Variability in the macro- and microstructure of the human brain and its importance to the investigation of neurological disorders
The exact shape of every human brain - including its micro- and macroscopic features - is as unique as a human fingerprint, resulting in inter-individual anatomical variability. In the past two decades, the understanding of this variability advanced dramatically not only at the level of sulcal/gyral...
Elmentve itt :
| Szerző: | |
|---|---|
| További közreműködők: | |
| Dokumentumtípus: | Disszertáció |
| Megjelent: |
2019-10-02
|
| Kulcsszavak: | MRI, neuroimaging, FSL, DTI, healthy, tractography |
| Tárgyszavak: | |
| doi: | 10.14232/phd.10260 |
| mtmt: | 30885312 |
| Online Access: | http://doktori.ek.szte.hu/10260 |
| Tartalmi kivonat: | The exact shape of every human brain - including its micro- and macroscopic features - is as unique as a human fingerprint, resulting in inter-individual anatomical variability. In the past two decades, the understanding of this variability advanced dramatically not only at the level of sulcal/gyral patterns, anatomical features (e.g. cortical thickness, volume and shape) and extent of cytoarchitectonic areas defined at the microscopic level, but also in the anatomical and functional connectivity of the brain. The core concept within the field of brain mapping is the use of a standardized 3D coordinate frame for data analysis and reporting of findings from neuroimaging experiments. This simple construct allows brain researchers to combine (even structural or functional) data from many subjects to create group-averaged signals. Also, where the signal is robust enough to be detected in individuals, it allows for the exploration of inter-individual variance in the location of that signal. Spatial standardization requires two basic components: (i) the specification of the 3D standard coordinate space, and (ii) a mapping function that transforms a 3D brain image from “native” space to that standard space. The first component is usually expressed by the choice of a representative 3D MR image that serves as target (template or atlas). The native image is re-sampled to standard space under the mapping function that may have few or many degrees of freedom, depending upon the experimental design. The optimal choice of atlas template and mapping function depends upon considerations of age, gender, hemispheric asymmetry, anatomical correspondence, spatial normalization methodology and disease-specificity (1). In our studies we investigated some of these aspects, e.g. 1) how gender and normal aging influences brain morphology, 2) how normal hemispheric asymmetry plays a role in lateralized neurological diseases, such as cluster headache, 3) how progressive neurodegenerative disorders, such as Huntington’s disease affect the brain structure, or 4) how we can deal with inter-individual variability in case of neurosurgical interventions, such as thalamotomy in the therapy of medication resistant tremor. Minden emberi agy pontos alakja - beleértve annak mikro- és makroszkopikus jellemzőit - olyan egyedi, mint az ujjlenyomatok, ami egyéni anatómiai változékonyságot eredményez. Az elmúlt két évtizedben ezen variabilitás megértésének drámai előrehaladása nemcsak a kortikális mintázatok, anatómiai jellemzők (pl. kortikális vastagság, térfogat, forma), illetve a mikroszkopikus szinten meghatározott sejtmintázatok leírásában érhető tetten, hanem az agy anatómiai és funkcionális kapcsolatainak vizsgálatában is. A fenti tulajdonságok feltérképezéséhez, valamint az eredmények értékeléséhez szükség van egy szabványosított 3D-koordináta-keretrendszerre, mely lehetővé teszi, hogy számos alanytól származó adatot (strukturális vagy funkcionális) egyesítsenek a populáció szintű átlagok létrehozása érdekében. Ezáltal, ha az egyéni eltérés ettől az átlagtól elég erős ahhoz, hogy kimutatható legyen, lehetővé válik az egyéni variancia feltérképezése. A térbeli standardizáció két alapvető összetevőt igényel: (i) a 3D-s szabványos koordináta tér meghatározása, és (ii) egy leképezési függvény, amely egy 3D-s agyi képet igazítja a "natív" helyről az adott szabványtérig. Az első komponenst általában egy reprezentatív 3D MR képet jelent, mely a leképezési függvény céljaként szolgál (sablon vagy atlasz). A natív képetet ehhez az atlaszhoz igazítjuk a leképezési függvénnyel, amely a kísérleti tervezéstől függő számú szabadságfokot tartalmazhat. Az atlasz és a leképezés optimális választása függ az életkortól, a nemtől, a féltekei aszimmetriától, az anatómiai megfeleltetéstől, a térbeli normalizációs módszertantól és a vizsgált kórképtől. Vizsgálataink során néhány ilyen szempontot vizsgáltunk, pl. 1) hogyan befolyásolja a nem és a normál öregedés az agy morfológiáját, 2) a normális féltekei aszimmetria milyen szerepet játszik a oldalpreferenciát mutató neurológiai betegségekben (pl. fejfájásban), 3) a progresszív neurodegeneratív rendellenességek, mint például a Huntington-kór, milyen hatással vannak az agy szerkezetére, vagy 4) az idegsebészeti beavatkozások esetében, mint a thalamotomia gyógyszeres rezisztens tremor terápia esetén, képesek vagyunk-e kezelni az egyéni variabilitást. |
|---|