Skip to main content
Erschienen in: Brain Structure and Function 9/2018

17.09.2018 | Original Article

Whole mouse brain structural connectomics using magnetic resonance histology

verfasst von: Nian Wang, Robert J. Anderson, Alexandra Badea, Gary Cofer, Russell Dibb, Yi Qi, G. Allan Johnson

Erschienen in: Brain Structure and Function | Ausgabe 9/2018

Einloggen, um Zugang zu erhalten

Abstract

Diffusion tensor histology holds great promise for quantitative characterization of structural connectivity in mouse models of neurological and psychiatric conditions. There has been extensive study in both the clinical and preclinical domains on the complex tradeoffs between the spatial resolution, the number of samples in diffusion q-space, scan time, and the reliability of the resultant data. We describe here a method for accelerating the acquisition of diffusion MRI data to support quantitative connectivity measurements in the whole mouse brain using compressed sensing (CS). The use of CS allows substantial increase in spatial resolution and/or reduction in scan time. Compared to the fully sampled results at the same scan time, the subtle anatomical details of the brain, such as cortical layers, dentate gyrus, and cerebellum, were better visualized using CS due to the higher spatial resolution. Compared to the fully sampled results at the same spatial resolution, the scalar diffusion metrics, including fractional anisotropy (FA) and mean diffusivity (MD), showed consistently low error across the whole brain (< 6.0%) even with 8.0 times acceleration. The node properties of connectivity (strength, cluster coefficient, eigenvector centrality, and local efficiency) demonstrated correlation of better than 95.0% between accelerated and fully sampled connectomes. The acceleration will enable routine application of this technology to a wide range of mouse models of neurologic diseases.
Anhänge
Nur mit Berechtigung zugänglich
Literatur
Zurück zum Zitat Baldoli C, Scola E, Della Rosa PA, Pontesilli S, Longaretti R, Poloniato A, Scotti R, Blasi V, Cirillo S, Iadanza A, Rovelli R, Barera G, Scifo P (2015) Maturation of preterm newborn brains: a fMRI-DTI study of auditory processing of linguistic stimuli and white matter development. Brain Struct Funct 220(6):3733–3751. https://doi.org/10.1007/s00429-014-0887-5 CrossRefPubMed Baldoli C, Scola E, Della Rosa PA, Pontesilli S, Longaretti R, Poloniato A, Scotti R, Blasi V, Cirillo S, Iadanza A, Rovelli R, Barera G, Scifo P (2015) Maturation of preterm newborn brains: a fMRI-DTI study of auditory processing of linguistic stimuli and white matter development. Brain Struct Funct 220(6):3733–3751. https://​doi.​org/​10.​1007/​s00429-014-0887-5 CrossRefPubMed
Zurück zum Zitat Bargmann CI, Marder E (2013) From the connectome to brain function. Nat Methods 10(6):483–490CrossRef Bargmann CI, Marder E (2013) From the connectome to brain function. Nat Methods 10(6):483–490CrossRef
Zurück zum Zitat Maier-Hein KH, Neher PF, Houde JC, Cote MA, Garyfallidis E, Zhong J, Chamberland M, Yeh FC, Lin YC, Ji Q, Reddick WE, Glass JO, Chen DQ, Feng Y, Gao C, Wu Y, Ma J, Renjie H, Li Q, Westin CF, Deslauriers-Gauthier S, Gonzalez JOO, Paquette M, St-Jean S, Girard G, Rheault F, Sidhu J, Tax CMW, Guo F, Mesri HY, David S, Froeling M, Heemskerk AM, Leemans A, Bore A, Pinsard B, Bedetti C, Desrosiers M, Brambati S, Doyon J, Sarica A, Vasta R, Cerasa A, Quattrone A, Yeatman J, Khan AR, Hodges W, Alexander S, Romascano D, Barakovic M, Auria A, Esteban O, Lemkaddem A, Thiran JP, Cetingul HE, Odry BL, Mailhe B, Nadar MS, Pizzagalli F, Prasad G, Villalon-Reina JE, Galvis J, Thompson PM, Requejo FS, Laguna PL, Lacerda LM, Barrett R, Dell’Acqua F, Catani M, Petit L, Caruyer E, Daducci A, Dyrby TB, Holland-Letz T, Hilgetag CC, Stieltjes B, Descoteaux M (2017) The challenge of mapping the human connectome based on diffusion tractography. Nat Commun 8(1):1349. https://doi.org/10.1038/s41467-017-01285-x CrossRefPubMedPubMedCentral Maier-Hein KH, Neher PF, Houde JC, Cote MA, Garyfallidis E, Zhong J, Chamberland M, Yeh FC, Lin YC, Ji Q, Reddick WE, Glass JO, Chen DQ, Feng Y, Gao C, Wu Y, Ma J, Renjie H, Li Q, Westin CF, Deslauriers-Gauthier S, Gonzalez JOO, Paquette M, St-Jean S, Girard G, Rheault F, Sidhu J, Tax CMW, Guo F, Mesri HY, David S, Froeling M, Heemskerk AM, Leemans A, Bore A, Pinsard B, Bedetti C, Desrosiers M, Brambati S, Doyon J, Sarica A, Vasta R, Cerasa A, Quattrone A, Yeatman J, Khan AR, Hodges W, Alexander S, Romascano D, Barakovic M, Auria A, Esteban O, Lemkaddem A, Thiran JP, Cetingul HE, Odry BL, Mailhe B, Nadar MS, Pizzagalli F, Prasad G, Villalon-Reina JE, Galvis J, Thompson PM, Requejo FS, Laguna PL, Lacerda LM, Barrett R, Dell’Acqua F, Catani M, Petit L, Caruyer E, Daducci A, Dyrby TB, Holland-Letz T, Hilgetag CC, Stieltjes B, Descoteaux M (2017) The challenge of mapping the human connectome based on diffusion tractography. Nat Commun 8(1):1349. https://​doi.​org/​10.​1038/​s41467-017-01285-x CrossRefPubMedPubMedCentral
Zurück zum Zitat Oh SW, Harris JA, Ng L, Winslow B, Cain N, Mihalas S, Wang Q, Lau C, Kuan L, Henry AM, Mortrud MT, Ouellette B, Nguyen TN, Sorensen SA, Slaughterbeck CR, Wakeman W, Li Y, Feng D, Ho A, Nicholas E, Hirokawa KE, Bohn P, Joines KM, Peng H, Hawrylycz MJ, Phillips JW, Hohmann JG, Wohnoutka P, Gerfen CR, Koch C, Bernard A, Dang C, Jones AR, Zeng H (2014) A mesoscale connectome of the mouse brain. Nature 508(7495):207–214. https://doi.org/10.1038/nature13186 CrossRefPubMedPubMedCentral Oh SW, Harris JA, Ng L, Winslow B, Cain N, Mihalas S, Wang Q, Lau C, Kuan L, Henry AM, Mortrud MT, Ouellette B, Nguyen TN, Sorensen SA, Slaughterbeck CR, Wakeman W, Li Y, Feng D, Ho A, Nicholas E, Hirokawa KE, Bohn P, Joines KM, Peng H, Hawrylycz MJ, Phillips JW, Hohmann JG, Wohnoutka P, Gerfen CR, Koch C, Bernard A, Dang C, Jones AR, Zeng H (2014) A mesoscale connectome of the mouse brain. Nature 508(7495):207–214. https://​doi.​org/​10.​1038/​nature13186 CrossRefPubMedPubMedCentral
Zurück zum Zitat Pandit AS, Robinson E, Aljabar P, Ball G, Gousias IS, Wang Z, Hajnal JV, Rueckert D, Counsell SJ, Montana G, Edwards AD (2014) Whole-brain mapping of structural connectivity in infants reveals altered connection strength associated with growth and preterm birth. Cereb Cortex 24(9):2324–2333. https://doi.org/10.1093/cercor/bht086 CrossRefPubMed Pandit AS, Robinson E, Aljabar P, Ball G, Gousias IS, Wang Z, Hajnal JV, Rueckert D, Counsell SJ, Montana G, Edwards AD (2014) Whole-brain mapping of structural connectivity in infants reveals altered connection strength associated with growth and preterm birth. Cereb Cortex 24(9):2324–2333. https://​doi.​org/​10.​1093/​cercor/​bht086 CrossRefPubMed
Metadaten
Titel
Whole mouse brain structural connectomics using magnetic resonance histology
verfasst von
Nian Wang
Robert J. Anderson
Alexandra Badea
Gary Cofer
Russell Dibb
Yi Qi
G. Allan Johnson
Publikationsdatum
17.09.2018
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Brain Structure and Function / Ausgabe 9/2018
Print ISSN: 1863-2653
Elektronische ISSN: 1863-2661
DOI
https://doi.org/10.1007/s00429-018-1750-x

Weitere Artikel der Ausgabe 9/2018

Brain Structure and Function 9/2018 Zur Ausgabe

Leitlinien kompakt für die Neurologie

Mit medbee Pocketcards sicher entscheiden.

Seit 2022 gehört die medbee GmbH zum Springer Medizin Verlag

Stuhltransfusion könnte Fortschreiten von Parkinson-Symptomen bremsen

03.05.2024 Parkinson-Krankheit Nachrichten

Kann eine frühzeitige Stuhltransplantation das Fortschreiten von Parkinson-Symptomen verlangsamen? Die Ergebnisse einer randomisierten Phase-2-Studie scheinen dafür zu sprechen.

Frühe Tranexamsäure-Therapie nützt wenig bei Hirnblutungen

02.05.2024 Hirnblutung Nachrichten

Erhalten Personen mit einer spontanen Hirnblutung innerhalb von zwei Stunden nach Symptombeginn eine Tranexamsäure-Therapie, kann dies weder die Hämatomexpansion eindämmen noch die Mortalität senken.

Sind Frauen die fähigeren Ärzte?

30.04.2024 Gendermedizin Nachrichten

Patienten, die von Ärztinnen behandelt werden, dürfen offenbar auf bessere Therapieergebnisse hoffen als Patienten von Ärzten. Besonders scheint das auf weibliche Kranke zuzutreffen, wie eine Studie zeigt.

Akuter Schwindel: Wann lohnt sich eine MRT?

28.04.2024 Schwindel Nachrichten

Akuter Schwindel stellt oft eine diagnostische Herausforderung dar. Wie nützlich dabei eine MRT ist, hat eine Studie aus Finnland untersucht. Immerhin einer von sechs Patienten wurde mit akutem ischämischem Schlaganfall diagnostiziert.

Update Neurologie

Bestellen Sie unseren Fach-Newsletter und bleiben Sie gut informiert.