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 e Postmortem Cérebro Set-Up Observação: Todas as imagens foram obtidas utilizando um scanner de RM 3 T com uma bobina de cabeça de 32 canais e todos ressonância magnética foi realizada a temperatura ambiente, aproximadamente 20 ° C. Todos os participantes eram destros e assinaram termo de consentimento informado. Cada participante estava com boa saúde, sem histórico de distúrbios neurológicos. O protocolo experimental foi aprovado e segue as diretrizes de participantes York University Humanos Comitê de Revisão. <ol><li> Peça a cada participante preencher e assinar um formulário de consentimento do paciente que detalha as diretrizes de segurança de ressonância magnética e o protocolo neuro-imaging. </li><li> Para cada participante, colocar tampões em cada orelha e assegurar a sua cabeça com almofadas de cabeça para minimizar movimento. </li><li> Para pós-mortem de imagens do cérebro, certifique-se o cérebro é fixa antes de neuroimagem e está contido dentro de um saco ou recipiente que se encaixa dentro da cabeça-coil de ressonância magnética. Coloque o cérebro pós-morte na cabeça-bobina com o eixo z (superior a inferior) alinhado com o furo do scanner. O tronco cerebral (posterior) deve estar virada para o pé da cama scanner. </li><li> Coloque almofada de vácuo mãos ao redor do cérebro post-mortem para suporte adicional. </li></ol> 2. Localizando e prescrever o Subcórtex NOTA: O tálamo é uma estrutura dupla lóbulos localizada perto do centro do cérebro situado entre o mesencéfalo e o córtex cerebral. Localizado dentro do tálamo dorsal, o LGN humana é uma pequena estrutura que se estende subcortical um máximo de ~ 10 mm. <ol><li> Para registrar um novo participante, abra o software de imagem de ressonância magnética e clique na aba Patient no canto superior esquerdo. Em seguida, clique em Register. </li><li> Preencha as informações do paciente apropriado, e em seguida, clique na guia Exame. </li><li> Para obter uma varredura do localizador, clique na guia Exame Explorer para criar um novo protocolo. Observe a janela de set-up na tela, clique na guia de rotina, e digite os seguintes parâmetros: a aquisiçãotempo de 28 seg, matriz de aquisição de 160 × 160, 1 fatia, o tamanho do voxel isotrópico 1,6 mm de espessura, FOV = 260 mm, fase FoV = 100%, resolução fatia = 69%, fase e cortar fase parcial Fourier = 6/8, TR = 3.15 ms, TE = 1,37 ms, Flip Ângulo = 8 °. </li><li> Overlay caixa de seleção fatia utilizado para a aquisição das imagens de PD sobre o localizador que cobrem os núcleos subcorticais dentro do tálamo, bem como estruturas circundante (Figura 4). </li></ol> 3. de alta resolução parâmetros estruturais <ol><li> Criar um novo protocolo para a obtenção de alta resolução scans ponderadas pelo PD. Na janela de set-up na tela, clique na guia de rotina, e digite os seguintes parâmetros na orientação coronal: tempo de aquisição de 179 seg, matriz de aquisição de 512 × 512, 0,3 × 0,3 × 1 mm3 tamanho do voxel, TR = 3.25 seg , TE = 32 ms, ângulo aleta = 120 °, a aquisição da fatia intercalada, FoV ler = 160 mm FoV fase = 100%, imagens paralelas (GRAPPA) comum fator de aceleração de 2. <ol><li> Use uma seqüência de eco Turbo Spin, com um comprimento de eco Trem de 5. O primeiro eco em 32 ms é o eco eficaz para esta sequência. Reduzir a largura de banda (BW) para o possível, 40 Hz / pixel mínimo, para maximizar a SNR. Para reduzir a duração da verificação, escolha 18 fatias, cada um milímetro de espessura, com um FOV = 160 mm. Esta laje oferece cobertura suficiente das regiões subcorticais de interesse. NOTA: Para identificação correcta das estruturas subcorticais, adquirir 5 corridas com os parâmetros acima. A duração total de verificação é apenas ~ 15 min (Figura 5). Fat-saturação não foi empregado. </li></ol></li><li> No post mortem de imagens do cérebro, identificação fiável de estruturas subcorticais pode ser observada em apenas um scan com a duração total de apenas ~ 3 min, seguindo o mesmo protocolo de varrimento como em 3.1 (Figura 6). </li></ol> 4. Análise de Imagem NOTA: Para analisar os dados de MRI, utilize o FMRIB livremente disponível daSoftware Library (FSL) pacote disponível para download em <a href="https://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/">(https://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/).</a> <ol><li> Abra uma janela de terminal, e converter os arquivos DICOM matérias do scanner para cada volume PD para um formato NIfTI com DICOM ao conversor NIfTI. Um número dos quais estão disponíveis gratuitamente para download (por exemplo., <a href="https://www.nitrc.org/projects/mricron">Https://www.nitrc.org/projects/mricron).</a> Na linha de comando, digite dcm2nii seguido do diretório de cada PD imagem ponderada prazo. </li><li> Em uma janela de terminal obter os parâmetros de verificação PD inicial. Escreva fslinfo na linha de comando seguido pela verificação PD em formato NIfTI. </li><li> Crie uma alta resolução de imagem em branco volume de destino que tem o dobro da resolução e metade do tamanho do voxel dado pelos parâmetros de fslinfo da verificação PD inicial. A ordem das entradas de dados para este comando são as seguintes: fslcreatehd &lt;XSIZE&gt; &lt;ysize&gt; &lt;zsize&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 dados&gt; &lt;HeaderName&gt; NOTA: Por exemplo, se a varredura PD original com os seguintes parâmetros, conforme descrito no ponto 3.1 são coletadas (ou seja, de 512 × 512 matriz, 18 fatia, 0,3 × 0,3 × 1 mm3 tamanho do voxel, TR = 3,25 s), digite o seguinte na janela de comando: fslcreatehd 1024 1024 36 1 0,5 0,15 0,15 3,25 0 0 0 4 blankhr.nii.gz </li><li> Definir a transformação utilizando uma matriz de identidade. Escreva em qualquer programa editor de texto de um arquivo de texto salvo como &#39;identity.mat&#39; que se parece com isso: 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 </li><li> Use o comando namoradeira para aplicar a transformação, upsampling cada execução ponderada PD original para duplicar a resolução total desde um 512 para uma matriz de 1024, e reduzir pela metade o tamanho do voxel em cada dimensão, resultando em uma resolução de 0,15 × 0,15× 0,5 mm 3. Em uma janela de terminal para cada volume PD, digite o seguinte comando namoradeira mudando os nomes originais e saída por corrida: flertar -interp sinc -em originalPD.nii.gz -rep blankhr.nii.gz -applyxfm -init identity.mat out highresPD.nii.gz NOTA: Onde originalPD.nii.gz é o volume de origem, blankhr.nii.gz é a resolução de saída desejada, e highresPD.nii.gz é o nome do volume de saída. </li><li> Mova todas as imagens de alta resolução para uma nova pasta, e navegue até ele em uma janela de terminal. </li><li> Para cada participante, concatenar todas as imagens PD upsampled em um único arquivo usando 4D fslmerge. Em um tipo de janela de terminal: fslmerge -t concat_highresPD * .nii.gz NOTA: Isso cria um arquivo chamado 4D concat_highresPD.nii.gz. </li><li> Movimento corrigir o arquivo concatenado usando mcflirt 10. Esta ferramenta permite um registro robusto automatizado para linear (afim) imagens inter e inter-modais cerebrais. Selecione umaCorrecção de 4-fase, que utiliza a interpolação de sincronismo (internamente) como mais um passo de optimização para uma maior precisão. Em um tipo de janela de terminal: mcflirt -em concat_highresPD out mcf_concat_highresPD.nii.gz -stages 4 -plots NOTA: Isso cria um arquivo chamado 4D mcf_concat_highresPD.nii.gz. </li><li> Finalmente, criar o 3D dizer de imagem usando fslmaths. Em um tipo de janela de terminal: fslmaths mcf_concat_highresPD.nii.gz -Tmean mean_highresPD.nii.gz NOTA: Isso cria um arquivo 3D chamado mean_highresPD.nii.gz que é de alta qualidade </li><li> Visualize a imagem de alta resolução resultado final 3D usando o comando fslview. No diretório de onde sua imagem é, digite o seguinte em uma janela de terminal: fslview mean_highresPD.nii.gz. &quot; </li><li> Inspecione perfis de intensidade de ROIs em questão. Criar um ROI utilizando fslview (esta pode ser uma linha vertical traçada através de uma região do LGN por exemplo). Em fslview carregar a imagem PD de alta resolução. Clique na guia ferramentas,em seguida, clique na guia única imagem para ampliar a imagem para desenhar ROIs. Em seguida, clique na guia Arquivo seguido pelo guia Criar Mask. Desenhar uma linha no ROI de interesse. Salve o ROI clicando em Arquivo, em seguida, Salvar como. Repita as máscaras de linha para várias áreas dentro do ROI para comparações de intensidade e outros ROIs em questão. </li><li> Use comando 3dmaskdump de Afni para analisar a intensidade da imagem resultante. No diretório de onde as imagens são, use o seguinte comando em uma janela de terminal para extrair as intensidades e localização de imagem (dado como result_mask.txt) de sua máscara ROI: 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 estudo descreve um protocolo otimizado na aquisição e análise técnica a fim de obter de alta resolução PD imagens ponderadas das regiões subcorticais. Um certo número de parâmetros de análise foram testados e modificado com os mais significativos relacionados com o tamanho da matriz, o tamanho do voxel, e de largura de banda para aumentar a SNR e diminuir o número de aquisições, um passo crítico no ser capaz de determinar de alta resolução estruturas subcorticais. Em conjunto com a encontrar os par?...

O objetivo desta pesquisa foi testar os limites de resolução da RM estrutural na ausência de ruído fisiológico. Densidade (PD) imagens ponderadas de prótons foram adquiridas em um cérebro pós-morte durante um longo período (duas sessões de RH ~ 24) para determinar o número mínimo de imagens que precisavam ser registradas e média para resolver as estruturas subcorticais. Para efeito de comparação, PD imagens ponderadas também foram adquiridas em seres humanos vivos ao longo de um número de sessões. Em particular, o objetivo foi verificar se seria possível em um cenário mais favorável para resolver todas as seis camadas individuais do LGN humano, que são aproximadamente 1 mm de espessura (Figura 1). <img alt="figura 1" src="/files/ftp_upload/53309/53309fig1.jpg" /> Figura 1. camadas lateral humana Geniculado núcleo. Esquemático da estrutura laminar do LGN. Magnocelulares (m) camadas são compostas de maior neuronaltamanho das células e densidade de células menores que são responsáveis ​​para a resolução de movimento e curso contornos (camadas 1-2, descrito como cinza escuro). Camadas parvocelulares (P) são compostos de tamanho menor de células neuronais e maior densidade de células que são responsáveis ​​pela resolução de fine-forma e cor (camadas 4-6, descrito como cinza claro). Bar escala de 1 mm. Figura baseado em coradas LGN 12 humana. A resolução espacial em MRI é melhorada quando o tamanho da matriz aumenta, e quando de campo de visão (FOV) e espessura de corte são diminuídos. No entanto, o aumento da resolução diminui a relação sinal-ruído (SNR), que é proporcional ao volume do voxel. SNR também é proporcional à raiz quadrada do número de medições. Em seres humanos vivos, embora várias imagens pode ser adquirida ao longo de uma série de sessões de imagem separados, a resolução final é limitado pelo ruído fisiológico, como a respiração, pulsação circulatório e movimento da cabeça. Alto-Resolução (0,35 mm voxels In-Plane) PD scans ponderados foram adquiridos. Scans PD melhorar o contraste cinza e branco no tálamo 1, e resultam em imagens que minimizem T 1 e T 2 efeitos. A sua imagem é dependente da densidade de protões, sob a forma de água e as macromoléculas, tais como proteínas e gordura no volume de imagem. Os números aumentados de protões num tecido resulta num sinal mais brilhante na imagem devido ao componente longitudinal superior da magnetização 2. Scans ponderadas pelo DP foram coletadas uma vez que proporcionam um maior contraste de estruturas subcorticais com o tecido circundante. Outros contrastes, como T1 e T2-ocasionar dificuldade em delinear estruturas subcorticais como a LGN devido a menores rácios de contraste-ruído, tal como determinado ƒ 1,3. Da mesma forma, estudos anteriores descobriram que as imagens ponderadas em DP de formol fixa cérebros post-mortem redundoud em diferenças de contraste mais elevados entre matéria cinzenta e branca em comparação com T1 e imagens ponderadas em T2 que tiveram cinzentos e brancos semelhantes intensidades de imagem do assunto 3,4. Os determinantes biofísicos subjacentes podem explicar essas diferenças. T1 (longitudinal) e T2 (transversal) tempos de relaxação de prótons de hidrogênio dependerá de como a água se move dentro do tecido. Fixadores, como o trabalho de formalina por proteínas de ligação cruzada. As diferenças entre a mobilidade de água são reduzidos entre os diferentes tipos de tecidos quando fixadores são usados. Reduzido contraste tecido T1 tem sido observada após a fixação, ao passo que as diferenças de densidade relativa dos protões dentro dos tecidos do cérebro aumenta com a fixação, proporcionando uma melhor diferenciação contraste 3, 4. Estudos anteriores já haviam identificado o LGN em exames ponderados pelo PD usando um 1.5 T 5,6,7, e pelo scanner de 3 T 8,9. É crítico para obter estas verificações para ser capaz de delinear com exactidão a extensão dao LGN. Para manter a cobertura total dos núcleos subcorticais, 18 fatias ponderada-PD foram obtidos dentro do tálamo. Cada volume foi re-amostrados para o dobro da matriz de 1024, (0,15 mm de tamanho de in-plane voxel), concatenada, movimento corrigido e média para produzir uma imagem 3D de alta resolução de estruturas subcorticais. O número ideal de imagens DP necessários para a seguinte receita fatia foi de 5, reduzindo o tempo de digitalização para menos de 15 min em seres humanos vivos. Apenas uma imagem PD foi necessário para demarcar claramente regiões subcorticais no cérebro pós-morte, reduzindo o tempo de digitalização para menos de 3 min (Figura 2 e 3). Toda uma amostra de cérebro pós-morte fixado em formol foi feita a varredura de uma mulher que morreu de parada cardiorrespiratória na idade de 82 anos. Revisão de prontuários médicos revelou que ela tinha: doença pulmonar obstrutiva crônica, cirurgia angina, triplo bypass 8 anos antes da morte, câncer uterino tratado com histerectomia7 anos antes da morte, hiperlipidemia, glaucoma, e cirurgia de catarata. O espécime cerebral postmortem foi fixado em imersão em 10% de formalina tamponada neutra por pelo menos 3 semanas a 4 ° C. A pós-mortem de cérebro foi digitalizado com o mesmo protocolo de imagem, bem como com outros parâmetros ao longo de muitas horas para comparações de qualidade de imagem . Apenas os parâmetros optimizados será descrito para o 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

O foco deste estudo foi testar os limites de resolução da ressonância magnética estrutural de um cérebro pós-morte em comparação com cérebros humanos vivos. A resolução da ressonância magnética estrutural in vivo é finalmente limitado pelo ruído fisiológico, incluindo pulsação, respiração e movimento da cabeça. Embora o hardware de imagem continua a melhorar, ainda é difícil de resolver estruturas na escala milimétrica. Por exemplo, as vias sensoriais primários Visual sinapse no núcleo geniculado lateral (LGN), um relê de controlo visual e núcleo no tálamo que normalmente está organizado em seis camadas monoculares intercalados. Estudos de neuroimagens não foram capazes de distinguir de forma segura estas camadas, devido a sua pequena dimensão que são menos do que 1 mm de espessura. O limite de resolução de ressonância magnética estrutural, em um cérebro pós-morte foi testada usando várias imagens em média por uma longa duração (~ 24 h). O objectivo foi testar se que era possível resolver o l indivíduoAyers da LGN na ausência de ruído fisiológico. A densidade de protões (DP) 1 sequência de pulso ponderado foi utilizado com vários outros parâmetros e resolução para determinar o número mínimo de imagens necessárias para ser registado e a média para distinguir de forma segura a LGN e outras regiões subcorticais. Os resultados foram também comparados com imagens adquiridas em cérebros humanos vivos. In vivo sujeitos foram verificados, a fim de determinar os efeitos adicionais de ruído fisiológico sobre o número mínimo de análises de PD necessários para diferenciar estruturas subcorticais, úteis em aplicações clínicas.

Uma vez que o subcortex é prescrito dentro do tálamo, PD imagens ponderadas são coletados dentro da caixa de seleção fatia (Figura 4). A SNR melhorada através do aumento do número de médias em ambas post-mortem e em exames in vivo. Para determinar a qualidade de imagem, o SNR de diferentes médias de digitalização foi comparada pela divisão do sinal da região cerebral média por o desvio padrão em alguma área fora do cérebro. A SNR foi calculada como SNR = 0,655 * u <sub...

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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 resolução de ressonância magnética estrutural do Subcórtex Humano<I&gt; In Vivo</I&gt; E 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

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

15.3K visualizações.  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. 

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

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.

BioImaging registradas de Nanomateriais para Monitoramento de Diagnóstico e Terapêutica

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

Bioengenharia

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.

Imagem crônica de rato Visual Cortex usando uma preparação diluída crânio-

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

Neurociência

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 resolução funcionais Métodos ressonância magnética para Midbrain Humanos

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.

Em Imaging vivo do Deep camadas corticais usando um 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 ...

Biologia

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 resolução<em&gt; In Vivo</em&gt; Manual Protocolo Segmentação para hipocampo humano subcampos Utilizando Ressonância Magnética 3T

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.

Modelagem 3D do lateral ventrículos e histológica Caracterização do Tecido Periventricular em humanos e mouse

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.

Avaliando cortical cerebral microinfartos em alta resolução MR Imagens

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.

Imagem tridimensional em grande escala de organização celular no neocórtex Mouse

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.

Um método de Micro-CT-baseado para caracterizar as lesões e localização de eletrodos nos cérebros de animais pequenos

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 de autópsia abrangente para indivíduos com esclerose múltipla

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 resolução de ressonância magnética estrutural do Subcórtex Humano

Resumo

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