Text complet

Citații

Articole similare

BioEntități

Linkuri externe

Armin Iraji

un Departament de Inginerie Biomedicală, Wayne State University, Detroit, MI, SUA

Hanbo Chen

b Departamentul de Informatică, Universitatea din Georgia, Atena, GA, SUA

Natalie Wiseman

c Departamentul de Psihiatrie și Neuroștiințe Comportamentale, Wayne State University, Detroit, MI, SUA

Tuo Zhang

b Departamentul de Informatică, Universitatea din Georgia, Atena, GA, SUA

d Scoala de Automatizare, Universitatea Politehnica din Nord-Vest, Xi'an, Shaanxi, China

Robert Welch

și Departamentul de Medicină de Urgență, Wayne State University, Detroit, MI, SUA

Brian O'Neil

și Departamentul de Medicină de Urgență, Wayne State University, Detroit, MI, SUA

Andrew Kulek

și Departamentul de Medicină de Urgență, Wayne State University, Detroit, MI, SUA

Syed Imran Ayaz

și Departamentul de Medicină de Urgență, Wayne State University, Detroit, MI, SUA

Xiao Wang

f Departamentul de radiologie, Wayne State University, Detroit, MI, SUA

g Primul spital afiliat, Universitatea Zhengzhou, Zhengzhou, Henan, China

Conor Zuk

f Departamentul de radiologie, Wayne State University, Detroit, MI, SUA

E. Mark Haacke

un Departament de Inginerie Biomedică, Wayne State University, Detroit, MI, SUA

f Departamentul de radiologie, Wayne State University, Detroit, MI, SUA

Tianming Liu

b Departamentul de Informatică, Universitatea din Georgia, Atena, GA, SUA

Zhifeng Kou

un Departament de Inginerie Biomedică, Wayne State University, Detroit, MI, SUA

f Departamentul de radiologie, Wayne State University, Detroit, MI, SUA

Date asociate

Abstract

1. Introducere

Traumatismul cerebral (TBI) este o povară semnificativă în domeniul sănătății publice în Statele Unite (SUA) și în întreaga lume (Kay, 1993, National Institutes of Health, 1999). TBI a câștigat, de asemenea, o conștientizare națională, deoarece a devenit „rana de semnătură” a soldaților în războaiele antiteroriste din Irak și Afganistan (Zoroya, 2007) și din cauza daunelor provocate atât de tineri, cât și de adulți, de rănile sportive. Majoritatea pacienților cu TBI au TBI ușor (mTBI), cu o incidență de peste 1,2 milioane de cazuri anual în SUA (Kay, 1993, National Institutes of Health, 1999). În ciuda termenului „ușor”, mTBI provoacă o constelație de simptome fizice, cognitive și emoționale care au un impact semnificativ asupra calității vieții pacienților și costă națiunii 16,7 miliarde de dolari în fiecare an (Bazarian și colab., 2005, CDC, 2003, Ruff, 2005). În secția de urgență (DE), majoritatea pacienților cu mTBI au descoperit rezultate negative privind imagistica clinică, inclusiv tomografie computerizată (CT) și imagistica prin rezonanță magnetică convențională (RMN), cum ar fi la T1, T2 * și recuperarea inversării atenuării fluidelor), (Belanger și colab., 2007, Academia Națională de Neuropsihologie, 2002) în ciuda unei constelații de prezentări clinice în timpul șederii lor de urgență.

Până în prezent, nu există instrumente sensibile în mod corespunzător pentru a detecta modificările fiziopatologice care stau la baza creierului după mTBI în stadiul acut. S-a raportat că pacienții cu mTBI au ambele leziuni microstructurale în tracturile majore de substanță albă, detectate prin imagistica tensorică prin difuzie (DTI) (Kou și VandeWord, 2014; Kou și colab., 2010; Niogi și Mukherjee, 2010; Niogi și colab., 2008b), precum și modificări funcționale ale rețelei, detectate prin RMN funcțional (fMRI) (Iraji și colab., 2015; Johnson și colab., 2012; Mayer și colab., 2011; Stevens și colab., 2012). Pentru deteriorarea microstructurală, cele mai sensibile tracturi ale substanței albe includ corpul calos (CC), radiata coronală superioară, fasciculul cingulat, fasciculele longitudinale superioare și inferioare și fasciculul precis (Kou și colab., 2012, Kou și VandeWord, 2014, Kou și al., 2010). Afectarea acestor tracturi, măsurată prin anizotropie fracționată (FA) pe DTI, a fost raportată a fi asociată cu simptomele neurocognitive ale pacienților mTBI sau cu scorurile sindromului post-concuziv (PCS). Irimia și colab. a folosit o abordare de conectogramă pentru a investiga conectivitatea structurală între diferite parcelări funcționale ale creierului la trei pacienți cu TBI moderată până la severă și a sugerat daune structurale la scară largă la pacienții cu TBI (Irimia și colab., 2012). Cu toate acestea, studiul a investigat doar o mână de cazuri. Până în prezent, există încă o lipsă de date pentru a investiga modul în care leziunile cerebrale afectează conectivitatea rețelei structurale a creierului la scară largă sau la scara conectomului.

Pe lângă vătămarea microstructurală, pot apărea și modificări ale activității funcționale după mTBI, fie din cauza vătămării directe a rețelelor funcționale, fie a răspunsului de remodelare la vătămarea microstructurală. Prin urmare, o investigație a activității funcționale a creierului este, de asemenea, importantă pentru o înțelegere ulterioară a modificărilor creierului. RMN bazat pe sarcini demonstrează modificări funcționale ale memoriei pacienților mTBI (Chen și colab., 2012; McAllister și colab., 1999) și limbaj (Morgan și colab., 2013; Tivarus și colab., 2012). Deși fMRI bazat pe sarcini a fost folosit pentru a identifica activitatea legată de regiuni specifice ale creierului de ani de zile (Ogawa și colab., 1992), activitatea funcțională a creierului este mai complicată decât este dezvăluită prin investigarea creierului în timpul sarcinilor. Creierul include multe rețele funcționale, cum ar fi rețelele de memorie, motorii, atenția, viziunea și auditive etc., care funcționează împreună. Este imposibil de investigat toate aceste rețele funcționale ale creierului folosind mai multe sarcini și, în multe scenarii, de multe ori nu este posibil să se efectueze RMN bazate pe sarcini, din cauza condițiilor de sănătate sau a vârstei subiecților. Mai mult, rezultatul fMRI bazat pe sarcini este vulnerabil la disponibilitatea sau capacitatea subiecților de a coopera.

Dovezile menționate anterior sugerează că leziunile cerebrale afectează mai mult de una sau chiar mai multe rețele cerebrale atât în ​​conectivitatea structurală, cât și în cea funcțională. În schimb, mTBI poate provoca întreruperi sau modificări ale rețelei la scară largă atât structural cât și funcțional. O mai bună evaluare a amplorii perturbărilor structurale și a modificărilor funcționale ale rețelelor cerebrale după mTBI poate ajuta medicii să diagnosticheze mai bine leziunile cerebrale și să ordoneze reabilitarea adecvată. Cu toate acestea, câmpul este încă lipsit de investigații privind modificările rețelei creierului la scară conectomică, atât în ​​conectivitatea structurală, cât și în cea funcțională, după mTBI.

Atunci când se măsoară conectivitatea structurală și funcțională a creierului la nivel de rețea pe scară largă, alegerea regiunilor de interes (ROI) joacă un rol esențial în analiză. ROI servesc ca bază structurală pentru măsurarea conectivității dintre o regiune a creierului și altele atât din punct de vedere structural, cât și funcțional. ROI-urile selectate nu ar trebui să fie numai specifice creierelor individuale, ci și să fie suficient de consistente și robuste în întreaga populație pentru o comparație la scară largă (Zhu și colab., 2013). În ciuda abilităților promițătoare ale rsfMRI, există încă mai multe bariere și limitări care trebuie soluționate în selectarea nodurilor funcționale. Limitările pot fi împărțite în două categorii generale:

Incapacitatea de a identifica un ROI adecvat din cauza granițelor funcționale și/sau citoarhitectonice neclare între regiunile corticale (Brett și colab., 2002; Li și colab., 2010a; Liu, 2011; Zhu și colab., 2011). Având în vedere faptul că o ușoară modificare a locației ROI poate provoca efecte dramatice asupra rezultatelor, a devenit evidentă importanța identificării ROI cât mai precise (Li și colab., 2012; Liu, 2011; Zhu și colab., 2011). În același timp, fiecare sulcus și girus pot fi incluse în mai multe funcții și pot fi implicate în mai multe conexiuni de fibre cerebrale (Zoroya, 2007); prin urmare, metodele actuale care utilizează structura creierului, cum ar fi sulci și giroscopii, sunt suboptime pentru a determina cele mai adecvate ROI.

Variații structurale și funcționale semnificative între subiecți (Zhu și colab., 2011). Chiar dacă complexitatea citoarhitecturii și dezacordul limitelor zonelor citoarhitectonice sunt abordate, datorită variațiilor morfologice cerebrale notabile între subiecți (de exemplu, în cortexul prefrontal), este dificil să se identifice regiunile cu conectivitate structurală și funcțională similară între indivizi ( Brett și colab., 2002). Forma complexă a cortexului face dificilă găsirea regiunilor corespunzătoare în rândul indivizilor. În ciuda mai multor eforturi magnifice de identificare a structurilor cerebrale comune, încă ne lipsesc repere funcționale fiabile și consistente. Toate aceste dovezi ale complexității creierului ridică problema fiabilității în utilizarea anatomiei creierului pentru a identifica regiunile funcționale semnificative corespunzătoare în rândul indivizilor.

State University Detroit

Schema conductei de analiză a datelor. Căsuțele verde măsliniu indică pașii generali, iar cutiile albastre oferă detalii și proceduri speciale ale fiecărei etape. (Pentru interpretarea referințelor la culoare din această legendă a figurii, cititorul este trimis la versiunea web a acestui articol.)