a fusiform gyrus anatómiája és fehérállomány kapcsolatai
ebben a tanulmányban a fusiform gyrus mögöttes szubkortikális fehérállomány anatómiájával foglalkoztunk, amely egy temporális lebeny régió, amelyről úgy gondolják, hogy fontos szerepet játszik a speciális vizuális feldolgozási funkciókban, például az arcfeldolgozásban. Tudomásunk szerint egyetlen korábbi tanulmány sem írta le a fusiform gyrus szubkortikális anatómiáját és annak jelentőségét az idegsebészet szempontjából. Az agyi műtét funkciójának megkímélése a funkcionális területeket összekötő fehérállomány-traktusok megőrzésétől függ. Itt a fusiform gyrus kapcsolatait mutattuk be diffúziós spektrum képalkotással,és ezeket a kapcsolatokat bruttó anatómiai boncolással igazoltuk.
a mikrodisszekció szerepét egy nemrégiben megjelent kiadvány jól leírja23. A mikrodisszekció elsődleges fontossága a traktográfiai adatok megerősítése, mivel a traktográfia csak a fehérállomány traktusainak számítógéppel generált ábrázolása. E traktusok azonosításának fontossága a szomszédos utakkal való anatómiai kapcsolatok megvitatása. Az idegsebészeten belül példa lehet olyan tömegek, amelyek az egyik traktust érintik, nagyobb valószínűséggel befolyásolják a szomszédos traktusokat. A sebészeknek meg kell érteniük, hogy milyen felületes traktusokat kell megőrizni az agy mélyebb részeihez való hozzáféréskor. Különböző technikák jelennek meg a mikrodisszekció elősegítésére, például a fotogrammetrikus képalkotó elemzés24. Ez a módszer a minta képalkotó adatainak felhasználásával rekonstruálja a kérgi felületet, valamint a boncolás minden lépése között, hogy minimalizálja a fehérállomány veszteségét a boncolás során.
boncolásunkhoz a Klingler módszert választottuk a korábban leírtak szerint. A Klingler módszer rost boncolás eredendő erősségei és gyengesége. Az elsődleges szilárdság magában foglalja a jobb szálfelbontást a végső boncoláskor a jobb szálelválasztás révén, behatolva a vízmolekulákba, amelyek a fagyasztás során kibővítik a szálak közötti tereket. Ez lehetővé teszi a boncolás egyszerűségét, mivel a rostok már el vannak választva a szomszédos rostoktól és az agy anyagától, mielőtt megkísérelnék a boncolást. Ennek a boncolásnak és általában a boncolásnak az a gyengesége, hogy a felszíni szálakat fel kell áldozni a mélyebb rostok boncolásakor. Továbbá ehhez a technikához szükség van egy olyan módszerre, amely az agyat − 80-ra fagyasztja, ami egyes kutatók számára nem érhető el.
az eredmények összefoglalása
az első fő köteg a fusiform gyrus és a nyelvi gyrus közötti kapcsolat volt. Míg az ellenoldali traktusok a kétoldalú nyelvi gyri ugyanazon területein keletkeztek, a fusiform gyruson kissé eltérő beillesztési pontok voltak (bal oldalon a beillesztés a gyrus anteromedialis részén, a jobb oldalon pedig az anterolaterális részen volt). Az inferior occipitalis lebenyek (origin) és a fusiform (inszerció) kétoldalúan is kapcsolódtak. A fusiform gyri beillesztési pontjai megegyeztek azokkal, amelyeket a lingual és a fusiform gyri közötti traktusoknál azonosítottak. Szintén U-szálak kapcsolódnak a szomszédos gyri-hez az alsó nyakszirt és a fusiform gyri között. Volt egy traktus a fusiform gyrus és a cuneus között, amely a függőleges occipital fasciculus része volt. A függőleges nyakszirti fasciculus hagyományosan összeköti a felső és az alsó nyakszirti gyri-t. A gyrus anteromedialis részéhez csatolt fusiformba beillesztett rész. Mindezek a kapcsolatok erős kapcsolatot mutatnak az occipitalis lebeny és a fusiform gyri között, ami arra utal, hogy a fusiform részt vesz a látással vagy a vizuális információk feldolgozásával kapcsolatos funkciókban.
Fusiform gyrus és az arcérzékelés
a fusiform gyrus funkcionalitására vonatkozó tanulmányok alátámasztják a kapcsolatot e régió és a magas rendű vizuális felismerési folyamatok között, különösen az arcok felismerésében3,4,5,25. A fusiform arcterület (FFA), a jobb középső fusiform gyruson belül különösen az arcfeldolgozással kapcsolatos9. Az arcfeldolgozó funkció lateralitását egy olyan tanulmányban határozták meg, amely az elektrokortikográfiát kombinálta az elektromos agyi stimulációs vizsgálattal Rangarajan et al.4. Ebben a tanulmányban a szerzők azt találták, hogy a jobb fusiform gyrus stimulálása észlelési torzulásokat okozhat az arcok megtekintésekor. Nevezetesen a bal oldali fusiform stimulálása független vizuális torzulásokhoz vezetett, beleértve a színek torzulását vagy a fonémák előállítását.
traktográfiával és boncolással kimutattuk, hogy a nyelvi gyrus és az inferior occipital gyri az elülső fusiform gyrus több területére táplálkozik. A bal oldalon ezek a kapcsolatok a mediális fusiform gyrusban helyezkedtek el, a ventromedial visual area (VMV) néven ismert területen. A VMV szerepet játszhat a szín, forma és textúra információk integrálásában a holisztikus felismerés érdekében5, 26. A jobb oldali csatlakozások a fusiform gyrus anterolaterális részében végződnek, a korábban említett fusiform arcterületen, amely terület kritikus az arcfunkciók feldolgozásához27.
kapcsolódási tanulmányaink alátámasztják azt a tényt, hogy a fusiform gyrus az oldaliránytól függően különböző funkciókkal rendelkezhet. 10 kadaverikus emberi agy boncolásakor azt találtuk, hogy 7 agy bizonyította ezt a következetes különbséget a fusiform terminális kapcsolatokban, az oldalsőségtől függően. Az egyik agyban nem tudtuk meghatározni a terminális kapcsolatot mindkét oldalon. 2 másik agyban nem tudtuk meghatározni a terminál csatlakozását az egyik oldalon. Nem tudtuk meghatározni a lokális kapcsolatok egyes terminális kapcsolatainak helyét, ami másodlagos a szálas traktus megtalálásának vagy a traktus disszekcióban való megőrzésének képtelensége miatt. A fehérállomány térfogatai nem különböztek szignifikánsan a jobb és a bal féltekén (t = 0,56, p = 0,59). Az 1. táblázat a fusiform gyrus összes anatómiailag meghatározott terminális csatlakozásának adatait mutatja.
a lateralitáson kívül úgy gondolják, hogy az arcok észlelését egy erősen összekapcsolt neurális hálózat közvetíti, amely magában foglalja a hátsó régiók magkészletét, beleértve az occipital face area (OFA), a fusiform face area (FFA), a posterior superior temporal sulcus (pSTS), valamint az úgynevezett kiterjesztett régiók, amelyek magukban foglalják az elülső temporális pólust, az amygdala, és a ventromedial prefrontalis cortex5. Lohse et al.10 olyan hálózati modellt terjesztett elő, amelyben “az arcok jelenléte vagy hiánya modulálja a korai látókéregtől az occipitotemporalis területekig terjedő hatékony összeköttetést”, és megállapította, hogy az arcok információs traktusai más tárgyakhoz viszonyítva csökkennek a fejlődési prosopagnosiában. Pontosabban, gyengébb hatékony kapcsolatot találtak a korai vizuális kéregtől a bilaterális FFA-hoz és a jobb pSTS9, 10-hez. Ezek a szerzők azt is megállapították, hogy a fejlődési prosopagnosiában szenvedő alanyok, miközben a fehér Anyag általános szervezete megegyezik a ventrális temporális kéreg kontrolljaival,hasonló atipikus tulajdonságokat mutattak a kéreg arcszelektív régióival kapcsolatos traktusokban9, 10.
az inferior longitudinális fasciculust (ILF) és az inferior frontal–occipitalis fasciculust (IFOF) a korábbi munkákban ismertetik28,29,30. Occipito-temporális pályája jelölt rostot jelent az arcok feldolgozásához. Az IFOF öt különböző alösszetevőjét javasolták diffúziós spektrum képalkotó szálkövetés30. A traktográfia és a holttest boncolás kombinációjával legalább három különböző alkatrészt sikerült megerősítenünk. Kimutatták, hogy a nyelvi gyrus és az inferior occipitalis gyrus IFOF komponensei az inferior frontális gyrusban végződnek, a cuneus komponensei pedig a superior frontális gyrusban végződnek. Az ILF szempontjából traktográfiánk és anatómiai boncolásunk megerősítette az ILF alkomponensek jelenlétét. A Latinihoz hasonlóan képesek voltunk azonosítani az ILF29 cunealis, lingual és inferior occipital ágát. Az ILF és az IFOF számos fent említett régiót összeköt, és tanulmányok bizonyítékot találtak arra, hogy ezek az arcok észlelése szempontjából is fontosak.5. A veleszületett prosopagnosiában szenvedő egyének a bilaterális ILF és IFOF szerkezeti zavarait mutatják, beleértve az alacsony frakcionált anizotrópiát (FA) és a jobb ILF csökkent térfogatát, valamint a jobb IFOF5 csökkent térfogatát.
ennek a hálózatnak az erősen összekapcsolt jellege ellenére van némi bizonyíték arra, hogy elrendezése nem szigorú soros hierarchiában van megszervezve, így az arccal kapcsolatos információk az alsó nyakszirti gyrusból (IOG) a következő régiókba áramlanak. Egy tanulmány, amely magában foglalja az IOG-arcok egészének reszekcióját, valamint a hátsó fusiform gyrus-arcok hátsó 23,3%-át, megállapította, hogy azok az arcspecifikus régiók a reszekció után figyelemre méltó rugalmasságot mutattak a műtét után, jelezve a nem hierarchikus, több útvonalú archálózat lehetőségét31. Tervezzük az IFOF, ILF traktusmennyiségének részletesebb elemzését, részkomponenseikkel együtt, ezen eredmények alapján.
az alsó nyakszirti gyrus és a fusiform gyrus között egy sor U alakú szál található, amelyek elérik a hátsó temporális lebeny szintjét, ezt a megállapítást Catani et al.32. Vannak rostok a nyelvi gyrusból és az alsó nyakszirti gyrusból, amelyek az elülső fusiform gyrusba táplálkoznak. Az inferior occipitalis gyrus rostjai egy lo (lateral occipital) néven ismert területnek felelnek meg, amely részleteket, mozgást és információt kap mind a dorsalis, mind a ventrális áramból, hogy feldolgozza az objektumok formáját26. A nyelvi gyrus az alapvető vizuális feldolgozással kapcsolatos funkcionális területeket tartalmazza. Ez hitelt ad azoknak az elméleteknek, amelyek szerint az arcfeldolgozás a korai vizuális feldolgozási területekről (LO, V1, V2stb.) a fusiform arcterületre33. Ezeknek a kapcsolatoknak a hátsó temporális lebenyhez való szomszédsága azt az elméletet is alátámasztja, hogy ez az információ a hátsó temporális területre táplálkozik. Ezek az eredmények összhangban vannak azokkal az eredményekkel, amelyeket Grill Spector et al. beszámoltak a ventrális archálózat fehérállomány-kapcsolatairól33. Grill-Spector et al. hierarchikus kapcsolatokat fedezett fel az inferior occipital gyrus és a korai vizuális területek között. Ezenkívül munkájuk megemlíti a hálózathoz csatlakozó függőleges fehérállomány-vonalakat, amelyeket megerősítettünk a függőleges occipital fasciculusban (VOF). Ez lehetővé teheti, hogy a régiók az egész figyelemhálózat részét képezzék, hogy összekapcsolódjanak az arcfeldolgozó hálózattal. Grill-Spector azt is megjegyzi, hogy az arcfeldolgozás több úton is megtörténhet. Megjegyeztük, hogy U – alakú szálak, amelyek a korai vizuális feldolgozási területektől az elülső fusiform gyrusig futnak. Az IFOF és az ILF is érintett az arcfeldolgozásban. Ezenkívül vannak olyan speciális traktusok, amelyek az alsó nyakszirti gyrusból és a nyelvi gyrusból táplálkoznak a fusiform gyrusba. Ezek az eredmények együttesen azt mutatják, hogy az arc feldolgozásának több útja létezhet az agyban.
a fusiform gyrus arcszelektív régiói a prosopagnosiától eltérő állapotokban is szerepet játszottak. Kimutatták, hogy az FFA térfogata körülbelül kétszer akkora a Williams-szindrómával diagnosztizált felnőtteknél, mint az életkornak megfelelő kontrollok, annak ellenére, hogy a teljes fusiform gyrus régió kisebb a Williams-Szindrómában34. A Williams-szindróma egy genetikai fejlődési rendellenesség, amely több szervrendszert érint. Ennek a munkának a szempontjából a Williams-szindrómás embereknek nehézségeik vannak a vizuális-térbeli feladatok elvégzésében. Jellemzően a parietális lebeny sérülései befolyásolják e feladatok elvégzésének képességét. Ezért ez a funkcionális hiány Williams-szindrómás betegeknél a fusiform gyrus és a vizuális-térbeli feladatok közötti lehetséges kapcsolatra utal. Ezenkívül úgy tűnik, hogy a neurotípusos egyének szimmetrikusabbak fusiform gyrus mint az autizmus spektrumzavarban (ASD) szenvedők. A fusiform gyrus bal oldali aszimmetriáját mutatták ki leggyakrabban az ASD-alanyoknál, míg a súlyosabb tünetekkel rendelkező ASD-alanyok kisebbsége atipikus jobb oldali aszimmetriát mutatott35. A fusiform gyrus potenciális kapcsolata a Williams-szindrómával és az ASD-vel kiemeli ennek a régiónak a szerepét az arcérzékelésben és a kapcsolódó funkciókban.
Fusiform gyrus és egyéb szenzoros funkciók
a fusiform gyrus nem kizárólag az arc feldolgozására szolgál. A bal occipitotemporalis sulcus és a fusiform gyrus azon része, amely közvetlenül mediális, részt vesz a lexikális feldolgozásban, különösen a graféma leírásának kiszámításában-függetlenül a tájolástól, a helytől vagy a betűtípustól. Az írott szavak vagy álszavak olvasását, valamint az írott szavak vagy álszavak előállítását helyesírás közben szintén ezek a területek közvetítik11. A bal hátsó fusiform gyrus károsodása a magas térbeli frekvenciák vizuális feldolgozásának károsodását eredményezi, beleértve az ortográfiai és a nem ortográfiai feldolgozást is, amely a magas térbeli frekvenciákon bemutatott tárgyak vizuális agnóziája mellett tiszta alexia-ként jelenik meg8. Néhány egyénnél azonban izolált tiszta alexia jelentkezett, miután a bal mediális BA 37 és a jobb BA 37 között áthaladó fehérállomány-vonalak megsérültek11. Ez azt a lehetőséget jelzi, hogy a bal mediális BA 37 nem biztos, hogy az egyetlen terület, amely az ilyen grafémiás leírásra jellemző. Ezt a megállapítást a VOF magyarázhatja, amely kapcsolódik a hátsó fusiform gyrushoz. A VOF károsodása szerepet játszott a tiszta alexia előállításában. Elvégeztük a VOF traktustérfogatának elemzését, amely azt mutatja, hogy a jobb és a bal oldali VOF eltéréseket mutat a traktus térfogatában (2.táblázat). Ez a nagy eltérés a betegek traktusának térfogatában megmutathatja a VOF eltérő funkcionális szerepét a betegek számára. A VOF-ot korábban az irodalom36,37. Ezek a diffúziós-tenzor MRI technológián alapuló tanulmányok arra a következtetésre jutnak, hogy a VOF összeköti a fusiform gyrust az unimodális vizuális asszociációs kérgekkel. Traktográfiánk és anatómiai boncolásunk megerősíti ezt a megállapítást azáltal, hogy kimutatja a fusiform gyrus és a cuneus közötti kapcsolatokat a VOF-ban. Ezenkívül bemutattuk a VOF kapcsolatait a korábban említett laterális occipital régiókban. Azonban a fusiform gyruson áthaladó egyéb szálak, mint például az ILF és az IFOF, lexikális feldolgozásra is jelöltek lehetnek.
a fusiform gyrus a graféma-szín és a tónus-szín szinesztéziában is szerepet játszott, amelyben a bal hátsó fusiform gyrus megnövekedett szürkeállomány-térfogatot mutatott, míg a bal elülső fusiform gyrus, valamint a bal MT/V5 csökkent szürkeállomány-térfogat38. Végül bizonyíték van arra, hogy a fusiform gyrus szelektivitást mutat az emberi testekkel szemben, elkülönítve az arcoktól vagy szerszámoktól6. Tanulmányok azt mutatják, hogy a fusiform gyrus csökkent hatékony kapcsolatai korreláltak a testméret téves megítélési pontszámával, ami esetleg bevonja ezeket a régiókat az anorexia nervosa7 kialakulásába.
a fusiform gyrus fontos régió, amely olyan feladatokban vesz részt, mint az emberi arcok és testek vizuális feldolgozása, valamint a magas térbeli frekvenciájú ingerek észlelése. Eredményeink hozzájárulnak a régió anatómiájának megértéséhez. Az ebben a régióban rejlő strukturális és funkcionális kapcsolatok jobb megértése támogathatja a klinikai fejlődést olyan területeken, mint a glioma reszekció műtéti tervezése és az ébren lévő craniotomiák funkcionális feltérképezése. Ezenkívül a fusiform gyrushoz kapcsolódó műtét utáni eredmények jobban megérthetők a szálköteg anatómiájának összefüggésében, amelyet ez a tanulmány kiemelt.