Для пациента и его родственников
На какой основе построен атлас Бродмана? Что из себя представляет картирование мозга на основе обучения и как они классифируются?
"Карты мозга" необходимы врачу для точной диагностики и таргетированной терапии. Трудно себе представить работу и психиатра , не знакомого с современными методами картирования мозга, предоставляющих сведения о локализации поражений мозга при том или ином психическом расстройстве у конкретных пациентов, что необходимо для персонализированной лечения. От первоначальных попыток, предпринятых сто лет назад (Zilles K, et.al., 2010) до последних достижений (Bijsterbosch J., et.al., 2020) индивидуальное картирование мозга прошло несколько этапов по мере развития методов визуализации мозга. Метод заключался в построении атласа мозга с использованием посмертных тканей мозга одного субъекта и ручной маркировке областей мозга на основе цитоархитектурных особенностей. Среди них наиболее широко используемым атласом является атлас Бродманаю Несмотря на то, что современные методы индивидуального картирования мозга на основе регистрации изображений широко используются в клинике, они имеют ограниченную способность точно отражать индивидуальную специфику. Конечная цель индивидуального картирования мозга на основе обучения без присмотра - сегментировать структурно или функционально интегрированные ткани мозга на отдельные области мозга. Для достижения этой цели было разработано несколько методов обучения без учителя, которые можно разделить на четыре категории: картирование границ, рост региона, индивидуальная кластеризация и сообщество обнаружение (Power J., et.al., 2011).
Для врача
Какие современные методы картирования мозга и в чем их отличия между собой?
Самый простой подход к индивидуальному картированию мозга - это регистрация изображений. Независимо от модальности данных магнитно-резонансной томографии, целью одномодальной регистрации является выравнивание эталонного атласа с индивидуальным пространством и минимизация эталонно-индивидуальных различий (Evans A., et.al., 2012).Индивидуальное картирование мозга на основе регистрации структур может отображать локальную анатомическую архитектуру, такую как форма мозга и размер объема, но вряд ли оценивает диффузионные характеристики или паттерны функциональной активации. Индивидуальное картирование мозга на основе регистрации диффузии может сохранять диффузионные характеристики, такие как диффузионная ориентация и плотность, что выгодно для трактографии (Wang Y ., et.al., 2017). Индивидуальное картирование мозга на основе регистрации функций заключается в выравнивании функциональных сигналов магнитно-резонасной томографии, обеспечивая согласованный в группе шаблон функциональной активации между субъектами (Conroy B., et.al., 2013). Индивидуальное картирование мозга на основе одномодальной регистрации магнитно-резонасной томогграфии отображает парцелляции со структурной или функциональной точки зрения. Чтобы добиться более полного индивидуального картирования мозга, были разработаны методы мультимодальной регистрации для интеграции анатомической архитектуры, связей и функциональной информации коры головного мозга. В дополнение к ограничению сходства внутри анатомической структуры, мультимодальная регистрация направлена на минимизацию различий в структурной связности или функциональной связности между эталонным и индивидуальным атласами, позволяя объединять мультимодальные признаки в процессе регистрации. По сравнению с классическими методами одномодальной регистрации магнитно-резонасной томографии на основе объема, многомодальная регистрация на поверхности лучше сохраняет биологические особенности коры головного мозга. Однако мультимодальная регистрация на основе поверхности ограничена существенной изменчивостью формы поверхности между людьми. Структурные связи и функциональные сети часто различаются даже при одном и том же кортикальном расположении у разных пациентов.
Для исследователя
Какие недостатки первых атласов головного мозга? Что представляет собой индивидуализированное картирование мозга?
Первый образец атласа мозга подчеркнул потенциал индивидуального картирования мозга, но атласам, основанным на анатомических характеристиках человека, не хватало популяционной общности, и они обеспечивали лишь грубое разделение областей мозга. В более поздних исследованиях использовались методы окрашивания для картирования образцов мозга на групповом уровне с использованием цитоархитектонических и миелоархитектонических характеристик, полученных от нескольких субъектов (Amunts K, et.al., 2020). Типичная структура регистрации нескольких атласов включает в себя создание эталонного атласа, регистрацию атласа, распространение меток и объединение меток. Индивидуальное картирование мозга на основе регистрации в нескольких атласах чувствительно к алгоритмам слияния меток. Индивидуализированное картирование мозга, основанное на регистрации нескольких атласов, также способно интегрировать шаблоны парцелляции из кросс-модальных справочных атласов ( Iglesias JE, Sabuncu M., 2015).
Литература
Amunts K, Mohlberg H, Bludau S, Zilles K. Julich-Brain: A 3D probabilistic atlas of the human brain’s cytoarchitecture. Science 2020;369:988–992.
Bijsterbosch J Harrison SJ Jbabdi S Woolrich M Beckmann C Smith S, et al.. Challenges and future directions for representations of functional brain organization. Nat Neurosci. 2020;23:1484–1495.
Conroy BR, Singer BD, Guntupalli JS, Ramadge PJ, Haxby JV. Inter-subject alignment of human cortical anatomy using functional connectivity. Neuroimage 2013;81:400–411.
Evans AC, Janke AL, Collins DL, Baillet S. Brain templates and atlases. Neuroimage 2012;62:911–922.
Iglesias JE, Sabuncu MR. Multi-atlas segmentation of biomedical images: A survey. Med Image Anal 2015;24:205–219.
Power JD Cohen AL Nelson SM Wig GS Barnes KA Church JA, et al.. Functional network organization of the human brain. Neuron 2011;72:665–678.
Wang Y Shen Y Liu D Li G Guo Z Fan Y, et al.. Evaluations of diffusion tensor image registration based on fiber tractography. Biomed Eng Online 2017;16:9
Zilles K, Amunts K. Centenary of Brodmann’s map–conception and fate. Nat Rev Neurosci 2010;11:139–145.
Автор: доктор медицинских наук, профессор Минутко В.Л.
Добавить комментарий