anatomi och vita substansanslutningar av fusiform gyrus

i denna studie behandlade vi den underliggande subkortiska vita materianatomin i fusiform gyrus, en temporal lobregion som tros spela en viktig roll i specialiserade visuella bearbetningsfunktioner, såsom ansiktsbearbetning. Så vitt vi vet har ingen tidigare studie beskrivit den subkortiska anatomin hos fusiform gyrus och dess relevans för neurokirurgi. Sparsam funktion i hjärnkirurgi är beroende av bevarandet av de vita substanserna som förbinder funktionella områden. Här har vi visat anslutningarna av fusiform gyrus med diffusionsspektrumavbildning och bekräftat dessa anslutningar genom grov anatomisk dissektion.

mikrodissektionens Roller beskrivs väl i en ny publikation23. Den primära betydelsen av mikrodissektion är bekräftelse av traktografidata eftersom traktografi endast är en datorgenererad representation av områden med vit materia. Vikten av att identifiera dessa områden är att diskutera de anatomiska förhållandena med angränsande vägar. Ett exempel inom neurokirurgi skulle vara massor som påverkar en kanal skulle ha högre sannolikhet för att påverka angränsande områden. Kirurger måste också förstå vilka ytliga områden som måste bevaras när de får tillgång till djupare delar av hjärnan. Olika tekniker dyker upp för att hjälpa till med mikrodissektion, såsom fotogrammetrisk bildanalys24. Denna metod fungerar genom att ta avbildningsdata av provet för att rekonstruera den kortikala ytan och mellan varje steg i dissektion för att minimera vitmaterialförlust under dissektion.

för vår dissektion valde vi att följa Klingler-metoden som beskrivits tidigare. Klingler-metoden för fiberdissektion har inneboende styrkor och svaghet. Den primära styrkan innebär förbättrad fiberupplösning vid slutlig dissektion genom förbättrad fiberseparation genom att penetrera vattenmolekyler som expanderar mellanrummen mellan fibrer under frysning. Detta möjliggör enkel dissektion eftersom fibrerna redan är separerade från intilliggande fibrer och hjärnmaterial innan de försöker dissekera. Svagheten i denna dissektion och dissektioner i allmänhet är att ytliga fibrer måste offras när man dissekerar djupare fibrer. Dessutom, för denna teknik, det måste finnas en metod för frysning hjärnor till − 80 kg som kan vara otillgänglig för vissa forskare.

sammanfattning av resultatavsnittet

den första huvudbunten var sambandet mellan fusiform gyrus och lingual gyrus. Medan de kontralaterala kanalerna härstammar inom samma områden i den bilaterala linguala gyri, fanns det något olika insättningspunkter på fusiform gyrus (till vänster var införandet på den anteromediala delen av gyrus och till höger var det på den anterolaterala delen). Det fanns också kopplingar mellan de underlägsna occipitala loberna (ursprung) och fusiform (införande) bilateralt. Insättningspunkterna i fusiform gyri var identiska med de som identifierades för kanalerna mellan lingual och fusiform gyri. Även U-fibrer kopplade intilliggande gyri mellan den underlägsna occipital och fusiform gyri. Det fanns också en kanal mellan fusiform gyrus och cuneus som var en del av den vertikala occipital fasciculus. Den vertikala occipital fasciculus förbinder traditionellt överlägsen och underlägsen occipital gyri. Den del som sätter in i fusiformen fäst vid den anteromediala delen av den gyrusen. Alla dessa anslutningar visar en stark koppling mellan occipital lob och fusiform gyri vilket antyder att fusiform är involverad i funktioner relaterade till syn eller bearbetning av visuell information.

Fusiform gyrus och ansiktsuppfattning

studier om funktionaliteten hos fusiform gyrus stöder en länk mellan denna region och högordnad visuell igenkänningsprocesser, särskilt erkännande av ansikten 3,4,5,25. Fusiform face area (FFA), inom den högra mitten av fusiform gyrus har varit särskilt associerad med ansiktsbehandling9. Lateralitet av ansiktsbehandlingsfunktionen bestämdes i en studie som kombinerar elektrokortikografi med elektrisk hjärnstimuleringsstudie utförd av Rangarajan et al.4. I denna studie fann författarna att stimulering av rätt fusiform gyrus kunde ge perceptuella snedvridningar när man tittar på ansikten. I synnerhet ledde stimulering av vänster fusiform till orelaterade visuella snedvridningar, inklusive förvrängning av färger eller produktion av fonem.

med hjälp av traktografi och dissektioner visade vi att lingual gyrus och inferior occipital gyri matar in i flera områden av den främre fusiforma gyrusen. På vänster sida var dessa anslutningar belägna i den mediala fusiforma gyrusen, i ett område som kallas ventromedialt visuellt område (VMV). VMV kan spela en roll för att integrera färg,form och texturinformation för holistisk erkännande5,26. Anslutningar på höger sida avslutas i den anterolaterala delen av fusiform gyrus, i det tidigare nämnda fusiforma ansiktsområdet, ett område som är avgörande för bearbetning av ansiktsfunktioner27.

våra anslutningsstudier stöder det faktum att fusiform gyrus kan ha olika funktioner beroende på lateralitet. I vår dissektion av 10 kadaveriska mänskliga hjärnor fann vi att 7 hjärnor visade denna konsekventa skillnad i fusiforma terminalanslutningar beroende på lateralitet. I en hjärna kunde vi inte bestämma terminalanslutningen på båda sidor. I 2 andra hjärnor kunde vi inte bestämma terminalanslutningen på ena sidan. Vi kunde inte bestämma platsen för vissa terminalanslutningar av lokala anslutningar sekundära till oförmåga att hitta fiberkanalen eller bevara kanalen i dissektion. Volymer av vita ämnen visade sig inte skilja sig signifikant mellan höger och vänster halvklot (t = 0,56, p = 0,59). Tabell 1 visar data för alla anatomiskt bestämda terminalanslutningar av fusiform gyrus.

bortsett från lateralitet tros uppfattningen av ansikten förmedlas av ett starkt sammankopplat neuralt nätverk, som tros inkludera en kärnuppsättning av bakre regioner inklusive occipital face area (OFA), fusiform face area (FFA), posterior superior temporal sulcus (pSTS), såväl som så kallade utvidgade regioner som inkluderar den främre temporala Polen, amygdala och ventromedial prefrontal cortex5. Lohse et al.10 lägga fram en nätverksmodell där” närvaron eller frånvaron av ansikten modulerar effektiv anslutning från den tidiga visuella cortexen till occipitotemporala områden ” och bestämde också att informationsområden för ansikten, i förhållande till andra föremål, minskar i utvecklingsprosopagnosia. Specifikt fann de sämre effektiv anslutning från den tidiga visuella cortexen till den bilaterala FFA och rätt pSTS9,10. Dessa författare fann också att ämnen med utvecklingsprosopagnosia, samtidigt som de hade samma övergripande organisation av vitmaterial som kontroller i ventral temporal cortex, visade liknande atypiska egenskaper i områden relaterade till ansiktsselektiva regioner i cortex9,10.

inferior longitudinell fasciculus (ILF) och inferior frontal–occipital fasciculus (IFOF) beskrivs i tidigare verk28,29,30. Dess occipito-temporala kurs gör det till en kandidatfiber för bearbetning av ansikten. Fem olika delkomponenter i IFOF har föreslagits baserat på diffusionsspektrumbildningsfiberspårning30. Med hjälp av en kombination av traktografi och kadaverisk dissektion kunde vi bekräfta minst tre olika delkomponenter. Komponenter av ifof från lingual gyrus och inferior occipital gyrus visade sig avslutas i inferior frontal gyrus, och komponenter från cuneus visade sig avslutas i superior frontal gyrus. När det gäller ILF bekräftade vår traktografi och anatomiska dissektion närvaron av ILF-underkomponenter. I likhet med Latini kunde vi identifiera en cuneal, lingual och inferior occipital gren av ILF29. ILF och IFOF förbinder många av de ovannämnda regionerna, och studier har funnit bevis för att de också är viktiga för uppfattningen av ansikten5. Individer med medfödd prosopagnosia visar strukturella störningar av den bilaterala ILF och IFOF, inklusive låg fraktionerad anisotropi (FA) och minskad volym av rätt ILF samt minskad volym av rätt ifof5.

trots den starkt sammankopplade naturen hos detta nätverk finns det vissa bevis för att dess arrangemang inte är organiserat i en strikt seriell hierarki, så att ansiktsrelaterad information strömmar från den underlägsna occipital gyrus (IOG) till efterföljande regioner. En studie, som involverade resektion av hela IOG-ansikten såväl som de bakre 23,3% av de bakre fusiforma gyrus-ansikten, fann att de ansiktsspecifika regionerna nedströms resektionen visade anmärkningsvärd elasticitet efter operationen, vilket indikerar möjligheten till ett icke-hierarkiskt ansiktsnät med flera vägar 31. Vi planerar att utföra en mer detaljerad analys av Kanalvolymen av IFOF, ILF, tillsammans med deras delkomponenter, baserat på dessa resultat.

det finns en serie U-formade fibrer mellan den underlägsna occipital gyrus och fusiform gyrus som når nivån på den bakre temporala loben, ett resultat som rapporterats av Catani et al.32. Det finns fibrer från lingual gyrus och inferior occipital gyrus som matar in i den främre fusiforma gyrusen. Fibrerna från den underlägsna occipitala gyrusen motsvarar ett område som kallas LO (lateral occipital), som tar emot detaljer, rörelse och information från både dorsal och ventral ström för att bearbeta formen av objekt26. Den språkliga gyrusen innehåller funktionella områden relaterade till grundläggande visuell bearbetning. Detta ger trovärdighet till teorierna att ansiktsbearbetning sker från en feed-forward-mekanism från tidiga visuella bearbetningsområden (LO, V1, V2, etc.) till det fusiforma ansiktsområdet33. Adjacency av dessa anslutningar till den bakre temporala loben stöder också teorin att denna information matar in i det bakre temporala området. Dessa resultat stämmer överens med resultaten som Grill Spector et al. rapporterade om de vita substansanslutningarna i det ventrala ansiktsnätverket33. Grill-Spector et al. upptäckte hierarkiska anslutningar från den underlägsna occipital gyrus och tidiga visuella områden. Dessutom nämner deras arbete vertikala vita materialkanaler som ansluter till detta nätverk, vilket vi har bekräftat i vertical occipital fasciculus (VOF). Detta kan göra det möjligt för regioner i hela att vara en del av uppmärksamhetsnätverket att anslutas till ansiktsbehandlingsnätverket. Grill-Spector noterar också att ansiktsbehandling kan ske genom flera vägar. Vi har noterat att U-formade fibrer som löper från tidiga visuella bearbetningsområden till den främre fusiforma gyrusen. IFOF och ILF har också varit inblandade i Ansiktsbehandling. Dessutom finns det specifika områden som matar från den underlägsna occipital gyrus och lingual gyrus in i fusiform gyrus. Tillsammans visar dessa resultat att flera vägar för ansiktsbearbetning kan existera i hjärnan.

de ansiktsselektiva regionerna i fusiform gyrus har varit inblandade i andra förhållanden än prosopagnosia. Ffa-volymen har visat sig vara ungefär dubbelt så stor hos vuxna som diagnostiserats med Williams syndrom jämfört med åldersmatchade kontroller, trots att hela fusiform gyrus-regionen är mindre i Williams Syndrom34. Williams syndrom är en genetisk utvecklingsstörning som påverkar flera organsystem. I relevans för detta arbete har personer med Williams syndrom visat sig ha svårt att utföra visuella rumsliga uppgifter. Typiskt påverkar lesioner av parietalloben förmågan att utföra dessa uppgifter. Därför föreslår detta funktionella underskott hos patienter med Williams syndrom en möjlig koppling mellan fusiform gyrus och visuell-rumsliga uppgifter. Dessutom verkar neurotypiska individer ha en mer symmetrisk fusiform gyrus än de med autismspektrumstörning (ASD). En vänstersymmetri av fusiform gyrus demonstrerades oftast hos ASD-patienter, medan en minoritet av ASD-patienter med svårare symtom uppvisade atypisk högersymmetri35. Fusiform gyrus potentiella länk till Williams syndrom och ASD belyser denna regions roll i ansiktsuppfattning och relaterade funktioner.

Fusiform gyrus och andra sensoriska funktioner

fusiform gyrus ägnas inte enbart åt ansiktsbearbetning. Den vänstra occipitotemporal sulcus och regionen av fusiform gyrus som ligger bara medial till den är inblandade i lexikal bearbetning, specifikt i beräkningen av grafem beskrivning – oberoende av orientering, plats, eller teckensnitt. Att läsa skrivna ord eller pseudowords, och produktion av skrivna ord eller pseudowords medan stavning också förmedlas av dessa områden11. Skador på vänster bakre fusiform gyrus resulterar i försämringar i den visuella behandlingen av höga rumsliga frekvenser, inklusive ortografisk och icke-ortografisk bearbetning, som presenterar som ren alexia förutom visuell agnosia för föremål som presenteras vid höga rumsliga frekvenser8. Vissa individer har dock presenterat isolerad ren alexia efter att vita materialkanaler som passerar mellan vänster medial ba 37 och höger ba 37 skadades 11. Detta indikerar möjligheten att vänster medial BA 37 kanske inte är det enda området som är specifikt för en sådan grafemisk beskrivning. Detta resultat kan förklaras av VOF, som har anslutningar till den bakre fusiforma gyrusen. Skador på VOF har varit inblandade i produktionen av en ren alexia. Vi utförde kanalvolymanalys av VOF, vilket visar att höger och vänster VOF har skillnader i kanalvolym (Tabell 2). Denna breda varians i patienternas kanalvolym kan visa olika funktionella roller för VOF för patienter. VOF har tidigare beskrivits i litteraturen36,37. Dessa studier, baserade på diffusion-tensor MR-teknik, drar slutsatsen att VOF förbinder fusiform gyrus med unimodala visuella associeringskortices. Vår traktografi och anatomiska dissektion bekräftar detta resultat genom att demonstrera kopplingar i VOF mellan fusiform gyrus och cuneus. Dessutom visade vi anslutningar av VOF inom de tidigare nämnda laterala occipitala regionerna. Men andra fibrer som går genom fusiform gyrus, såsom ILF och ifof, kan också vara kandidater för lexikal bearbetning.

fusiform gyrus har också varit inblandad i grafem-färg och ton-färg synestesi, där den vänstra bakre fusiform gyrus har visat sig ha ökad gråmaterialvolym, medan den vänstra främre fusiform gyrus, liksom den vänstra MT/V5, har minskat gråmaterialvolym38. Slutligen finns det bevis för att fusiform gyrus visar selektivitet för mänskliga kroppar, åtskilda från ansikten eller verktyg6. Studier visar att minskade effektiva anslutningar i fusiform gyrus korrelerade med en kroppsstorlek felbedömningspoäng, vilket möjligen implicerar dessa regioner i utvecklingen av anorexia nervosa7.

fusiform gyrus är en viktig region som är inblandad i sådana uppgifter som visuell bearbetning av mänskliga ansikten och kroppar samt uppfattningen av stimuli med höga rumsliga frekvenser. Våra resultat bidrar till förståelsen av anatomin i denna region. En större förståelse av de strukturella och funktionella relationerna som är inneboende i denna region kan stödja kliniska framsteg inom områden som kirurgisk planering för gliomresektion och funktionell kartläggning i vakna kraniotomier. Dessutom kan postkirurgiska resultat relaterade till fusiform gyrus förstås bättre i samband med fiberbuntens anatomi som framhävs av denna studie.