< Terug naar vorige pagina
Project
Topografische organisatie van object selectieve gebieden in de visuele cortex van de makaak.
In de hersenen van een primaat wordt visuele informatie verwerkt in verschillende gebieden van de cerebrale cortex. Hoewel er meer dan 30 hogere orde visuele gebieden geïdentificeerd zijn bij makaakapen, bestaat er nog steeds onduidelijkheid over de exacte grenzen van deze gebieden en hun interne organisatie. Het opzet van deze thesis was om de gedetailleerde organisatie van de hogere orde gebieden in makaak apen te onderzoekenaan de hand van functionele beeldvorming (fMRI). Makaak-fMRI is gedurende het laatste decennium uitgegroeid tot een belangrijke techniek om de kloof te overbruggen tussen enerzijds hoge resolutie, invasieve technieken bij apen en anderzijds lage resolutie, niet-invasieve beeldvorming bij mensen. Hoe dan ook zijn technische verbeteringen voor het verhogen van de resolutie van makaak-fMRI onontbeerlijk om de gedetailleerde organisatie van de cerebrale cortex te onthullen. In het eerste deel van deze thesis ontwikkelden we nieuwe signaalreceptiespoelen, specifiek voor makaak-MRI. Vervolgens werd deze technologie toegepast in een studie omtrent de parcellatie van de visuele cortex. De parcellatie was voornamelijk gebaseerd op de interne topografische organisatie van de visuele gebieden, ook wel retinotopie genoemd. Ten slotte werd ook de overeenkomst onderzocht met andere parcellatiecriteria, gebaseerd op functionele, anatomische, en connectiegerelateerde kenmerken.
In een eerste experiment ontwikkelden en karakteriseerden we een signaalreceptiespoel met 22 kanalen, specifiek voor geanestheseerde makaken. Deze receptiespoel verhoogde significant de sensitiviteit van de meting en verkortte de meettijd, in analogie met recente ontwikkelingen voor menselijke MRI-beeldvorming. Mogelijke applicaties voor deze nieuwe signaalreceptie technologie omvatten onder meer hogeresolutie-anatomische, diffusiegewogen en functionele beeldvorming.
In een tweede studie gingen we op zoek naar eenalternatieve methode om de sensitiviteit te verhogen in fMRI-experimenten met wakkere makaken, waarbij we de afstand tussen de receptiespoel ende hersenen verkleinden. Een receptiespoel met 8 kanalen werd chronischgeïmplanteerd bovenop de schedel van een aap. In vivo metingen resulteerden in een significante verhoging van de sensitiviteit bij gebruik van de geïmplanteerde spoelen. Deze resultaten suggereren dat een stabiele geïmplanteerde spoel kan gebruikt worden om de fMRI-beeldresolutie substantieel te verhogen.
In het tweede deel van deze thesis werd de technologie omtrent multikanaalsspoelen toegepast in hoge resolutie functionele experimenten. In een eerste fase onderzochten we de omvang van de retinotopische organisatie in de occipitale en temporale cortex en vergeleken we deze organisatie met de locatie van de gezichtsgebieden aan de hand van fMRI. De gezichtsgebieden zijn gebieden in de cerebrale cortex die sterker geactiveerd worden door gezichten dan door niet-gezichtobjecten. Ze vormen een speciale microkosmos voor objectherkenning. Onze resultaten toonden aan dat de retinotopische organisatie tot diep in de temporale cortex aanwezig is. Tevens vonden we een graduele afname van de retinotopische organisatie rond de locatie van de posterieure en midden-temporale gezichtsgebieden. In de anterieur-temporale en prefrontale gezichtsgebieden werd geen retinotopische organisatie teruggevonden. De resultaten onderbouwen de hypothese dat de verschillende gezichtsgebieden functioneel gesegregeerd en georganiseerd zijn volgens een hiërarchische orde.
In de laatste studie van deze thesis werd de geïmplanteerdespoeltechnologie gebruikt voor de parcellatie van de visuele gebieden in de posterieure pariëtale cortex aan de hand van ultra-hoge resolutie fMRI. Een consistente interne retinotopische organisatie werd ontdekt in de gebieden PIP en CIP, die samen een complete visuele veldmapcluster vormen, en het gebied LIP. Een onafhankelijke connectiviteits-gebaseerde parcellatie, aan de hand van diffusiegewogen MRI, leidde tot een zeer gelijkaardige parcellatie als de retinotopie. Verder kon de splitsing tussen gebied LIP en de posterieure visuele veldmapcluster geproduceerd worden door myelinisatie mappen. Ten slotte bevestigde de functionele lokalisatie van beweging- en vormgerelateerde hersenactiviteit dat de geobserveerde gebieden overeenstemmen met eerdere gerapporteerde functionele experimenten. Deze studie van ultrahogeresolutie-MRI combineerde - voor de eerste maal - alle vier hoofdcriteria voor de corticale parcellatie in vivo en in dezelfde subjecten. De verschillende technieken leidden tot éénzelfde consistente definitie voor ten minste drie visuele gebieden in deposterieure pariëtale cortex (LIP, CIP en PIP).
Samengevat illustreren de resultaten in deze thesis de potentiële waarde van de multikanaalsspoeltechnologie specifiek ontworpen voor makaak MRI. We toonden aandat hogeresolutiemakaak-MRI gebruikt kan worden voor de studie van de gedetailleerde eigenschappen van de hogere orde visuele gebieden en dat het gebruik van multimodale-MRI-technieken kan leiden tot het wegwerken van de tegenstrijdigheden in de parcellatie van de visuele cortex tussen verschillende studies en technieken.
In een eerste experiment ontwikkelden en karakteriseerden we een signaalreceptiespoel met 22 kanalen, specifiek voor geanestheseerde makaken. Deze receptiespoel verhoogde significant de sensitiviteit van de meting en verkortte de meettijd, in analogie met recente ontwikkelingen voor menselijke MRI-beeldvorming. Mogelijke applicaties voor deze nieuwe signaalreceptie technologie omvatten onder meer hogeresolutie-anatomische, diffusiegewogen en functionele beeldvorming.
In een tweede studie gingen we op zoek naar eenalternatieve methode om de sensitiviteit te verhogen in fMRI-experimenten met wakkere makaken, waarbij we de afstand tussen de receptiespoel ende hersenen verkleinden. Een receptiespoel met 8 kanalen werd chronischgeïmplanteerd bovenop de schedel van een aap. In vivo metingen resulteerden in een significante verhoging van de sensitiviteit bij gebruik van de geïmplanteerde spoelen. Deze resultaten suggereren dat een stabiele geïmplanteerde spoel kan gebruikt worden om de fMRI-beeldresolutie substantieel te verhogen.
In het tweede deel van deze thesis werd de technologie omtrent multikanaalsspoelen toegepast in hoge resolutie functionele experimenten. In een eerste fase onderzochten we de omvang van de retinotopische organisatie in de occipitale en temporale cortex en vergeleken we deze organisatie met de locatie van de gezichtsgebieden aan de hand van fMRI. De gezichtsgebieden zijn gebieden in de cerebrale cortex die sterker geactiveerd worden door gezichten dan door niet-gezichtobjecten. Ze vormen een speciale microkosmos voor objectherkenning. Onze resultaten toonden aan dat de retinotopische organisatie tot diep in de temporale cortex aanwezig is. Tevens vonden we een graduele afname van de retinotopische organisatie rond de locatie van de posterieure en midden-temporale gezichtsgebieden. In de anterieur-temporale en prefrontale gezichtsgebieden werd geen retinotopische organisatie teruggevonden. De resultaten onderbouwen de hypothese dat de verschillende gezichtsgebieden functioneel gesegregeerd en georganiseerd zijn volgens een hiërarchische orde.
In de laatste studie van deze thesis werd de geïmplanteerdespoeltechnologie gebruikt voor de parcellatie van de visuele gebieden in de posterieure pariëtale cortex aan de hand van ultra-hoge resolutie fMRI. Een consistente interne retinotopische organisatie werd ontdekt in de gebieden PIP en CIP, die samen een complete visuele veldmapcluster vormen, en het gebied LIP. Een onafhankelijke connectiviteits-gebaseerde parcellatie, aan de hand van diffusiegewogen MRI, leidde tot een zeer gelijkaardige parcellatie als de retinotopie. Verder kon de splitsing tussen gebied LIP en de posterieure visuele veldmapcluster geproduceerd worden door myelinisatie mappen. Ten slotte bevestigde de functionele lokalisatie van beweging- en vormgerelateerde hersenactiviteit dat de geobserveerde gebieden overeenstemmen met eerdere gerapporteerde functionele experimenten. Deze studie van ultrahogeresolutie-MRI combineerde - voor de eerste maal - alle vier hoofdcriteria voor de corticale parcellatie in vivo en in dezelfde subjecten. De verschillende technieken leidden tot éénzelfde consistente definitie voor ten minste drie visuele gebieden in deposterieure pariëtale cortex (LIP, CIP en PIP).
Samengevat illustreren de resultaten in deze thesis de potentiële waarde van de multikanaalsspoeltechnologie specifiek ontworpen voor makaak MRI. We toonden aandat hogeresolutiemakaak-MRI gebruikt kan worden voor de studie van de gedetailleerde eigenschappen van de hogere orde visuele gebieden en dat het gebruik van multimodale-MRI-technieken kan leiden tot het wegwerken van de tegenstrijdigheden in de parcellatie van de visuele cortex tussen verschillende studies en technieken.
Datum:1 okt 2009 → 2 okt 2013
Trefwoorden:Topographical organization, visual cortex, macaque monkey
Disciplines:Neurowetenschappen, Biologische en fysiologische psychologie, Cognitieve wetenschappen en intelligente systemen, Ontwikkelingspsychologie en veroudering
Project type:PhD project