Voxel -alapú morfometria - Voxel-based morphometry
A Voxel-alapú morfometria a neuroanatómia számítási megközelítése, amely az agyszövet helyi koncentrációjában mutatkozó különbségeket méri, több agyi kép voxel szerinti összehasonlítása révén.
A hagyományos morfometriában az egész agy vagy annak részei térfogatát úgy mérik, hogy az agyi szkennelésből származó képekre érdekes területeket (ROI) rajzolnak, és a mellékelt térfogatot kiszámítják . Ez azonban időigényes, és csak meglehetősen nagy területek mérésére szolgálhat. A kisebb mennyiségi különbségek figyelmen kívül hagyhatók. A VBM értéke az, hogy lehetővé teszi a különbségek átfogó mérését, nem csak bizonyos struktúrákban, hanem az egész agyban. A VBM minden agyat regisztrál egy sablonba, amely megszabadul az agyi anatómia nagy különbségeinek nagy részétől az emberek között. Ezután az agyi képeket úgy simítják, hogy minden voxel önmagának és szomszédainak átlagát reprezentálja. Végül a kép hangerejét minden voxelben összehasonlítjuk az agyak között.
A VBM azonban érzékeny lehet különféle műtermékekre, ideértve az agyi struktúrák eltérését, a szövettípusok téves osztályozását, a hajtogatási minták és a kéregvastagság különbségeit. Mindezek megzavarhatják a statisztikai elemzést, és vagy csökkenthetik az érzékenységet a valódi térfogathatásokra, vagy növelhetik a hamis pozitív eredmények esélyét. Az agykéreg esetében kimutatták, hogy a VBM -mel azonosított térfogati különbségek többnyire a kéreg felületének különbségeit tükrözik, mint a kéreg vastagságát.
Történelem
Az elmúlt két évtizedben több száz tanulmány világította meg a neurológiai és pszichiátriai rendellenességek neuroanatómiai szerkezeti összefüggéseit. Sok ilyen vizsgálatot voxel-alapú morfometriával (VBM) végeztek, amely egy teljes agyi technika a csoportok regionális térfogatának és szöveti koncentrációjának különbségeinek jellemzésére a strukturális mágneses rezonancia képalkotás (MRI) vizsgálatokból.
A VBM egyik első tanulmánya, amelyre a mainstream média figyelt fel, egy tanulmány volt a londoni taxisofőrök hippocampus agyi szerkezetéről . A VBM elemzés azt mutatta, hogy a hátsó hippocampus hátsó része átlagosan nagyobb volt a taxisoknál a kontroll alanyokhoz képest, míg az elülső hippocampus kisebb volt. A londoni taxisoknak jó térbeli navigációs készségekre van szükségük, és a tudósok általában ehhez a készséghez kötik a hippocampus -t.
Egy másik híres VBM -tanulmány 465 normál felnőtt tanulmánya volt az életkor szürke- és fehérállományra és CSF -re gyakorolt hatásáról. A VBM elemzés kimutatta, hogy a globális szürkeállomány lineárisan csökkent az életkorral, különösen a férfiak esetében, míg a globális fehérállomány nem csökkent az életkorral.
A voxel-alapú morfometria módszertanának legfontosabb leírása a Voxel-Based Morphometry-The Methods -a NeuroImage folyóirat egyik legtöbbször idézett cikke . A statisztikai elemzés szokásos megközelítése a tömeges egyváltozós (minden voxel külön-külön elemzése), de a mintázatfelismerés is alkalmazható, például a betegek egészségesekből történő osztályozására.
Az agy aszimmetriája miatt
Általában a VBM -et az alanyok közötti különbségek vizsgálatára végzik, de az agyi aszimmetriát kimutató félgömbök közötti neuroanatómiai különbségek vizsgálatára is használható . Az ilyen vizsgálat technikai eljárása a következő lépéseket tartalmazhatja:
- Tanulmányspecifikus agyi képsablon felépítése, kiegyensúlyozott bal- és jobbkezes, valamint hím és nőstény készlettel .
- Építése fehér és szürkeállomány sablonokat szegmentálás .
- Szimmetrikus szürke és fehér anyag sablonok felépítése a jobb és a bal agyfélteke átlagolásával .
- Az agykép szegmentálása és kinyerése, pl. A fejbőr szövetének eltávolítása a képen.
- Térbeli normalizálás a szimmetrikus sablonokhoz
- Korrekció a térfogatváltozáshoz ( jakobi determináns alkalmazása )
- Térbeli simítás (az intenzitás minden voxelben helyi súlyozott átlag, amelyet általában GM, WM, CSF koncentrációban fejeznek ki).
- Tényleges statisztikai elemzés az általános lineáris modellel , azaz statisztikai paraméteres leképezés .
Ezeknek a lépéseknek az eredménye egy statisztikai paraméteres térkép, amely kiemeli az agy összes voxeljét, ahol az intenzitások (térfogat vagy GM -koncentráció attól függően, hogy a modulációs lépést alkalmazták -e vagy sem) a csoportképekben lényegesen alacsonyabbak/magasabbak, mint a másikban vizsgált csoport.
Az érdeklődési régió megközelítéséhez képest
A VBM megjelenése előtt az érdekes régiók kézi behatárolása volt az aranyszabvány az agyszerkezetek térfogatának mérésére. Az érdeklődési régió megközelítéséhez képest azonban a VBM számos előnnyel jár, amelyek megmagyarázzák széles körű népszerűségét az idegképi közösségben. Valójában ez egy automatizált és viszonylag könnyen használható, időtakarékos, teljes agyi eszköz, amely képes észlelni az agy anatómiájának fókális mikrostrukturális különbségeit in vivo az egyének csoportjai között anélkül, hogy előzetes döntés szükséges lenne az értékelendő struktúra tekintetében. Ezenkívül a VBM pontossága összehasonlítható a kézi térfogatméréssel. Valójában több tanulmány is igazolta a két technika közötti megfelelést, és bizalmat adott a VBM megközelítés biológiai érvényességében.