anatomi og hvide stofforbindelser af fusiform gyrus

i denne undersøgelse behandlede vi den underliggende subkortiske hvide stofanatomi af fusiform gyrus, en temporal lobregion, der menes at spille en vigtig rolle i specialiserede visuelle behandlingsfunktioner, såsom Ansigtsbehandling. Så vidt vi ved, har ingen tidligere undersøgelse beskrevet den subkortiske anatomi af fusiform gyrus og dens relevans for neurokirurgi. Sparing af funktion i cerebral kirurgi er afhængig af bevarelsen af de hvide stofområder, der forbinder funktionelle områder. Her har vi demonstreret forbindelserne mellem fusiform gyrus ved hjælp af diffusionsspektrumafbildning og bekræftet disse forbindelser gennem grov anatomisk dissektion.

mikrodissektionens roller er godt beskrevet i en nylig publikation23. Den primære betydning af mikrodissektion er bekræftelse af traktografidata, da traktografi kun er en computergenereret repræsentation af kanaler med hvidt stof. Vigtigheden af at identificere disse kanaler er at diskutere de anatomiske forhold til naboveje. Et eksempel inden for neurokirurgi ville være masser, der påvirker en kanal, ville have større sandsynlighed for at påvirke nabokanaler. Kirurger skal også forstå, hvilke overfladiske kanaler der skal bevares, når de får adgang til dybere dele af hjernen. Forskellige teknikker dukker op for at hjælpe med mikrodissektion, såsom den fotogrammetriske billeddannelsesanalyse24. Denne metode fungerer ved at tage billeddannelsesdata fra prøven for at rekonstruere den kortikale overflade og mellem hvert trin i dissektion for at minimere tab af hvidt stof under dissektion.

til vores dissektion valgte vi at følge Klingler-metoden som beskrevet tidligere. Klingler-metoden til fiberdissektion har iboende styrker og svaghed. Den primære styrke involverer forbedret fiberopløsning ved endelig dissektion gennem forbedret fiberseparation ved at trænge igennem vandmolekyler, der udvider mellemrummet mellem fibre under frysning. Dette muliggør let dissektion, da fibrene allerede er adskilt fra tilstødende fibre og hjernemateriale, før de forsøger dissektion. Svagheden ved denne dissektion og dissektioner generelt er, at overfladiske fibre skal ofres, når de dissekerer dybere fibre. Desuden, for denne teknik, der skal være en metode til frysning af hjerner til − 80 liter, som måske ikke er tilgængelig for nogle forskere.

oversigt over resultater sektion

den første hovedbundt var forbindelsen mellem fusiform gyrus og lingual gyrus. Mens de kontralaterale kanaler stammer fra de samme områder af den bilaterale lingual gyri, var der lidt forskellige indsættelsespunkter på fusiform gyrus (til venstre var indsættelsen på den anteromediale del af gyrus og til højre var den på den anterolaterale del). Der var også forbindelser mellem de underordnede occipitale lobes (oprindelse) og fusiform (indsættelse) bilateralt. Indsættelsespunkterne i fusiform gyri var identiske med dem, der blev identificeret for kanalerne mellem lingual og fusiform gyri. Også u-fibre forbundet tilstødende gyri mellem den ringere occipital og fusiform gyri. Der var også en kanal mellem fusiform gyrus og cuneus, der var en del af den lodrette occipital fasciculus. Den lodrette occipital fasciculus forbinder traditionelt den overlegne og ringere occipital gyri. Den del, der indsættes i fusiformen, der er fastgjort til den anteromediale del af den gyrus. Alle disse forbindelser viser en stærk forbindelse mellem occipital lap og fusiform gyri, hvilket antyder, at fusiform er involveret i funktioner relateret til syn eller behandling af visuel information.

Fusiform gyrus og ansigtsopfattelse

undersøgelser af funktionaliteten af fusiform gyrus understøtter en forbindelse mellem denne region og højordens visuelle genkendelsesprocesser, især genkendelsen af ansigter3,4,5,25. Det fusiforme ansigtsområde (FFA) inden for den højre mid-fusiforme gyrus har især været forbundet med ansigtsbehandling9. Lateraliteten af ansigtsbehandlingsfunktionen blev bestemt i en undersøgelse, der kombinerede elektrokortikografi med elektrisk hjernestimuleringsundersøgelse udført af Rangarajan et al.4. I denne undersøgelse fandt forfatterne, at stimulering af den rigtige fusiforme gyrus kunne producere perceptuelle forvrængninger, når man ser ansigter. Især stimulering af venstre fusiform førte til uafhængige visuelle forvrængninger, herunder forvrængning af farver eller produktion af fonemer.

ved hjælp af traktografi og dissektioner demonstrerede vi, at den lingual gyrus og inferior occipital gyri føder ind i flere områder af den forreste fusiforme gyrus. På venstre side var disse forbindelser placeret i den mediale fusiform gyrus, i et område kendt som det ventromediale visuelle område (VMV). VMV kan spille en rolle i integrationen af farve -, form-og teksturoplysninger til holistisk anerkendelse5, 26. Forbindelser på højre side afsluttes i den anterolaterale del af fusiform gyrus, i det tidligere nævnte fusiform ansigtsområde, et område, der er kritisk til behandling af ansigtsfunktioner27.

vores forbindelsesundersøgelser understøtter det faktum, at fusiform gyrus kan have forskellige funktioner afhængigt af lateralitet. I vores dissektion af 10 kadaveriske menneskelige hjerner fandt vi, at 7 hjerner demonstrerede denne konsistente forskel i fusiforme terminalforbindelser afhængig af lateralitet. I en hjerne var vi ikke i stand til at bestemme terminalforbindelsen på begge sider. I 2 andre hjerner kunne vi ikke bestemme terminalforbindelsen på den ene side. Vi kunne ikke bestemme placeringen af nogle terminalforbindelser af lokale forbindelser sekundært til manglende evne til at finde fiberkanalen eller bevare kanalen i dissektion. Mængder af hvidt stof viste sig ikke at afvige signifikant mellem højre og venstre halvkugle (t = 0,56, p = 0,59). Tabel 1 viser dataene for alle anatomisk bestemte terminalforbindelser af fusiform gyrus.

bortset fra lateralitet menes opfattelsen af ansigter at være medieret af et stærkt sammenkoblet neuralt netværk, menes at omfatte et kernesæt af bageste regioner inklusive occipital ansigtsområde (OFA), fusiform ansigtsområde (FFA), den bageste overordnede temporal sulcus (PST ‘ er) såvel som såkaldte udvidede regioner, der inkluderer den forreste temporale pol, amygdala og den ventromediale præfrontale korteks5. Lohse et al.10 fremlæg en netværksmodel, hvor “tilstedeværelsen eller fraværet af ansigter modulerer fremadgående effektiv forbindelse fra den tidlige visuelle bark til occipitotemporale områder” og fastslog også, at informationskanaler til ansigter i forhold til andre objekter mindskes i udviklingsmæssig prosopagnosia. Specifikt fandt de ringere effektiv forbindelse fra den tidlige visuelle bark til den bilaterale FFA og den rigtige pSTS9,10. Disse forfattere fandt også, at emner med udviklingsmæssig prosopagnosia, mens de havde den samme overordnede organisering af hvidt stof som kontroller i den ventrale temporale bark,viste lignende atypiske egenskaber i kanaler relateret til ansigtsselektive regioner i korteksen9, 10.

den ringere langsgående fasciculus (ILF) og inferior frontal–occipital fasciculus (IFOF) er beskrevet i tidligere værker28,29,30. Dens occipito-temporale kursus gør det til en kandidatfiber til behandling af ansigter. Fem forskellige delkomponenter af IFOF er blevet foreslået baseret på diffusionsspektrum imaging fiber tracking30. Ved hjælp af en kombination af traktografi og kadaverisk dissektion var vi i stand til at bekræfte mindst tre forskellige underkomponenter. Komponenter af IFOF fra den lingual gyrus og inferior occipital gyrus blev vist at afslutte i den inferior frontale gyrus, og komponenter fra cuneus blev vist at afslutte i den overlegne frontale gyrus. Med hensyn til ILF bekræftede vores traktografi og anatomisk dissektion tilstedeværelsen af ILF-underkomponenter. I lighed med Latini var vi i stand til at identificere en cuneal, lingual og inferior occipital gren af ILF29. ILF og IFOF forbinder mange af de førnævnte regioner, og undersøgelser har fundet bevis for, at de også er vigtige for opfattelsen af ansigter5. Personer med medfødt prosopagnosia demonstrerer strukturelle forstyrrelser af den bilaterale ILF og IFOF, herunder lav fraktioneret anisotropi (FA) og nedsat volumen af højre ILF samt nedsat volumen af højre IFOF5.

på trods af dette netværks stærkt sammenkoblede karakter er der nogle beviser for, at dets arrangement ikke er organiseret i et strengt serielt hierarki, således at ansigtsrelateret information strømmer fra den underordnede occipital gyrus (IOG) til efterfølgende regioner. En undersøgelse, der involverede resektion af hele IOG-ansigter såvel som de bageste 23,3% af de bageste fusiforme gyrus-ansigter, fandt ud af, at disse ansigtsspecifikke regioner nedstrøms for resektionen viste bemærkelsesværdig elasticitet efter operationen, hvilket indikerer muligheden for et ikke-hierarkisk ansigtsnetværk31. Vi planlægger at udføre en mere detaljeret analyse af kanalvolumen af IFOF, ILF, sammen med deres underkomponenter, baseret på disse fund.

der er en række U-formede fibre mellem den underordnede occipitale gyrus og fusiform gyrus, der når niveauet for den bageste temporale lobe, et fund rapporteret af Catani et al.32. Der er fibre fra den lingual gyrus og inferior occipital gyrus, der føder ind i den forreste fusiforme gyrus. Fibrene fra den ringere occipital gyrus svarer til et område kendt som LO (lateral occipital), som modtager detaljer, bevægelse og information fra både dorsal og ventral strøm for at behandle form af objekter26. Den lingual gyrus indeholder funktionelle områder relateret til grundlæggende visuel behandling. Dette giver tiltro til teorierne om, at Ansigtsbehandling sker fra en fremføringsmekanisme fra tidlige visuelle behandlingsområder (LO, V1, V2 osv.) til det fusiforme ansigtsområde33. Adjacency af disse forbindelser til den bageste temporale lobe understøtter også teorien om, at denne information føder ind i det bageste temporale område. Disse fund stemmer overens med de resultater, der griller Spector et al. rapporteret om de hvide stofforbindelser i det ventrale ansigtsnetværk33. Grill-Spector et al. opdagede hierarkiske forbindelser fra den ringere occipital gyrus og tidlige visuelle områder. Derudover nævner deres arbejde lodrette hvide stofkanaler, der forbinder med dette netværk, som vi har bekræftet i vertical occipital fasciculus (VOF). Dette kan gøre det muligt for regioner overalt at være en del af opmærksomhedsnetværket at blive forbundet med ansigtsbehandlingsnetværket. Grill-Spector bemærker også, at Ansigtsbehandling kan forekomme gennem flere veje. Vi har bemærket, at U-formede fibre, der løber fra tidlige visuelle behandlingsområder til den forreste fusiforme gyrus. IFOF og ILF har også været involveret i Ansigtsbehandling. Derudover er der specifikke kanaler, der føder fra den underordnede occipital gyrus og lingual gyrus ind i fusiform gyrus. Sammen viser disse fund, at der kan findes flere ruter til ansigtsbehandling i hjernen.

de ansigtsselektive regioner i fusiform gyrus er blevet impliceret under andre forhold end prosopagnosia. FFA-volumen har vist sig at være cirka dobbelt så stort hos voksne diagnosticeret med Vilhelms syndrom sammenlignet med aldersmatchede kontroller, på trods af at hele fusiform gyrus-regionen er mindre i Vilhelms Syndrom34. Det er en genetisk udviklingsforstyrrelse, der påvirker flere organsystemer. I relevans for dette arbejde har mennesker med Vilhelms syndrom vist sig at have svært ved at udføre visuelt-rumlige opgaver. Typisk påvirker læsioner af parietalloben evnen til at udføre disse opgaver. Derfor antyder dette funktionelle underskud hos patienter med Vilhelms syndrom en mulig forbindelse mellem fusiform gyrus og visuelt-rumlige opgaver. Derudover synes neurotypiske individer at have en mere symmetrisk fusiform gyrus end dem med autismespektrumforstyrrelse (ASD). En venstre asymmetri af fusiform gyrus blev påvist hyppigst hos ASD-forsøgspersoner, mens et mindretal af ASD-forsøgspersoner med mere alvorlige symptomer udviste atypisk højre asymmetri35. Fusiform gyrus ‘ potentielle forbindelse til Vilhelms syndrom og ASD fremhæver denne regions rolle i ansigtsopfattelse og relaterede funktioner.

Fusiform gyrus og andre sensoriske funktioner

fusiform gyrus er ikke udelukkende afsat til ansigtsbehandling. Den venstre occipitotemporale sulcus og regionen af fusiform gyrus, der ligger lige medialt til den, er impliceret i leksikalsk behandling, specifikt i beregningen af grafembeskrivelse – uafhængig af orientering, placering eller skrifttype. Læsning af skrevne ord eller pseudoord og produktion af skrevne ord eller pseudoord, mens stavning også formidles af disse områder11. Skader på venstre posterior fusiform gyrus resulterer i svækkelser i den visuelle behandling af høje rumlige frekvenser, inklusive ortografisk og ikke-ortografisk behandling, der præsenteres som ren Aleksej ud over visuel agnosia for objekter præsenteret ved høje rumlige frekvenser8. Nogle individer, imidlertid, har præsenteret med isoleret ren Aleksej efter hvide substans kanaler gennemkører mellem venstre mediale BA 37 og højre BA 37 blev beskadiget11. Dette indikerer muligheden for, at venstre medial BA 37 muligvis ikke er det eneste område, der er specifikt for en sådan grafemisk beskrivelse. Dette fund kan forklares med VOF, som har forbindelser til den bageste fusiforme gyrus. Skader på VOF har været involveret i produktionen af en ren Aleksej. Vi udførte kanalvolumenanalyse af VOF, hvilket viser, at højre og venstre VOF har forskelle i kanalvolumen (tabel 2). Denne brede variation i patienternes kanalvolumen kan vise forskellige funktionelle roller for VOF for patienter. VOF er tidligere beskrevet i litteraturen36, 37. Disse undersøgelser, der er baseret på diffusion-tensor MRI-teknologi, konkluderer, at VOF forbinder fusiform gyrus med unimodal visuel associering cortices. Vores traktografi og anatomiske dissektion bekræfter dette fund ved at demonstrere forbindelser i VOF mellem fusiform gyrus og cuneus. Derudover demonstrerede vi forbindelser af VOF inden for de tidligere nævnte laterale occipitale regioner. Imidlertid kan andre fibre, der løber gennem fusiform gyrus, såsom ILF og IFOF, også være kandidater til leksikalsk behandling.

fusiform gyrus er også blevet impliceret i grafeme-farve og tone-farve synestesi, hvor den venstre posterior fusiform gyrus har vist sig at have øget gråstofvolumen, mens den venstre forreste fusiform gyrus såvel som den venstre MT/V5 har nedsat gråstofvolumen 38. Endelig er der tegn på, at fusiform gyrus demonstrerer selektivitet for menneskelige kroppe, adskilt fra ansigter eller værktøjer6. Undersøgelser viser, at formindskede effektive forbindelser i fusiform gyrus korreleret med en forkert vurdering af kropsstørrelse, hvilket muligvis implicerer disse regioner i udviklingen af anoreksi nervosa7.

fusiform gyrus er en vigtig region involveret i sådanne opgaver som visuel behandling af menneskelige ansigter og kroppe samt opfattelsen af stimuli med høje rumlige frekvenser. Vores resultater bidrager til forståelsen af anatomien i denne region. En større forståelse af de strukturelle og funktionelle forhold, der er forbundet med denne region, kan understøtte kliniske fremskridt inden for områder som kirurgisk planlægning for gliomresektion og funktionel kortlægning i vågne kraniotomier. Desuden kan postkirurgiske resultater relateret til fusiform gyrus forstås bedre i sammenhæng med fiberbundt anatomi fremhævet af denne undersøgelse.