Anatomia i połączenia białej materii z zakrętem wrzecionowym

w tym badaniu omówiliśmy podkorową anatomię białej materii z zakrętem wrzecionowym, regionem płata skroniowego, który uważa się za odgrywający ważną rolę w specjalistycznych funkcjach przetwarzania wzroku, takich jak przetwarzanie twarzy. Według naszej wiedzy, żadne wcześniejsze badania nie opisały podkorowej anatomii zakrętu wrzecionowatego i jej znaczenia dla neurochirurgii. Oszczędność funkcji w chirurgii mózgu zależy od zachowania traktów istoty białej łączących obszary funkcjonalne. Tutaj zademonstrowaliśmy połączenia zakrętu wrzecionowatego za pomocą obrazowania widmem dyfuzyjnym i potwierdziliśmy te połączenia poprzez grubą sekcję anatomiczną.

rola mikro-rozwarstwienia jest dobrze opisana w niedawnej publikacji23. Podstawowe znaczenie mikro-rozwarstwienia jest potwierdzeniem danych tractograficznych, ponieważ tractografia jest tylko wygenerowaną komputerowo reprezentacją traktatów istoty białej. Znaczenie identyfikacji tych traktów ma omówienie relacji anatomicznych z sąsiednimi drogami. Przykładem w neurochirurgii byłyby masy, które wpływają na jeden przewód miałby większe prawdopodobieństwo wpływu na sąsiednie Trakty. Ponadto, chirurdzy muszą zrozumieć, jakie powierzchowne Trakty muszą być zachowane podczas dostępu do głębszych części mózgu. Pojawiają się różne techniki wspomagające mikro-rozwarstwienie, takie jak fotogrametryczna analiza obrazowa24. Ta metoda działa poprzez pobranie danych obrazowych próbki do rekonstrukcji powierzchni korowej i między każdym etapem rozwarstwienia, aby zminimalizować utratę substancji białej podczas rozwarstwienia.

do naszego rozwarstwienia wybraliśmy metodę Klinglera opisaną wcześniej. Metoda Klinglera rozwarstwienia włókien ma wrodzone mocne i słabe strony. Podstawowa siła obejmuje lepszą rozdzielczość włókien przy ostatecznym rozwarstwieniu poprzez ulepszoną separację włókien przez przenikanie cząsteczek wody, które rozszerzają przestrzenie między włóknami podczas zamrażania. Umożliwia to łatwość rozwarstwienia, ponieważ włókna są już oddzielone od sąsiednich włókien i materii mózgowej przed przystąpieniem do rozwarstwienia. Słabością tego rozwarstwienia i rozwarstwienia w ogóle jest to, że powierzchowne włókna muszą być poświęcone podczas rozwarstwienia głębszych włókien. Ponadto dla tej techniki musi istnieć metoda zamrażania mózgów do-80°, która może być niedostępna dla niektórych badaczy.

podsumowanie wyników

pierwszym głównym pakietem było połączenie między zakręt wrzecionowaty i zakręt językowy. Podczas gdy kontralateralne Trakty powstały w tych samych obszarach obustronnego gyri językowego, na zakręcie wrzecionowatym były nieco inne punkty wstawiania (po lewej stronie wstawianie znajdowało się na przednio-przyśrodkowej części zakrętu, a po prawej na przednio-bocznej części). Istniały również połączenia między dolnymi płatami potylicznymi (pochodzenie) i wrzecionowatymi (wprowadzenie) obustronnie. Punkty wstawiania do gyri wrzecionowatego były identyczne z tymi, które zidentyfikowano dla traktów między gyri językowym i wrzecionowatym. Również U-włókna połączone sąsiadujące gyri między dolną potyliczną i wrzecionowatą gyri. Między zakrętem wrzecionowatym a klinowatym znajdował się również fragment pionowej potylicy fasciculus. Pionowy fasciculus potyliczny tradycyjnie łączy górny i dolny gyri potyliczny. Część wkładająca się do wrzecionowatej części tego zakrętu. Wszystkie te połączenia wykazują silne połączenie między płatem potylicznym a żyrem wrzecionowatym, co sugeruje, że wrzecionowata bierze udział w funkcjach związanych z widzeniem lub przetwarzaniem informacji wzrokowej.

zakręt wrzecionowy i percepcja twarzy

badania nad funkcjonalnością zakrętu wrzecionowego potwierdzają związek między tym regionem a procesami rozpoznawania wzrokowego wysokiego rzędu, w szczególności rozpoznawaniem twarzy 3,4,5,25. Obszar wrzecionowatej twarzy (FFA) w obrębie prawego środkowego zakrętu wrzecionowatego jest szczególnie związany z obróbką twarzową9. Lateralizacja funkcji przetwarzania twarzy została określona w badaniu łączącym elektrokortykografię z badaniem elektrycznej stymulacji mózgu wykonanym przez Rangarajana i wsp.4. W tym badaniu autorzy odkryli, że stymulacja prawego zakrętu wrzecionowatego może powodować zniekształcenia percepcyjne podczas oglądania twarzy. W szczególności stymulacja lewej wrzecionowatej doprowadziła do niepowiązanych zniekształceń wzrokowych, w tym zniekształceń kolorów lub produkcji fonemów.

wykorzystując traktografię i rozwarstwienia, wykazaliśmy, że zakręt językowy i dolny gyri potyliczny zasilają wiele obszarów przedniego zakrętu wrzecionowatego. Po lewej stronie połączenia te znajdowały się w przyśrodkowym zakręcie wrzecionowatym, w obszarze znanym jako ventromedial visual area (VMV). VMV może odgrywać rolę w integrowaniu informacji o kolorze, formie i teksturze w celu całościowego rozpoznawania5,26. Połączenia po prawej stronie zakończone w przednio-bocznej części zakrętu wrzecionowatego, we wcześniej wspomnianym obszarze wrzecionowatej twarzy, obszarze, który jest krytyczny dla przetwarzania funkcji twarzowych27.

nasze badania nad łącznością potwierdzają fakt, że zakręt wrzecionowaty może mieć różne funkcje w zależności od lateralizacji. W naszej sekcji 10 ciał ludzkich mózgów, odkryliśmy, że 7 mózgów wykazało tę stałą różnicę w końcowych połączeniach wrzecionowatych zależnych od lateralizacji. W jednym mózgu nie byliśmy w stanie określić połączenia terminala po obu stronach. W dwóch innych mózgach nie byliśmy w stanie określić połączenia terminala po jednej stronie. Nie byliśmy w stanie określić lokalizacji niektórych końcowych połączeń lokalnych połączeń wtórnych do niemożności znalezienia przewodu światłowodowego lub zachowania przewodu w sekcji. Nie stwierdzono znaczących różnic w objętości dróg oddechowych substancji białej pomiędzy prawą i lewą półkulą (t = 0,56, p = 0,59). Tabela 1 przedstawia dane dla wszystkich anatomicznie określonych połączeń końcowych zakrętu wrzecionowatego.

oprócz lateralizmu uważa się, że postrzeganie twarzy odbywa się za pośrednictwem wysoce połączonej sieci neuronowej, która obejmuje rdzeń z tylnymi regionami, w tym potyliczną powierzchnię twarzy (OFA), wrzecionowatą powierzchnię twarzy (FFA), tylną górną część skroniową (pSTS), a także tak zwane rozszerzone regiony, które obejmują przedni biegun skroniowy, ciało migdałowate i ventromedialną korę przedczołową5. Lohse et al.10 przedstawił model sieciowy, w którym „obecność lub brak twarzy moduluje skuteczną łączność między wczesną korą wzrokową a obszarami potyliczno-skroniowymi”, a także ustalił, że traktaty informacyjne dla twarzy, w stosunku do innych obiektów, są zmniejszone w rozwojowej prosopagnozji. W szczególności znaleźli gorszą skuteczną łączność od wczesnej kory wzrokowej do obustronnego FFA i prawego pSTS9, 10. Autorzy ci odkryli również, że osoby z rozwojową prozopagnozją, posiadające tę samą ogólną organizację istoty białej,co osoby sterujące w przedniej korze skroniowej, wykazywały podobne nietypowe właściwości w traktach związanych z selektywnymi regionami kory twarzowej9, 10.

inferior longitudinal fasciculus (ILF) i inferior frontal-occipital fasciculus (IFOF) są opisane w poprzednich pracach28,29,30. Jego przebieg potyliczno-skroniowy sprawia, że jest to włókno kandydujące do obróbki twarzy. Zaproponowano pięć różnych podskładników IFOF w oparciu o śledzenie światłowodów w widmie dyfuzyjnym30. Stosując kombinację tractografii i sekcji zwłok, byliśmy w stanie potwierdzić co najmniej trzy różne podskładniki. Wykazano, że części składowe IFOF z kręgu językowego i dolnego odcinka potylicznego kończą się w dolnym odcinku czołowym, a części klinowe kończą się w górnym odcinku czołowym. Jeśli chodzi o ILF, nasza traktografia i sekcja anatomiczna potwierdziły obecność podskładników ILF. Podobnie jak Latini, udało nam się zidentyfikować klinową, językową i dolną gałąź potyliczną ILF29. ILF i IFOF łączą wiele z wyżej wymienionych regionów, a badania wykazały, że są one również ważne dla postrzegania twarzów5. Osoby z wrodzoną prozopagnozją wykazują strukturalne zaburzenia obustronnej ILF i IFOF, w tym niską anizotropię ułamkową (FA) i zmniejszoną objętość prawej ILF, a także zmniejszoną objętość prawej IFOF5.

pomimo wysoce połączonego charakteru tej sieci, istnieją pewne dowody na to, że jej układ nie jest zorganizowany w ścisłej hierarchii szeregowej, tak że informacje związane z twarzą płyną z dolnego zakrętu potylicznego (IOG) do kolejnych regionów. Jedno z badań, obejmujące resekcję całości twarzy IOG oraz 23,3% tylnych twarzy zakrętu wrzecionowatego, wykazało, że te specyficzne dla twarzy regiony poniżej resekcji wykazywały niezwykłą odporność po operacji, co wskazuje na możliwość niehierarchicznej, wielokierunkowej sieci twarzowej31. Planujemy przeprowadzić bardziej szczegółową analizę objętości przewodu pokarmowego IFOF, ILF, wraz z ich podobnymi składnikami, w oparciu o te ustalenia.

istnieje szereg włókien w kształcie litery U między dolnym zakrętem potylicznym a zakrętem wrzecionowatym, które osiągają poziom tylnego płata skroniowego, odkrycie zgłoszone przez pracę Catani et al.32. Tam są włókna z językowego i dolnego odcinka potylicznego, które zasilają przedni zakręt wrzecionowaty. Włókna z dolnego zakrętu potylicznego odpowiadają obszarowi znanemu jako LO (boczna potylica), który odbiera szczegóły, ruch i informacje zarówno ze strumienia grzbietowego, jak i brzusznego w celu przetworzenia postaci obiektów26. Zakręt językowy zawiera obszary funkcjonalne związane z podstawową obróbką wzroku. Daje to uwiarygodnienie teorii, że przetwarzanie twarzy odbywa się z mechanizmu podawania do przodu z wczesnych obszarów przetwarzania wizualnego (LO, V1, V2 itp.) do wrzecionowatej powierzchni twarzowej33. Przyleganie tych połączeń do tylnego płata skroniowego potwierdza również teorię, że informacja ta zasila tylny obszar skroniowy. Ustalenia te są zgodne z wynikami, które Grill Spector et al. doniesiono o połączeniach istoty białej w sieci twarzy brzusznej 33. Grill-Spector i in. odkryto hierarchiczne połączenia z tylnego zakrętu potylicznego i wczesnych obszarów wzrokowych. Ponadto ich praca wspomina o pionowych traktach istoty białej łączących się z tą siecią, co potwierdziliśmy w pionowym fasciculusie potylicznym (VOF). Może to pozwolić, aby regiony w całej sieci uwagi były połączone z siecią przetwarzania twarzy. Grill-Spector zauważa również, że przetwarzanie twarzy może odbywać się wieloma ścieżkami. Zauważyliśmy, że włókna W Kształcie Litery U, które biegną od wczesnych obszarów przetwarzania wzrokowego do przedniego zakrętu wrzecionowatego. IFOF i ILF były również zaangażowane w przetwarzanie twarzy. Dodatkowo, istnieją specyficzne Trakty, które odżywiają się od dolnego zakrętu potylicznego i językowego do zakrętu wrzecionowatego. Łącznie wyniki te pokazują, że w mózgu może istnieć wiele dróg przetwarzania twarzy.

wybiórcze regiony zakrętu wrzecionowatego zostały uwikłane w Warunki inne niż prosopagnozja. Wykazano, że objętość FFA jest około dwa razy większa u osób dorosłych z rozpoznanym zespołem Williamsa w porównaniu z grupą kontrolną dopasowaną do wieku, pomimo faktu, że cały obszar zakrętu wrzecionowatego jest mniejszy w zespole Williamsa34. Zespół Williamsa jest genetycznym zaburzeniem rozwojowym, które wpływa na wiele układów narządów. W związku z tą pracą stwierdzono, że osoby z zespołem Williamsa mają trudności z wykonywaniem zadań wizualno-przestrzennych. Zazwyczaj zmiany płata ciemieniowego wpływają na zdolność do wykonywania tych zadań. Dlatego ten deficyt funkcjonalny u pacjentów z zespołem Williamsa sugeruje możliwy związek między zakrętem wrzecionowatym a zadaniami wzrokowo-przestrzennymi. Dodatkowo, osoby neurotypiczne wydają się mieć bardziej symetryczny zakręt wrzecionowaty niż osoby ze spektrum zaburzeń autyzmu (ASD). Asymetrię zakrętu wrzecionowatego w lewo wykazano najczęściej u osób z ASD, podczas gdy mniejszość osób z ASD z cięższymi objawami wykazywała nietypową asymetrię w prawo.35 Potencjalny związek zakrętu wrzecionowatego z zespołem Williamsa i ASD podkreśla rolę tego regionu w percepcji twarzy i powiązanych funkcjach.

zakręt wrzecionowy i inne funkcje sensoryczne

zakręt wrzecionowy nie jest poświęcony wyłącznie obróbce twarzy. Bruzda potyliczna lewa i obszar zakrętu wrzecionowatego leżący tylko przyśrodkowo do niego są zaangażowane w przetwarzanie leksykalne, w szczególności w Obliczanie opisu grafemu-niezależnie od orientacji, lokalizacji lub czcionki. Odczytywanie słów pisanych lub pseudowordów oraz wytwarzanie słów pisanych lub pseudowordów, podczas gdy pisownia jest również zależna od tych obszarów11. Uszkodzenie lewego tylnego zakrętu wrzecionowatego powoduje upośledzenie przetwarzania wzrokowego wysokich częstotliwości przestrzennych, w tym przetwarzania ortograficznego i nieortograficznego, które przedstawia się jako czysta alexia oprócz agnozji wzrokowej dla obiektów prezentowanych przy wysokich częstotliwościach przestrzennych8. Niektóre osobniki wykazywały jednak izolowaną czystą alexię po uszkodzeniu ciągów materii białej przechodzących między lewym przyśrodkowym BA 37 A prawym BA 3711. Wskazuje to na możliwość, że lewy przyśrodkowy BA 37 może nie być jedynym obszarem charakterystycznym dla takiego opisu grafemicznego. To odkrycie może być wyjaśnione przez VOF, który ma połączenia z tylnym zakrętem wrzecionowatym. Uszkodzenie VOF zostało wplątane w produkcję czystej Alexii. Wykonaliśmy analizę objętości dróg oddechowych VOF, która pokazuje, że prawy i lewy VOF mają różnice w objętości dróg oddechowych (Tabela 2). Ta szeroka zmienność objętości przewodu pokarmowego u pacjentów może wykazywać różne funkcje VOF u pacjentów. VOF został wcześniej opisany w literaturze36, 37. Badania te, oparte na technologii dyfuzyjno-tensorowej MRI, wskazują, że VOF łączy zakręt wrzecionowaty z unimodalną korą asocjacji wzrokowej. Nasz traktografia i anatomiczne rozwarstwienie potwierdza to odkrycie poprzez wykazanie połączeń w VOF między zakrętem wrzecionowatym a klinem. Dodatkowo wykazaliśmy połączenia VOF w obrębie wyżej wymienionych bocznych regionów potylicznych. Jednak inne włókna, które przebiegają przez zakręt wrzecionowaty, takie jak ILF i IFOF, mogą być również kandydatami do przetwarzania leksykalnego.

zakręt wrzecionowaty był również zaangażowany w synestezję grafemowo-kolorową i barwną, w której stwierdzono, że lewy tylny zakręt wrzecionowy ma zwiększoną objętość istoty szarej, podczas gdy lewy przedni zakręt wrzecionowy, jak również lewy MT/V5, zmniejszyły objętość istoty szarej38. Wreszcie, istnieją dowody na to, że zakręt wrzecionowaty wykazuje selektywność dla ludzkich ciał, oddzielonych od twarzy lub narzędzi6. Badania wykazują, że zmniejszone skuteczne połączenia w zakręcie wrzecionowatym korelowały z błędną oceną wielkości ciała, co prawdopodobnie implikuje te regiony w rozwoju anoreksji nervosa7.

zakręt wrzecionowaty jest ważnym obszarem związanym z takimi zadaniami, jak wizualne przetwarzanie ludzkich twarzy i ciał, a także percepcja bodźców o wysokich częstotliwościach przestrzennych. Nasze odkrycia przyczyniają się do zrozumienia anatomii tego regionu. Lepsze zrozumienie związków strukturalnych i funkcjonalnych związanych z tym regionem może wspierać postęp kliniczny w takich obszarach, jak planowanie chirurgiczne resekcji glejaka i mapowanie funkcjonalne w kraniotomii na jawie. Ponadto wyniki pooperacyjne związane z zakrętem wrzecionowatym mogą być lepiej zrozumiane w kontekście anatomii wiązki włókien podkreślonej w tym badaniu.