación de los protones de hidrógeno dependerá de cómo el agua se mueve dentro del tejido. Los agentes de fijación tales como el trabajo en formol por proteínas de reticulación. Las diferencias entre la movilidad del agua se reducen entre los diferentes tipos de tejidos cuando se utilizan fijadores. Reducción de contraste de los tejidos T1 se ha observado después de la fijación, mientras que las diferencias en la densidad relativa de protones dentro de los tejidos del cerebro aumenta con la fijación, proporcionando una mejor diferenciación de contraste 3, 4. Estudios previos han identificado la LGN en las exploraciones PD ponderada utilizando un 1,5 T 5,6,7, y en 3 T escáner 8,9. Es crítico para obtener estas exploraciones para ser capaz de esbozar exactitud el alcance deel LGN. Para mantener la cobertura total de los núcleos subcorticales, 18 rebanadas PD ponderada se obtuvieron en el tálamo. Cada volumen se volvió a muestrear al doble de la matriz de la resolución 1024, (0.15 mm Tamaño voxel en el plano), concatenados, movimiento corregido y promedió para producir una imagen en 3D de alta resolución de las estructuras subcorticales. El número óptimo de imágenes PD necesarios para la siguiente receta rebanada fue de 5, lo que reduce el tiempo de exploración a menos de 15 minutos en los seres humanos que viven. Sólo 1 imagen de dominio fue requerido para delimitar claramente las regiones subcorticales del cerebro postmortem, reduciendo el tiempo de exploración a menos de 3 min (Figura 2 y 3). Toda una muestra de cerebro postmortem fijado en formol fue explorado de una mujer que había muerto de un paro cardiorrespiratorio a la edad de 82 años. Revisión de registros médicos reveló que ella tenía: la enfermedad pulmonar obstructiva crónica, la cirugía de pecho, triple bypass 8 años antes de su muerte, el cáncer uterino tratadas con histerectomía7 años antes de la muerte, hiperlipidemia, glaucoma, y ​​cirugía de cataratas. El espécimen cerebral postmortem de inmersión se fijó en 10% de formalina tamponada neutra durante al menos 3 semanas a 4 ° C.El cerebro postmortem fue escaneada con el mismo protocolo de formación de imágenes, así como con otros parámetros en el transcurso de muchas horas para las comparaciones de calidad de imagen . Sólo los parámetros optimizados se describirán para el protocolo.

<table><tbody><tr><td>Magnetom Trio 3T&amp;nbsp; MRI</td><td>Siemens (Erlangen, Germany).</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vacuum cushion hand</td><td>Siemens</td><td>Mat No: 4765454</td><td>Manufactured by: Johannes-Stark-Stk. 8 D-92224 Amberg</td></tr></tbody></table>

high-resolution structural magnetic resonance imaging of the human subcortex in vivo and postmortem

El objetivo de este estudio fue probar los límites de resolución de resonancia magnética estructural de un cerebro postmortem en comparación con los que viven los cerebros humanos. La resolución de la resonancia magnética estructural en vivo está limitada en última instancia por el ruido fisiológico, incluyendo pulsación, la respiración y el movimiento de la cabeza. Aunque el hardware de imagen sigue mejorando, todavía es difícil de resolver estructuras en la escala de milímetro. Por ejemplo, el visual vías sensoriales sinapsis primaria en el núcleo geniculado lateral (LGN), un relé de control visual y el núcleo en el tálamo, que normalmente está organizado en seis capas intercaladas monoculares. Los estudios de neuroimagen no han sido capaces de distinguir de forma fiable estas capas debido a su pequeño tamaño que tienen menos de 1 mm de espesor. El límite de resolución de MRI estructural, en un cerebro postmortem fue probada usando múltiples imágenes como promedio durante un larga duración (~ 24 h). El propósito era probar si era posible para resolver el l individuoAyers del LGN en la ausencia de ruido fisiológico. Una densidad de protones (PD) 1 secuencia de pulso ponderado se utiliza con diferentes resolución y otros parámetros para determinar el número mínimo de imágenes necesarias para ser registrado y promedió para distinguir de forma fiable el LGN y otras regiones subcorticales. Los resultados también se compararon con las imágenes adquiridas en vivir cerebros humanos. In vivo sujetos fueron escaneados con el fin de determinar los efectos adicionales de ruido fisiológico sobre el número mínimo de exploraciones PD necesarios para diferenciar las estructuras subcorticales, útiles en aplicaciones clínicas.

Una vez que el subcorteza se prescribe en el tálamo, PD imágenes ponderadas se recogen en el cuadro de selección de rebanada (Figura 4). La SNR mejorarse aumentando el número de promedios tanto en postmortem y en las exploraciones in vivo. Para determinar la calidad de imagen, la SNR de diferentes promedios de escaneo se comparó dividiendo la señal de la región media del cerebro por la desviación estándar en algún área fuera del cerebro. La SNR se calculó como SNR = 0,655 * mu</...

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

Here we present a protocol to determine the minimum number images that needed to be registered and averaged to resolve subcortical structures and test whether the individual layers of the LGN could be resolved in the absence of physiological noise.

De alta resolución de imagen de resonancia magnética estructural del subcorteza Humano<I&gt; En Vivo</I&gt; Y 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 ...

high-resolution-structural-magnetic-resonance-imaging-human-subcortex

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

15.3K vistas.  York University. Here we present a protocol to determine the minimum number images that needed to be registered and averaged to resolve subcortical structures and test whether the individual layers of the LGN could be resolved in the absence of physiological noise. 

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Registered Bioimaging of Nanomaterials for Diagnostic and Therapeutic Monitoring 

Nanomedications can be carried by blood borne monocyte-macrophages into the reticuloendothelial system (RES; spleen, liver, lymph nodes) and to end organs. The latter include the lung, RES, and brain and are operative during human immunodeficiency virus type one (HIV-1) infection. Macrophage entry into tissues is notable in areas of active HIV-1 replication and sites of inflammation. In order to assess the potential of macrophages as nanocarriers, superparamagnetic iron-oxide and/or drug laden particles coated with surfactants were parenterally injected into HIV-1 encephalitic mice. This was done to quantitatively assess particle and drug biodistribution. Magnetic resonance imaging (MRI) test results were validated by histological coregistration and enhanced image processing. End organ disease as typified by altered brain histology were assessed by MRI. The demonstration of robust migration of nanoformulations into areas of focal encephalitis provides '"proof of concept" for the use of advanced bioimaging techniques to monitor macrophage migration. Importantly, histopathological aberrations in brain correlate with bioimaging parameters making the general utility of MRI in studies of cell distribution in disease feasible. We posit that using such methods can provide a real time index of disease burden and therapeutic efficacy with translational potential to humans.

Registered Bioimaging of Nanomaterials for Diagnostic and Therapeutic Monitoring

Bioimaging methods used to assess cell biodistribution of nanoparticles are applicable for therapeutic and diagnostic monitoring of nanoformulated compounds. The methods described herein are sensitive and specific when assessed by histological coregistration. The methodologies provide a translational pathway from rodent to human applications.

Bioimagen registradas de Nanomateriales para el Monitoreo de Diagnóstico y Terapéutica

Nanomedications can be carried by blood borne monocyte-macrophages into the reticuloendothelial system (RES; spleen, liver, lymph nodes) and to end ...

Investigación

Bioingeniería

Chronic Imaging of Mouse Visual Cortex Using a Thinned-skull Preparation

In vivo imaging using two-photon laser scanning microscopy (2PLSM) allows the study of living cells and neuronal processes in the intact brain. The technique presented here allows the imaging of the same area of the brain at several time points (chronic imaging) with microscopic resolution allowing the tracking of dendritic spines which are the small structures that represent the majority of postsynaptic excitatory sites in the CNS. The ability to clearly resolve fine cortical structures over several time points has many advantages, specifically in the study of brain plasticity in which morphological changes at synapses and circuit remodeling may help explain underlying mechanisms. In this video and supplementary material, we show a protocol for chronic in vivo imaging of the intact brain using a thinned-skull preparation. The thinned-skull preparation is a minimally invasive approach, which avoids potential damage to the dura and/or cortex, thus reducing the onset of an inflammatory response. When this protocol is performed correctly, it is possible to clearly monitor changes in dendritic spine characteristics in the intact brain over a prolonged period of time.

In this video and supplemental material, we show a protocol for chronic in vivo imaging of the intact brain using a thinned-skull preparation.

Imagen crónica de la corteza visual del ratón usando una preparación de Diluido-cráneo

In vivo imaging using two-photon laser scanning microscopy (2PLSM) allows the study of living cells and neuronal processes in the intact brain. The ...

Neurociencias

High-resolution Functional Magnetic Resonance Imaging Methods for Human Midbrain

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 measuring activity on the surface of cerebral cortex rather than in subcortical regions such as midbrain and brainstem. Subcortical fMRI must overcome two challenges: spatial resolution and physiological noise. Here we describe an optimized set of techniques developed to perform high-resolution fMRI in human SC, a structure on the dorsal surface of the midbrain; the methods can also be used to image other brainstem and subcortical structures.
High-resolution (1.2 mm voxels) fMRI of the SC requires a non-conventional approach. The desired spatial sampling is obtained using a multi-shot (interleaved) spiral acquisition1. Since, T2* of SC tissue is longer than in cortex, a correspondingly longer echo time (TE ~ 40 msec) is used to maximize functional contrast. To cover the full extent of the SC, 8-10 slices are obtained. For each session a structural anatomy with the same slice prescription as the fMRI is also obtained, which is used to align the functional data to a high-resolution reference volume.
In a separate session, for each subject, we create a high-resolution (0.7 mm sampling) reference volume using a T1-weighted sequence that gives good tissue contrast. In the reference volume, the midbrain region is segmented using the ITK-SNAP software application2. This segmentation is used to create a 3D surface representation of the midbrain that is both smooth and accurate3. The surface vertices and normals are used to create a map of depth from the midbrain surface within the tissue4.
Functional data is transformed into the coordinate system of the segmented reference volume. Depth associations of the voxels enable the averaging of fMRI time series data within specified depth ranges to improve signal quality. Data is rendered on the 3D surface for visualization.
In our lab we use this technique for measuring topographic maps of visual stimulation and covert and overt visual attention within the SC1. As an example, we demonstrate the topographic representation of polar angle to visual stimulation in SC.

This article describes techniques to perform high-resolution functional magnetic resonance imaging with 1.2 mm sampling in human midbrain and subcortical structures using a 3T scanner. Use of these techniques to resolve topographic maps of visual stimulation in the human superior colliculus (SC) is given as an example.

De alta resolución Magnética Funcional por imágenes de los métodos de resonancia cerebro medio humano

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 ...

In vivo Imaging of Deep Cortical Layers using a Microprism

We present a protocol for in vivo imaging of cortical tissue using a deep-brain imaging probe in the shape of a microprism.  Microprisms are 1-mm in size and have a reflective coating on the hypotenuse to allow internal reflection of excitation and emission light.  The microprism probe simultaneously images multiple cortical layers with a perspective typically seen only in slice preparations.  Images are collected with a large field-of-view (~900 &mu;m).  In addition, we provide details on the non-survival surgical procedure and microscope setup.  Representative results include images of layer V pyramidal neurons from Thy-1 YFP-H mice showing their apical dendrites extending through the superficial cortical layer and extending into tufts.  Resolution was sufficient to image dendritic spines near the soma of layer V neurons.  A tail-vein injection of fluorescent dye reveals the intricate network of blood vessels in the cortex.  Line-scanning of red blood cells (RBCs) flowing through the capillaries reveals RBC velocity and flux rates can be obtained. This novel microprism probe is an elegant, yet powerful new method of visualizing deep cellular structures and cortical function in vivo.

In vivo Imaging of Deep Cortical Layers using a Microprism

Right-angle microprisms inserted into the mouse neocortex allows for deep imaging of multiple cortical layers with a viewpoint typically found in slice. One-millimeter microprisms offer a wide field-of-view (~900 &mu;m) and spatial resolutions sufficient to resolve dendritic spines. We demonstrate layer V neuronal imaging and neocortical vascular imaging using microprisms.

Imágenes in vivo de Deep capas corticales con un microprisma

We present a protocol for in vivo imaging of cortical tissue using a deep-brain imaging probe in the shape of a microprism.  Microprisms are 1-mm in size ...

Biología

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

The human hippocampus has been broadly studied in the context of memory and normal brain function and its role in different neuropsychiatric disorders has been heavily studied. While many imaging studies treat the hippocampus as a single unitary neuroanatomical structure, it is, in fact, composed of several subfields that have a complex three-dimensional geometry. As such, it is known that these subfields perform specialized functions and are differentially affected through the course of different disease states. Magnetic resonance (MR) imaging can be used as a powerful tool to interrogate the morphology of the hippocampus and its subfields. Many groups use advanced imaging software and hardware (&#62;3T) to image the subfields; however this type of technology may not be readily available in most research and clinical imaging centers. To address this need, this manuscript provides a detailed step-by-step protocol for segmenting the full anterior-posterior length of the hippocampus and its subfields: cornu ammonis (CA) 1, CA2/CA3, CA4/dentate gyrus (DG), strata radiatum/lacunosum/moleculare (SR/SL/SM), and subiculum. This protocol has been applied to five subjects (3F, 2M; age 29-57, avg. 37). Protocol reliability is assessed by resegmenting either the right or left hippocampus of each subject and computing the overlap using the Dice&#39;s kappa metric. Mean Dice&#39;s kappa (range) across the five subjects are: whole hippocampus, 0.91 (0.90-0.92); CA1, 0.78 (0.77-0.79); CA2/CA3, 0.64 (0.56-0.73); CA4/dentate gyrus, 0.83 (0.81-0.85); strata radiatum/lacunosum/moleculare, 0.71 (0.68-0.73); and subiculum 0.75 (0.72-0.78). The segmentation protocol presented here provides other laboratories with a reliable method to study the hippocampus and hippocampal subfields in vivo using commonly available MR tools.

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

The goal of this manuscript is to study the hippocampus and hippocampal subfields using MRI. The manuscript describes a protocol for segmenting the hippocampus and five hippocampal substructures: cornu ammonis (CA) 1, CA2/CA3, CA4/dentate gyrus, strata radiatum/lacunosum/moleculare, and subiculum.

Alta resolución<em&gt; En Vivo</em&gt; Protocolo Segmentación Manual for Human hipocampo subcampos Usando 3T Imágenes por Resonancia Magnética

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

3D Modeling of the Lateral Ventricles and Histological Characterization of Periventricular Tissue in Humans and Mouse

The ventricular system carries and circulates cerebral spinal fluid (CSF) and facilitates clearance of solutes and toxins from the brain. The functional units of the ventricles are ciliated epithelial cells termed ependymal cells, which line the ventricles and through ciliary action are capable of generating laminar flow of CSF at the ventricle surface. This monolayer of ependymal cells also provides barrier and filtration functions that promote exchange between brain interstitial fluids (ISF) and circulating CSF. Biochemical changes in the brain are thereby reflected in the composition of the CSF and destruction of the ependyma can disrupt the delicate balance of CSF and ISF exchange. In humans there is a strong correlation between lateral ventricle expansion and aging. Age-associated ventriculomegaly can occur even in the absence of dementia or obstruction of CSF flow. The exact cause and progression of ventriculomegaly is often unknown; however, enlarged ventricles can show regional and, often, extensive loss of ependymal cell coverage with ventricle surface astrogliosis and associated periventricular edema replacing the functional ependymal cell monolayer. Using MRI scans together with postmortem human brain tissue, we describe how to prepare, image and compile 3D renderings of lateral ventricle volumes, calculate lateral ventricle volumes, and characterize periventricular tissue through immunohistochemical analysis of en face lateral ventricle wall tissue preparations. Corresponding analyses of mouse brain tissue are also presented supporting the use of mouse models as a means to evaluate changes to the lateral ventricles and periventricular tissue found in human aging and disease. Together, these protocols allow investigations into the cause and effect of ventriculomegaly and highlight techniques to study ventricular system health and its important barrier and filtration functions within the brain.

Using MRI scans (human), 3D imaging software, and immunohistological analysis, we document changes to the brain&#8217;s lateral ventricles. Longitudinal 3D mapping of lateral ventricle volume changes and characterization of periventricular cellular changes that occur in the human brain due to aging or disease are then modeled in mice.

Modelado 3D del lateral Ventrículos y histológico Caracterización de Tejidos periventricular en los seres humanos y de ratón

The ventricular system carries and circulates cerebral spinal fluid (CSF) and facilitates clearance of solutes and toxins from the brain. The functional ...

Assessing Cortical Cerebral Microinfarcts on High Resolution MR Images

Cerebral microinfarcts are frequent findings in the post-mortem human brain, and are related to cognitive decline and dementia. Due to their small sizes it is challenging to study them on clinical MRI scans. It was recently demonstrated that cortical microinfarcts can be depicted with MRI scanners using high magnetic field strengths (7T). Based on this experience, a proportion of these lesions is also visible on lower resolution 3T MRI. These findings were corroborated with ex vivo imaging of post-mortem human brain tissue, accompanied by histopathological verification of possible cortical microinfarcts.
Here an ex vivo imaging protocol is presented, for the purpose of validating MR observed cerebral microvascular pathology with histological evaluation. Furthermore, guidelines are provided for the assessment of cortical microinfarcts on both in vivo 7T and 3T MR images. These guidelines provide researchers with a tool to rate cortical microinfarcts on in vivo images of larger patient samples, to further unravel their clinical relevance in cognitive decline and dementia, and establish these lesions as a novel biomarker of cerebral small vessel disease.

A high resolution ex vivo 7T MR imaging protocol is presented, to perform MR-guided histopathological validation of microvascular pathology in post-mortem human brain tissue. Furthermore, guidelines are provided for the assessment of cortical microinfarcts on in vivo 7T as well as 3T MR images.

Evaluar microinfartos cerebrales corticales en alta resolución MR Imágenes

Cerebral microinfarcts are frequent findings in the post-mortem human brain, and are related to cognitive decline and dementia. Due to their small sizes ...

Medicina

Large-scale Three-dimensional Imaging of Cellular Organization in the Mouse Neocortex

The mammalian neocortex is composed of many types of excitatory and inhibitory neurons, each with specific electrophysiological and biochemical properties, synaptic connections, and in vivo functions, but their basic functional and anatomical organization from cellular to network scale is poorly understood. Here we describe a method for the three-dimensional imaging of fluorescently-labeled neurons across large areas of the brain for the investigation of the cortical cellular organization. Specific types of neurons are labeled by the injection of fluorescent retrograde neuronal tracers or expression of fluorescent proteins in transgenic mice. Block brain samples, e.g., a hemisphere, are prepared after fixation, made transparent with tissue clearing methods, and subjected to fluorescent immunolabeling of the specific cell types. Large areas are scanned using confocal or two-photon microscopes equipped with large working distance objectives and motorized stages. This method can resolve the periodic organization of the cell type-specific microcolumn functional modules in the mouse neocortex. The procedure can be useful for the study of three-dimensional cellular architecture in the diverse brain areas and other complex tissues.

Here we describe a procedure for tissue clearing, fluorescent labeling, and large-scale imaging of mouse brain tissue which, thereby, enables visualization of the three-dimensional organization of cell types in the neocortex.

Proyección de imagen tridimensional a gran escala de la organización celular en el Neocortex de ratón

The mammalian neocortex is composed of many types of excitatory and inhibitory neurons, each with specific electrophysiological and biochemical ...

A Micro-CT-based Method for Characterizing Lesions and Locating Electrodes in Small Animal Brains

Lesion and electrode location verification are traditionally done via histological examination of stained brain slices, a time-consuming procedure that requires manual estimation. Here, we describe a simple, straightforward method for quantifying lesions and locating electrodes in the brain that is less laborious and yields more detailed results. Whole brains are stained with osmium tetroxide, embedded in resin, and imaged with a micro-CT scanner. The scans result in 3D digital volumes of the brains with resolutions and virtual section thicknesses dependent on the sample size (12&#8211;15 and 5&#8211;6 &#181;m&#160;per voxel for rat and zebra finch brains, respectively). Surface and deep lesions can be characterized, and single tetrodes, tetrode arrays, electrolytic lesions, and silicon probes can also be localized. Free and proprietary software allows experimenters to examine the sample volume from any plane and segment the volume manually or automatically. Because this method generates whole brain volume, lesions and electrodes can be quantified to a much higher degree than in current methods, which will help standardize comparisons within and across studies.

This article describes a straightforward method to prepare small animal brains for micro-CT imaging, in which lesions can be quantified and electrodes located with high precision in the context of the whole brain.

Un método basado en el Micro-CT para caracterizar las lesiones y la localización de electrodos en cerebros de animales pequeños

Lesion and electrode location verification are traditionally done via histological examination of stained brain slices, a time-consuming procedure that ...

Comprehensive Autopsy Program for Individuals with Multiple Sclerosis

We describe a rapid tissue donation program for individuals with multiple sclerosis (MS) that requires scientists and technicians to be on-call 24/7, 365 days a year. Participants consent to donate their brain and spinal cord. Most patients were followed by neurologists at the Cleveland Clinic Mellen Center for MS Treatment and Research. Their clinical courses and neurological disabilities are well-characterized. Soon after death, the body is transported to the MS Imaging Center, where the brain is scanned in situ by 3 T magnetic resonance imaging (MRI). The body is then transferred to the autopsy room, where the brain and spinal cord are removed. The brain is divided into two hemispheres. One hemisphere is immediately placed in a slicing box and alternate 1 cm-thick slices are either fixed in 4% paraformaldehyde for two days or rapidly frozen in dry ice and 2-methylbutane. The short-fixed brain slices are stored in a cryopreservation solution and used for histological analyses and immunocytochemical detection of sensitive antigens. Frozen slices are stored at -80 &#176;C and used for molecular, immunocytochemical, and in situ hybridization/RNA scope studies. The other hemisphere is placed in 4% paraformaldehyde for several months, placed in the slicing box, re-scanned in the 3 T magnetic resonance (MR) scanner and sliced into centimeter-thick slices. Postmortem in situ MR images (MRIs) are co-registered with 1 cm-thick brain slices to facilitate MRI-pathology correlations. All brain slices are photographed and brain white-matter lesions are identified. The spinal cord is cut into 2 cm segments. Alternate segments are fixed in 4% paraformaldehyde or rapidly frozen. The rapid procurement of postmortem MS tissues allows pathological and molecular analyses of MS brains and spinal cords and pathological correlations of brain MRI abnormalities. The quality of these rapidly-processed postmortem tissues (usually within 6 h of death) is of great value to MS research and has resulted in many high-impact discoveries.

Multiple sclerosis is an inflammatory demyelinating disease with no cure. Analysis of brain tissue provides important clues to understanding the pathogenesis of the disease. Here we discuss the methodology and downstream analysis of MS brain tissue collected through a unique rapid autopsy program in operation at the Cleveland Clinic.

Programa integral de autopsias para individuos con esclerosis múltiple

We describe a rapid tissue donation program for individuals with multiple sclerosis (MS) that requires scientists and technicians to be on-call 24/7, 365 ...

De alta resolución de imagen de resonancia magnética estructural del subcorteza Humano

Resumen

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