Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Пример VBM-анализа пациентов, которые испытывают кластерные головные боли .

Морфометрия на основе вокселей - это вычислительный подход к нейроанатомии, который измеряет различия в локальных концентрациях мозговой ткани посредством воксельного сравнения нескольких изображений мозга. [1]

В традиционной морфометрии объем всего мозга или его частей измеряется путем рисования областей интереса (ROI) на изображениях, полученных при сканировании мозга, и вычисления заключенного объема . Однако это требует много времени и позволяет проводить измерения только на довольно больших площадях. Меньшие различия в громкости можно не заметить. Ценность VBM заключается в том, что он позволяет всесторонне измерять различия не только в конкретных структурах, но и во всем мозге. VBM регистрирует каждый мозг в шаблоне, что позволяет избавиться от большинства больших различий в анатомии мозга людей. Затем изображения мозга сглаживаются так, чтобы каждый воксельпредставляет собой среднее значение самого себя и своих соседей. Наконец, объем изображения сравнивается между мозгами в каждом вокселе.

Однако VBM может быть чувствительным к различным артефактам, включая смещение структур мозга, неправильную классификацию типов тканей, различия в образцах складок и толщине коры. [2] Все это может затруднить статистический анализ и либо снизить чувствительность к истинным объемным эффектам, либо увеличить вероятность ложных срабатываний. Для коры головного мозга было показано, что различия в объеме, идентифицированные с помощью VBM, могут отражать в основном различия в площади поверхности коры, чем в толщине коры. [3] [4]

История [ править ]

За последние два десятилетия сотни исследований пролили свет на нейроанатомические структурные корреляты неврологических и психических расстройств. Многие из этих исследований были выполнены с использованием морфометрии на основе вокселей (VBM), методики исследования всего мозга для определения различий между региональным объемом и концентрацией тканей в группах при сканировании структурной магнитно-резонансной томографии (МРТ). [5]

Одним из первых исследований VBM, привлекшим внимание основных средств массовой информации, было исследование структуры мозга в гиппокампе водителей лондонских такси . [6] Анализ VBM показал, что задняя часть заднего гиппокампа была в среднем больше у водителей такси по сравнению с контрольными субъектами, в то время как передняя часть гиппокампа была меньше. Лондонским таксистам нужны хорошие навыки пространственной навигации, и ученые обычно связывают гиппокамп с этим конкретным навыком.

Другой известной статьей VBM было исследование влияния возраста на серое и белое вещество и CSF 465 нормальных взрослых. [7] Анализ VBM показал, что глобальное серое вещество линейно уменьшалось с возрастом, особенно у мужчин, тогда как глобальное белое вещество не уменьшалось с возрастом.

Ключевым описанием методологии морфометрии на основе вокселей является морфометрия на основе вокселей - методы [8] - одна из наиболее цитируемых статей в журнале NeuroImage . [9] Обычный подход к статистическому анализу является одномерным по массе (анализ каждого воксела отдельно), но также можно использовать распознавание образов , например, для классификации пациентов от здоровых. [10]

Для асимметрии мозга [ править ]

Обычно VBM выполняется для изучения различий между субъектами, но его также можно использовать для изучения нейроанатомических различий между полушариями, обнаруживая асимметрию мозга . [11] [12] Техническая процедура такого расследования может включать следующие шаги: [13]

  1. Построение шаблона изображения мозга для конкретного исследования со сбалансированным набором левшей и правшей, мужчин и женщин.
  2. Построение шаблонов белого и серого вещества на основе сегментации .
  3. Построение симметричных шаблонов серого и белого вещества путем усреднения правого и левого полушарий головного мозга .
  4. Сегментация и извлечение изображения головного мозга, например, удаление ткани черепа на изображении.
  5. Пространственная нормализация к симметричным шаблонам
  6. Поправка на изменение объема (с применением определителя Якоби )
  7. Пространственное сглаживание (интенсивность в каждом вокселе представляет собой локальное средневзвешенное значение, обычно выражаемое как GM, WM, концентрация CSF).
  8. Актуальный статистический анализ по общей линейной модели , т. Е. Статистическое параметрическое отображение .

Результатом этих шагов является статистическая параметрическая карта, выделяющая все вокселы мозга, где интенсивности (объем или концентрация GM в зависимости от того, был ли применен шаг модуляции или нет) в групповых изображениях значительно ниже / выше, чем в других. группа под следствием.

По сравнению с подходом к региону интереса [ править ]

До появления VBM ручное определение области интереса было золотым стандартом для измерения объема структур мозга. Однако по сравнению с подходом, основанным на области интересов, VBM имеет большое количество преимуществ, которые объясняют его широкую популярность в сообществе нейровизуализации. Действительно, это автоматизированный и относительно простой в использовании, эффективный по времени инструмент для всего мозга, который может обнаруживать основные микроструктурные различия в анатомии мозга in vivo между группами людей, не требуя какого-либо априорного решения относительно того, какую структуру оценивать. Более того, VBM демонстрирует точность, сопоставимую с ручным волюметром. Действительно, несколько исследований показали хорошее соответствие между двумя методами, что дает уверенность в биологической валидности подхода VBM. [14]

См. Также [ править ]

  • Морфометрия головного мозга
  • Матрица Якоби и определитель

Ссылки [ править ]

  1. ^ Эшбернер, Джон; Фристон, Карл Дж. (Июнь 2000 г.). "Морфометрия на основе вокселей - методы". NeuroImage . 11 (6): 805–21. CiteSeerX  10.1.1.114.9512 . DOI : 10.1006 / nimg.2000.0582 . PMID  10860804 .
  2. ^ Джон Ashburner (октябрь 2001). «Вычислительная анатомия в программе СЗМ» . Магнитно-резонансная томография . 27 (8): 1163–74. DOI : 10.1016 / j.mri.2009.01.006 . PMID 19249168 . 
  3. ^ Натали Л. Воетс; Морган Г. Хаф; Гвенаэль Дуод; Пол М. Мэтьюз; Энтони Джеймс; Луиза Уинмилл; Паула Вебстер; Стивен Смит (2008). «Доказательства аномалий коркового развития при подростковой шизофрении». NeuroImage . 43 (4): 665–75. DOI : 10.1016 / j.neuroimage.2008.08.013 . PMID 18793730 . 
  4. ^ Андерсон М. Винклер; Петр Кочунов; Джон Бланжеро; Лаура Алмаси; Карл Зиллес; Питер Т. Фокс; Равиндранат Дуггирала; Дэвид С. Глан (2010). «Толщина коры или объем серого вещества? Важность выбора фенотипа для визуализации генетических исследований» . NeuroImage . 53 (3): 1135–46. DOI : 10.1016 / j.neuroimage.2009.12.028 . PMC 2891595 . PMID 20006715 .  
  5. ↑ Симона, Мария Стефания Де; Скарпацца, Кристина (14 июля 2016 г.). «Морфометрия на основе вокселей: современные перспективы» . Неврология и Нейроэкономика : 1. дои : 10,2147 / NAN.S66439 . Дата обращения 19 мая 2016 .
  6. ^ Элеонора А. Магуайр , Дэвид Г. Гадиан, Ингрид С. Джонсруд , Катриона Д. Гуд, Джон Эшбернер , Ричард С. Дж. Фраковяк и Кристофер Д. Фрит (2000). «Связанные с навигацией структурные изменения в гиппокампе таксистов» . Труды Национальной академии наук . 97 (8): 4398–4403. Bibcode : 2000PNAS ... 97.4398M . DOI : 10.1073 / pnas.070039597 . PMC 18253 . PMID 10716738 .  CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )Комментарий к исходной статье в том же номере:
    • Алехандро Терразас и Брюс Л. МакНотон (2000). «Рост мозга и когнитивная карта» . Труды Национальной академии наук . 97 (9): 4414–4416. Bibcode : 2000PNAS ... 97.4414T . DOI : 10.1073 / pnas.97.9.4414 . PMC  34310 . PMID  10781031 .
    Новостной репортаж с интервью исследователя:
    • BBC (14 марта 2000 г.). «Мозги таксистов« растут »на работе» . BBC News . Проверено 6 марта 2007 .
  7. ^ Катрион D. Хорошо, Ингрид С. Johnsrude, Джон Ashburner, Ричард Н. Хэнсон , Карл Дия Фристон и Ричард SJ Frackowiak (июль 2001). «Основанное на вокселях морфометрическое исследование старения в 465 нормальных головах взрослого человека» (PDF) . NeuroImage . 14 (1): 21–36. DOI : 10.1006 / nimg.2001.0786 . PMID 11525331 .  CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  8. ^ Джон Ashburner и Карлы Дии Фристон (июнь 2000). «Морфометрия на основе вокселей - методы» (PDF) . NeuroImage . 11 (6): 805–821. CiteSeerX 10.1.1.114.9512 . DOI : 10.1006 / nimg.2000.0582 . PMID 10860804 .   
  9. ^ Количество цитирований очевидно из поиска в Google Scholar (2007-12-07) [1] .
  10. ^ Ясухиро Kawasaki, Мичио Сузуки, Ferath Kherif, Цутому Такахаси, Ши-Ю Чжоу, Kazue Накамура, Mie Matsui, Томики Сумиёси, Хикару Сето и Масайоси Kurachi (январь 2007). «Многомерная морфометрия на основе вокселей успешно отличает пациентов с шизофренией от здоровых людей». NeuroImage . 34 (1): 235–242. DOI : 10.1016 / j.neuroimage.2006.08.018 . PMID 17045492 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  11. ^ К. Уоткинс, Т. Паус, JP Лерх, А. Zijdenbos, Д. Коллинз, П. Neelin, Дж Тейлор, Кит Дж Ворсли и Алан С. Эванс (сентябрь 2001). «Структурные асимметрии в человеческом мозге: статистический анализ на основе вокселей 142 МРТ» . Кора головного мозга . 11 (9): 868–877. DOI : 10.1093 / cercor / 11.9.868 . PMID 11532891 . CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  12. ^ Э. Людерс, К. Газер, Л. Янке и Г. Шлауг (июнь 2004 г.). «Основанный на вокселях подход к асимметрии серого вещества». NeuroImage . 22 (2): 656–664. CiteSeerX 10.1.1.58.3228 . DOI : 10.1016 / j.neuroimage.2004.01.032 . PMID 15193594 .  CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  13. ^ Катрион D. Хорошо, Ингрид Джонсруды , Джон Ashburner , Ричард Н. Хэнсон, Карл Дия Фристон и Ричард SJ Frackowiak (сентябрь 2001). «Церебральная асимметрия и влияние пола и рук на структуру мозга: морфометрический анализ на основе вокселей 465 нейроизображений нормального взрослого человека». NeuroImage . 14 (3): 685–700. CiteSeerX 10.1.1.420.7705 . DOI : 10.1006 / nimg.2001.0857 . PMID 11506541 .  CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  14. ^ Scarpazza C, De Simone M (июль 2016). «Морфометрия на основе вокселей: современные перспективы». Неврология и нейроэкономика . 2016 (5): 19–35.

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Учебное пособие: Критический анализ морфометрии на основе вокселей (VBM)
  • Морфометрию на основе вокселей нельзя использовать с несовершенно зарегистрированными изображениями
  • Почему следует использовать морфометрию на основе вокселей
  • Морфометрия на основе вокселей в BIC
  • Учебник по VBM от Джона Эшбернера