Functionele MRI methoden voor de Basale Kernen -- een vergelijkende studie in paradigma's en analyse methoden

De basale kernen (BK) zijn structuren die in centrale gebieden van de hersenen
liggen en vormen een centraal gedeelte in een netwerk. Ze hebben verbindingen
met coricale gebieden en spelen een belangrijke rol in initiatie, alteratie of
inhibitie van bewegingen. Bovendien spelen ze een rol in aanpassing aan nieuwe
omstandigheden, het leren van een nieuwe cognitieve of motorische vaardigheid,
en acties gerelateerd aan beloning. De BK bestaan uit met elkaar verbonden
structuren, zoals de Globus Pallidus (GP), de Substantia Nigra (SN), Putamen,
Cautate Nucleus (CN), Sub Thalamic Nucleus (STN) en de Thalamus. Verkeerd
functioneren van dit netwerk kan de oorzaak zijn van Parkinsonise of dystonie.

Functionele MRI is een techniek om hersenactiviteit te meten. Het staat toe om
activiteit te meten in bijvoorbeeld de BK. Het hangt af van kleine verschillen
in beeldintensiteit van repetitieve scans, veroorzaakt door cognitieve
processen. Deze functionele EPI scans worden elke twee tot drie seconden
genomen. Bovendien wordt er tijdens een fMRI meting een anatomische T1 scan
genomen.

Met functionele MRI bestaat er geen vooraf vastgestelde methodologie, en de
keuze van de gebruikte methode ligt bij de onderzoeker. De meest belangrijke
keuzes ligt bij de taken die de proefpersoon moet uitvoeren als deze in de
scanner ligt. Deze, en andere keuzes in de analysemethode bepalen de
uiteindelijke resultaten.

Functionele MRI op de BK wordt moeilijker gemaakt door drie hoofdredenen die
het functionele signaal verminderen:

1. De BK zijn klein in verhouding met de -typische gebruikte- voxel grootte.
2. The BK hebben meer ijzer in zich, wat interfereert met het contrast dat
gebruikt wordt met fMRI.
3. Ventrikels rondom de BK vervormen het magneetveld, wat een vervorming als
gevolg heeft. Deze vervorming verstoort het signaal.

Het eerste doel van dit onderzoek is om het effect van het gebruik van
verschillende paradigma's en analyse methoden te onderzoeken. Het tweede doel
is het bepalen van de meest optimale paradigma's en onderzoeks methoden om
vervolgonderzoek mee te doen op patienten met bewegingsstoornissen.

Scanner details
Een hoge resultie van 128x128 wordt gebruikt. Dit geeft kleinere voxels om te
compenseren voor de kleine grootte van de BK. Met een speciale sequentie wordt
er een magnetische veld map opgenomen, met welke een correctie is toe te passen
op de vervormingen als gevolg van de nabijgelegen ventrikels.


Paradigma's
Vier verschillende paradigma's zullen worden gebruikt, die zijn gekozen met het
ook om activiteit in de BK teweeg te brengen. Elk paradigma duurt ongeveer 15
minuten.

1. Serial Reaction Time (SRT). Dit is een cognitieve taak die onderzoekt wat
fmri respons is van impliciet leren. Een vorige studie geeft aan dat deze taak
BK activiteit geeft.

2. Go-NoGo. De Go-noGo is een motorische inhibitie taak. Local Field Potential
(LFP) opnames met intracerecrale electronen in de STN en de GP tonen een
verschillende elektrische potentiaal wanneer patienten een motor taak moeten
inhiberen. Deze taak zal worden overgebracht naar een fMRI setting.

3. 'Cognitive' Switch Taak. Dit is een cognitieve taak die de neurale
correlaten meet van het wisselen tussen twee opdrachten, namelijk het
identificeren van kleuren en letters. Een voorgaande studie had aangetoond dat
deze taak grote BK activiteit geeft.

4. Fingertap-Switch Taak. Hierbij worden verschillende motorische taken van de
handen afgewisseld. Activaties zullen worden onderzocht als gevolg van het
uitvoeren van een bepaalde taak, alsmede het switchen tussen de verschillende
taken.

nvt