Tractografi baserad på diffusionsvägd MRI (DWI) används i stor utsträckning för att kartlägga den mänskliga hjärnans strukturella kopplingar. Dess noggrannhet är känd för att begränsas av tekniska faktorer som påverkar in vivo datainsamling, såsom buller, artefakter, och data undersampling till följd av scan tidsbegränsningar. Det antas i allmänhet att förbättringar i datakvaliteten och genomförandet av sofistikerade ractografi metoder kommer att leda till allt mer exakta kartor över mänskliga anatomiska anslutningar. Det är emellertid svårt att bedöma DWI:s anatomiska exakthet på grund av bristen på oberoende kunskap om de sanna anatomiska sambanden hos människor. Här undersöker vi framtidsutsikterna för DWI-baserad konnektivitetsavbildning genom att tillämpa avancerade traktatografimetoder på en DWI-datauppsättning ex vivo i macaquehjärnan. Resultaten av olika patologiska metoder jämfördes med kartor över kända axonala projektioner från tidigare spårämnesstudier i macaque. Trots den exceptionella kvaliteten på DWI-data visade ingen av metoderna hög anatomisk noggrannhet. De metoder som visade den högsta känsligheten visade den lägsta specificiteten, och vice versa. Dessutom var anatomisk noggrannhet i hög grad beroende av parametrarna i ractografialgoritmen, med olika optimala värden för att kartlägga olika banor. Dessa resultat tyder på att det finns en inneboende begränsning i att bestämma långdistans anatomiska prognoser baserat på voxelgenomsnittliga uppskattningar av lokal fiberorientering som erhållits från DWI data som sannolikt inte kommer att övervinnas genom förbättringar enbart i datainsamling och analys. diffusions-MRT-tractography  på vitt material, spårämne, validering T han skapande av en omfattande karta över den uppkopplade neuroanatomin i den mänskliga hjärnan skulle vara en grundläggande prestation i neurovetenskap. Trots de många ansträngningar som hittills gjorts (för en historisk översikt, se ref. 1), att skapa denna karta är fortfarande en utmaning. En stor begränsning är att den nuvarande guldstandardtekniken för kartläggning av strukturella anslutningar, som kräver injektion av axonala spårämnen, inte kan användas på människor. Införandet av diffusionsvägd MRT (DWI) (2-4) och den efterföljande tillkomsten av diffusion tensor MRT (DTI) (5) öppnade möjligheten att undersöka de strukturella egenskaperna hos vit materia i den levande mänskliga hjärnan (6). Lokala DWI-åtgärder används kliniskt för tidig upptäckt av stroke och för karakterisering av neurologiska störningar såsom multipel skleros, epilepsi och hjärngliom, bland annat (7). Dessutom har man utvecklat traktatografi (8-12) som kan leda till strukturell hjärnkonnektivitet baserad på hjärnomfattande lokala DWI-mätningar (för granskningar, se refs. 13 och 14). Framgången med DWI-dragografi som en metod för att studera fiberbanor har lett till en systematisk karakterisering av stora vita-materia vägar i den levande mänskliga hjärnan (t.ex., ref. 15), och nu används det rutinmässigt för att ge en strukturell förklaring till aspekter av människans hjärnfunktion (16). En stor begränsning av DWI-tractografi är att dess karakterisering av axonala vägar baseras på indirekt information och många antaganden. Lokala vitsubstansorienteringsprofiler är baserade på den statistiska förskjutningsprofilen (dvs. diffusionsförökare) av vattenmolekyler i hjärnvävnad på grov skala av en voxel, och fiberbanor härleds utifrån adjacensen av liknande diffusionsprofiler. Detta tillvägagångssätt skiljer sig i grunden från konventionella dragkedja metoder hos djur, som innebär fysisk transport av spårbara molekyler genom cellernas axoplasma över ett stort avstånd. Eftersom dessa molekyler upptar positioner inom axon, är det ibland möjligt att rekonstruera banan av enskilda neuroner genom den vita materian (t.ex., ref. Detta anslag är avsett att täcka utgifter för studier, möten med experter, möten med experter, möten med experter, möten med experter, möten med experter, möten med experter, möten med experter, möten med experter, möten med experter och experter samt andra administrativa utgifter. Med tanke på DWI:s inneboende grovhet kan det hävdas att möjligheten att använda denna metod för att korrekt rekonstruera komplexa axonala banor i den mänskliga hjärnan, på ett sätt som liknar det som används för molekylära spårämnen hos djur, sannolikt är problematisk. Faktum är att begränsningarna av DWI-tractography-tekniker har noterats sedan starten (8), och den anatomiska noggrannheten hos resultat från tractography baserade på tensor-modellen har visat sig vara blandad (18). Denna inkorrekthet har tillskrivits två huvudfaktorer. Den första gäller de antaganden som ligger till grund för algoritmer för athrateografi. Till exempel har det länge varit känt att en enkel tensormodell (19) av lokal spridning leder till problem i vissa vita materia regioner där fibrer korsar inom enskilda voxlar. Som ett botemedel, hög vinkelupplösning diffusion avbildning (HARDI) metoder (t.ex., refs. 20-24) har utvecklats för att möjliggöra en bättre karakterisering av diffusionsförskjutningsprofilen och för att förbättra exaktheten i traktografin. Den andra faktorn som begränsar noggrannheten beror på den låga kvaliteten på kliniska DWI-data på grund av olika bullerkällor. Eddy strömförvrängningar, Significance Diffusion-viktad MRT (DWI) traktatografi används i stor utsträckning för att kartlägga strukturella anslutningar av den mänskliga hjärnan in vivo och har antagits genom storskaliga initiativ såsom den mänskliga connectome projektet. Våra resultat visar att även med högkvalitativa data, DWI traktatografi ensam är osannolikt att ge en anatomiskt korrekt karta över hjärnan connectome. Det är viktigt att komplettera traktografi resultat med en kombination av histologiska eller neurofysiologiska metoder för att kartlägga strukturella konnektivitet korrekt. Våra fynd minskar dock inte betydelsen av diffusion MRI som ett icke-invasivt verktyg som erbjuder viktiga kvantitativa åtgärder relaterade till hjärnvävnad mikrostruktur och vit materia arkitektur.
I hjärnnätverk kan inte ens de mest avancerade formerna av avbildning ge en exakt eller fullständig beskrivning av strukturell konnektivitet, se exempelvis REF.
Anatomical accuracy of brain connections derived from diffusion MRI tractography is inherently limited
{'venue': 'Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America', 'journal': 'Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America', 'mag_field_of_study': ['Medicine', 'Psychology']}