Ein multimodaler Ansatz zur in vivo-Kartierung sogenannter U‑Fasern in der frühen visuellen Signalverarbeitung beim Menschen
Kurze kortiko-kortikale Assoziationsfasern (U‑Fasern) sind Fasern, die direkt unter der kortikalen grauen Substanz in der oberflächennahen weißen Substanz verlaufen und benachbarte kortikale Areale verbinden. Die U‑Fasern spielen eine wichtige Rolle bei der Entwicklung, Funktion und Pathologie des Gehirns; allerdings sind sie in aktuellen Kartierungen aller Verbindungen des menschlichen Gehirns (sogen. Konnektom) unterrepräsentiert. Eine vollständigere Darstellung des Konnektoms des menschlichen Gehirns kann durch eine zuverlässigere Kartierung der U‑Fasern erreicht werden. Dies erfordert jedoch eine hochqualitative in vivo-Diffusions-Magnet¬resonanztomographie (MRT) mit einer Auflösung von weniger als einem Millimeter, spezielle Faser- und Traktographiemodelle sowie eine geeignete Validierung.
Für die Kartierung der U-Faser-Konnektivität haben wir mit einem 3T Connectom-MRT-Scanner (Siemens Healthineers, Erlangen, Deutschland), der mit Hochleistungsgradienten (300 mT/m maximale Gradientenamplitude) ausgestattet ist, einen in vivo-Diffusions-MRT-Datensatz mit einer Auflösung von weniger als 1 mm aufgenommen. Eine gezielte Validierung erfolgte durch Kartierung der U‑Faser-Konnektivität zwischen primärer und sekundärer Sehrinde (V1 bzw. V2), von der bekannt ist, dass sie retinotopisch organisiert ist. Es erwies sich, dass unsere Karten der U‑Faser-Konnektivität in der Tat retinotopisch organisiert sind, d. h. Verbindungen zwischen korrespondierenden retinotopischen Regionen von V1 und V2 sind stärker als Verbindungen zwischen nicht-retinotopischen Bereichen.
Diese Proof-of-Concept-Studie zeigt, dass eine zuverlässige Kartierung der U‑Faser-Konnek¬tivität in vivo möglich ist. Wir sind überzeugt, dass unser gegenwärtiger Forschungsansatz - die Kombination unterschiedlicher MRT-Modalitäten zur Kartierung und Validierung von U‑Fasern - ein wichtiger Schritt zu einer vollständigeren Darstellung des Konnektoms im menschlichen Gehirn ist.
Publikationen:
Movahedian Attar F, Kirilina E, Haenelt D, Trampel R, Edwards L J, Weiskopf N. 2020. Mapping Short Association Fibers in the Early Cortical Visual Processing Stream Using In Vivo Diffusion Tractography. Cerebral Cortex. doi: 10.1093/cercor/bhaa049