anatomia și conexiunile materiei albe ale gyrusului fusiform

în acest studiu, am abordat anatomia subiacentă a materiei albe subcorticale a gyrusului fusiform, o regiune a lobului temporal despre care se crede că joacă un rol important în funcțiile specializate de procesare vizuală, cum ar fi procesarea facială. Din cunoștințele noastre, niciun studiu anterior nu a descris anatomia subcorticală a girusului fusiform și relevanța acestuia pentru neurochirurgie. Economisirea funcției în chirurgia cerebrală depinde de conservarea tracturilor de materie albă care leagă zonele funcționale. Aici am demonstrat conexiunile girusului fusiform folosind imagistica spectrului de difuzie și am confirmat aceste conexiuni prin disecție anatomică brută.

rolurile micro-disecției sunt bine descrise într-o publicație recentă23. Importanța primară a micro-disecției este confirmarea datelor tractografice, deoarece tractografia este doar o reprezentare generată de computer a tracturilor materiei albe. Importanța identificării acestor tracturi este de a discuta relațiile anatomice cu căile vecine. Un exemplu în cadrul neurochirurgiei ar fi masele care afectează un tract ar avea o probabilitate mai mare de a afecta tracturile vecine. De asemenea, chirurgii trebuie să înțeleagă ce tracturi superficiale trebuie păstrate atunci când accesează porțiuni mai profunde ale creierului. Apar diferite tehnici pentru a ajuta la micro-disecție, cum ar fi analiza imagistică fotogrammetrică24. Această metodă funcționează prin preluarea datelor imagistice ale specimenului pentru a reconstrui suprafața corticală și între fiecare etapă a disecției pentru a minimiza pierderea materiei albe în timpul disecției.

pentru disecția noastră, am ales să urmăm metoda Klingler așa cum a fost descrisă anterior. Metoda Klingler de disecție a fibrelor are puncte forte și slăbiciune inerente. Rezistența primară implică o rezoluție îmbunătățită a fibrelor la disecția finală prin separarea îmbunătățită a fibrelor prin penetrarea moleculelor de apă care extind spațiile dintre fibre în timpul înghețării. Acest lucru permite ușurința disecției, deoarece fibrele sunt deja separate de fibrele adiacente și de materia creierului înainte de a încerca disecția. Slăbiciunea acestei disecții și disecții în general este că fibrele superficiale trebuie sacrificate atunci când se disecă fibre mai profunde. În plus, pentru această tehnică, trebuie să existe o metodă de înghețare a creierului la − 80 centimetric, care poate fi indisponibilă pentru unii cercetători.

Rezumatul rezultatelor secțiunea

primul pachet principal a fost legătura dintre girusul fusiform și girusul lingual. În timp ce tracturile contralaterale își au originea în aceleași zone ale girusului lingual bilateral, au existat puncte de inserție ușor diferite pe girusul fusiform (în stânga inserția se afla pe porțiunea anteromedială a girusului și în dreapta se afla pe porțiunea anterolaterală). Au existat, de asemenea, legături între lobii occipitali inferiori (origine) și fusiform (inserție) bilateral. Punctele de inserție în girusul fusiform au fost identice cu cele identificate pentru tracturile dintre girusul lingual și fusiform. De asemenea, fibrele U au conectat gyri adiacente între gyri occipital inferior și fusiform. A existat, de asemenea, un tract între girusul fusiform și cuneus care făcea parte din fasciculul occipital vertical. Fasciculul occipital vertical conectează în mod tradițional gyri occipital superior și inferior. Porțiunea inserarea în fusiform atașat la porțiunea anteromedial de care gyrus. Toate aceste conexiuni demonstrează o legătură puternică între lobul occipital și gyri fusiform, ceea ce sugerează că fusiformul este implicat în funcții legate de viziune sau prelucrarea informațiilor vizuale.

girusul Fusiform și percepția facială

studiile privind funcționalitatea girusului fusiform susțin o legătură între această regiune și procesele de recunoaștere vizuală de ordin înalt, în special recunoașterea fețelor3,4,5,25. Zona fusiformă a feței (FFA), în interiorul girusului fusiform mijlociu drept, a fost asociată în special cu procesarea facială9. Lateralitatea funcției de procesare facială a fost determinată într-un studiu care combină electrocorticografia cu studiul de stimulare electrică a creierului efectuat de Rangarajan și colab.4. În acest studiu, autorii au descoperit că stimularea girusului fusiform drept ar putea produce distorsiuni perceptuale atunci când vizionează fețele. În special, stimularea fusiformului stâng a dus la distorsiuni vizuale fără legătură, inclusiv distorsiunea culorilor sau producerea de foneme.

folosind tractografia și disecțiile, am demonstrat că girusul lingual și girusul occipital inferior se hrănesc în mai multe zone ale girusului fusiform anterior. În partea stângă, aceste conexiuni au fost localizate în girusul fusiform medial, într-o zonă cunoscută sub numele de zona vizuală ventromedială (VMV). VMV poate juca un rol în integrarea informațiilor despre culoare, formă și textură pentru recunoașterea holistică5,26. Conexiunile din partea dreaptă s-au încheiat în porțiunea anterolaterală a girusului fusiform, în zona feței fusiforme menționată anterior, o zonă critică pentru prelucrarea caracteristicilor faciale27.

studiile noastre de conectivitate susțin faptul că girusul fusiform poate avea funcții diferite în funcție de lateralitate. În disecția noastră a 10 creiere umane cadaverice, am constatat că 7 creiere au demonstrat această diferență consistentă în conexiunile terminale fusiforme dependente de lateralitate. Într-un creier, nu am putut determina conexiunea terminală pe ambele părți. În alte 2 creiere, nu am putut determina conexiunea terminalului pe o parte. Nu am putut determina locația unor conexiuni terminale ale conexiunilor locale secundare incapacității de a găsi tractul fibrei sau de a păstra tractul în disecție. Nu s-a constatat că volumele tractului materiei albe diferă semnificativ între emisfera dreaptă și cea stângă (t = 0,56, p = 0,59). Tabelul 1 afișează datele pentru toate conexiunile terminale determinate anatomic ale girusului fusiform.

în afară de lateralitate, se crede că percepția fețelor este mediată de o rețea neuronală extrem de interconectată, despre care se crede că include un set central de regiuni posterioare, inclusiv zona feței occipitale (OFA), zona feței fusiforme (FFA), sulcusul temporal superior posterior (pSTS), precum și așa-numitele regiuni extinse care includ Polul temporal anterior, amigdala și cortex prefrontal ventromedial5. Lohse și colab.10 a prezentat un model de rețea în care” prezența sau absența fețelor modulează conectivitatea eficientă feedforward de la cortexul vizual timpuriu la zonele occipitotemporale ” și, de asemenea, a stabilit că tracturile de informații pentru fețe, în raport cu alte obiecte, sunt diminuate în prosopagnozia dezvoltării. Mai exact,au găsit o conectivitate eficientă inferioară de la cortexul vizual timpuriu la FFA bilateral și la dreapta pSTS9, 10. Acești autori au descoperit, de asemenea, că subiecții cu prosopagnozie de dezvoltare, deși au aceeași organizare generală a materiei albe ca și controalele din cortexul temporal ventral,au prezentat proprietăți atipice similare în tracturile legate de regiunile selective ale cortexului9, 10.

fasciculul longitudinal inferior (ILF) și fasciculul frontal–occipital inferior (IFOF) sunt descrise în lucrările anterioare28,29,30. Cursul său occipito-temporal îl face o fibră candidată pentru prelucrarea fețelor. Cinci subcomponente diferite ale IFOF au fost propuse pe baza urmăririi fibrelor de imagistică a spectrului de difuzie30. Folosind o combinație de tractografie și disecție cadaverică, am putut confirma cel puțin trei sub-componente diferite. Componentele IFOF din girusul lingual și girusul occipital inferior s-au dovedit a se termina în girusul frontal inferior, iar componentele din cuneus s-au dovedit a se termina în girusul frontal superior. În ceea ce privește ILF, tractografia și disecția anatomică au confirmat prezența subcomponentelor ILF. Similar cu Latini, am reușit să identificăm o ramură occipitală cuneală, linguală și inferioară a ILF29. ILF și IFOF conectează multe dintre regiunile menționate mai sus, iar studiile au găsit dovezi că acestea sunt, de asemenea, importante pentru percepția fețelor5. Persoanele cu prosopagnozie congenitală demonstrează perturbări structurale ale Ilf bilateral și IFOF, inclusiv anizotropie fracționată scăzută (FA) și volum scăzut al Ilf drept, precum și volum scăzut al ifof drept5.

în ciuda naturii extrem de interconectate a acestei rețele, există unele dovezi că aranjamentul său nu este organizat într-o ierarhie serială strictă, astfel încât informațiile legate de față curg din girusul occipital inferior (IOG) către regiunile ulterioare. Un studiu, care a implicat rezecția întregii fețe IOG, precum și a 23,3% posterioare a fețelor girusului fusiform posterior, a constatat că acele regiuni specifice feței din aval de rezecție au prezentat o rezistență remarcabilă după operație, indicând posibilitatea unei rețele non-ierarhice, cu mai multe căi faciale31. Planificăm să efectuăm o analiză mai detaliată a volumului tractului IFOF, ILF, împreună cu subcomponentele lor, pe baza acestor constatări.

există o serie de fibre în formă de U între girusul occipital inferior și girusul fusiform care ating nivelul lobului temporal posterior, o constatare raportată de lucrarea lui Catani și colab.32. Există fibre din girusul lingual și girusul occipital inferior care se hrănesc în girusul fusiform anterior. Fibrele din girusul occipital inferior corespund unei zone cunoscute sub numele de lo (occipital lateral), care primește detalii, mișcare și informații atât din fluxul dorsal, cât și din cel ventral pentru a procesa forma obiectelor26. Girusul lingual conține zone funcționale legate de procesarea vizuală de bază. Acest lucru dă crezare teoriilor conform cărora procesarea facială are loc dintr-un mecanism de avansare din zonele de procesare vizuală timpurie (LO, V1, V2 etc.) în zona feței fusiforme33. Adiacența acestor conexiuni la lobul temporal posterior susține, de asemenea, teoria că aceste informații se alimentează în zona temporală posterioară. Aceste constatări se aliniază cu rezultatele pe care Grill Spector și colab. raportat cu privire la conexiunile materiei albe ale rețelei feței ventrale33. Grill-Spector și colab. au descoperit conexiuni ierarhice din girusul occipital inferior și zonele vizuale timpurii. În plus, lucrarea lor menționează tracturile verticale de materie albă care se conectează cu această rețea, lucru confirmat în fasciculul occipital vertical (VOF). Acest lucru poate permite regiunilor din întreaga lume să facă parte din rețeaua de atenție să fie conectate la rețeaua de procesare facială. Grill-Spector observă, de asemenea, că procesarea facială poate avea loc prin mai multe căi. Am observat că fibrele în formă de U care rulează de la zonele de procesare vizuală timpurie la girusul fusiform anterior. IFOF și ILF au fost, de asemenea, implicate în procesarea facială. În plus, există tracturi specifice care se hrănesc din girusul occipital inferior și girusul lingual în girusul fusiform. Împreună, aceste descoperiri demonstrează că mai multe căi de procesare facială pot exista în creier.

regiunile selective ale feței girusului fusiform au fost implicate în alte condiții decât prosopagnozia. Volumul FFA s-a dovedit a fi de aproximativ două ori mai mare la adulții diagnosticați cu sindrom Williams în comparație cu controalele potrivite vârstei, în ciuda faptului că întreaga regiune a girusului fusiform este mai mică în sindromul Williams 34. Sindromul Williams este o tulburare genetică de dezvoltare care afectează mai multe sisteme de organe. În relevanță pentru această lucrare, s-a constatat că persoanele cu sindrom Williams au dificultăți în îndeplinirea sarcinilor vizual-spațiale. De obicei, leziunile lobului parietal afectează capacitatea de a îndeplini aceste sarcini. Prin urmare, acest deficit funcțional la pacienții cu sindrom Williams sugerează o posibilă legătură între girusul fusiform și sarcinile vizual-spațiale. În plus, indivizii neurotipici par să aibă un girus fusiform mai simetric decât cei cu tulburare de spectru autist (ASD). O asimetrie spre stânga a girusului fusiform a fost demonstrată cel mai frecvent la subiecții cu TSA, în timp ce o minoritate de subiecți cu TSA cu simptome mai severe au prezentat asimetrie spre dreapta atipică35. Legătura potențială a girusului fusiform cu sindromul Williams și ASD evidențiază rolul acestei regiuni în percepția facială și funcțiile conexe.

girusul Fusiform și alte funcții senzoriale

girusul fusiform nu este dedicat exclusiv procesării faciale. Sulcusul occipitotemporal stâng și regiunea girusului fusiform care se află doar medial la acesta sunt implicate în procesarea lexicală, în special în calculul descrierii grafemului – independent de orientare, locație sau font. Citirea cuvintelor scrise sau pseudowords, precum și producerea de cuvinte scrise sau pseudowords în timp ce ortografia este, de asemenea, mediată de aceste domenii11. Deteriorarea girusului fusiform posterior stâng are ca rezultat deficiențe în procesarea vizuală a frecvențelor spațiale înalte, inclusiv procesarea ortografică și non-ortografică, care se prezintă ca Alexie pură în plus față de agnozia vizuală pentru obiectele prezentate la frecvențe spațiale înalte8. Cu toate acestea, unii indivizi s-au prezentat cu Alexie pură izolată după ce tracturile de materie albă care traversează între BA 37 medial stâng și Ba 37 Drept au fost deteriorate11. Aceasta indică posibilitatea ca BA 37 medial stâng să nu fie singura zonă specifică unei astfel de descrieri grafemice. Această constatare poate fi explicată prin VOF, care are legături cu girusul fusiform posterior. Deteriorarea VOF a fost implicată în producerea unei Alexii pure. Am efectuat analiza volumului tractului VOF, care demonstrează că VOF dreapta și stânga au diferențe în volumul tractului (Tabelul 2). Această variație largă a volumului tractului pacienților poate demonstra roluri funcționale diferite ale VOF pentru pacienți. VOF a fost descris anterior în literatură36,37. Aceste studii, bazate pe tehnologia RMN de difuzie-tensor, concluzionează că VOF conectează girusul fusiform cu cortexurile de asociere vizuală unimodală. Tractografia și disecția anatomică confirmă această constatare prin demonstrarea conexiunilor în VOF între girusul fusiform și cuneus. În plus, am demonstrat conexiuni ale VOF în regiunile occipitale laterale menționate anterior. Cu toate acestea, alte fibre care trec prin girusul fusiform, cum ar fi ILF și IFOF, pot fi candidați și pentru prelucrarea lexicală.

girusul fusiform a fost, de asemenea, implicat în sinestezia grafem-culoare și ton-culoare, în care s-a constatat că girusul fusiform posterior stâng a crescut volumul materiei cenușii, în timp ce girusul fusiform anterior stâng, precum și Mt/V5 stâng, au scăzut volumul materiei cenușii38. În cele din urmă, există dovezi că girusul fusiform demonstrează selectivitate pentru corpurile umane, separate de fețe sau instrumente6. Studiile demonstrează că diminuarea conexiunilor eficiente în girusul fusiform s-a corelat cu un scor de judecată greșită a dimensiunii corpului, care poate implica aceste regiuni în dezvoltarea anorexiei nervoase7.

girusul fusiform este o regiune importantă implicată în sarcini precum procesarea vizuală a fețelor și corpurilor umane, precum și percepția stimulilor cu frecvențe spațiale înalte. Descoperirile noastre contribuie la înțelegerea anatomiei acestei regiuni. O mai bună înțelegere a relațiilor structurale și funcționale inerente acestei regiuni poate sprijini progresele clinice în domenii precum planificarea chirurgicală pentru rezecția gliomului și cartografierea funcțională în craniotomiile treaz. Mai mult, rezultatele post-chirurgicale legate de girusul fusiform pot fi mai bine înțelese în contextul anatomiei fasciculului de fibre evidențiate de acest studiu.