Agyatlaszok

Michelangelo: Ádám teremtése Pons : híd Spinal cord: gerincvelő Pituitary gland: pajzsmirigy Pituitary gland: hipofízis

Az emberi agy Kb. 1300 g 1 – 10 milliárd idegsejt Elő, közép és utóagy Agytörzs Kisagy Köztiagy Agykéreg Fehér, és szürkeállomány Nagyagy: érzékelés központja Kisagy: mozgás koordináció, egyensúly Köztiagy: hőszabályozás Agytörzs: légzés, szívverés Agykéreg: magasrendű működések, limibikus rendszer

Sztereotaxiális koordinátarendszer mm - ben kifejezett koordináták A Talairach-féle sztereotaxiás koordináta-rendszer. A rendszer fő tengelye az agy két jellegzetes struktúráját, az első és a hátsó komisszurát (commissura anterior - commissura posterior) összekötő tengely (y tengely), melyre merőlegesen helyezkedik el a rendszer két másik fő tengelye (x és z). Az egyes agyi struktúrák helye megadható mm-ben vagy az agyra illesztett térháló elemeinek koordinátáival (pl. E-8-c). Az ábrákon az agy hátul-, oldal-, illetve felül nézetből látható; a kontúrok az agy legnagyobb keresztmetszeti képeit jelölik. A felső és jobb oldali keretek melletti számok mm-ben adják meg az átlagos emberi agy méreteit. A jobb alsó képelemen a Talairach-féle háromdimenziós proporcionális térrács látható, amelybe - aktuális nagyságtól és formától függetlenül - minden agy beilleszthető, s így az agyon belüli struktúrához a rácsrendszer egy-egy téreleme rendelhető

Talairach atlasz Post mortem metszetképek Átlagosnak tekintett, egészséges 60 éves férfi Könyv formában 1983 Talairach-féle koordináta rendszer

Nukleáris képalkotó eljárások Komputer tomográfia ( CT ) Gamma kamera (SPECT) Pozitron emissziós tomográf (PET) Compton kamera Mágneses rezonanciás kép - alkotás (MRI: T1, T2, fMRI ) … Funkcionális… In Vivo !!!!

? Problémák Összehasonlítás Ezen problémák miatt lett szükség az agyatlaszokra. ? Individum összevetése a Talairach - atlasszal

Geometria Transzformációk: - eltolás - forgatás - nyírás - skálázás, nyújtás Regisztráció Standarizálás Regisztráció: optimalizációs eljárás, azt a geometriai transzformációt keresi, mely a legjobban fedésbe hozza a két képet Standardizálás: a refenciaképnek a standardhez, templáthoz történő illesztése

Korai agyatlaszok regisztráció Viszonylag kevés alany Atlasz struktúra – funkció 3D : coronal, axial, sagittal Karolinska Institute Human Brain Atlas ( HBA ) (templát: 1 konkrét agy post mortem feldolgozása) -Montreal Neurological Institute MNI (305 fiatal alany MRI T1 felvétele)

Hátrányok Problémák: merev rugalmatlan rendszert kapunk Többféle koordináta rendszer az individumok közötti varianciára vonatkozó információk elvesznek szeretnénk komplex információkat kapni az egész emberi fajra vonatkozóan (populációs tényezők)

Neurológia rengeteg kutatás, 13000 prezentáció évente Részterületekre bomlás => kellene egy egységes referenciarendszer Hatalmas feldolgozandó anyagmennyiség Információ technológiai problémák Hasonló helyzet, mint pár éve a genetikában => komplex adatbázisrendszer létrehozása

Modern agyatlaszok regisztráció adatbázisrendszer Valószínüségi agyatlasz Sok alany, egyéb információk PL.: Whole Brain Atlas (Harvard) Allen Brain Atlas (Genom-wide mouse brain atlas) The Human Brain Atlas Michigan ICBM Atlas (UCLA LONI) 

International Consortium for Brain Mapping (ICBM) Valószínüségi atlasz: - alanyok közti különbségek - demográfiai, klinikai és genetikai adatok - adatbázis szemlélet - voxel alapú - szubpopulációk - 3 térbrli nézet coronal, axial, sagittal

Valószínűségi Atlasz Vizualizációs area, primer, szekunder 0 – 100% Düsseldorf 10 alany  1 referencia MRT képek, standardizálás A szín azt mutatja, hogy az adott voxel hány alany esetén tartozott az areahoz.

Mintavétel Nagy populáció használata: mintavétel: - 7000 normális alany (171 ikerpár) - nagy etnikai változatosság - 18 – 90 Adatok gyűjtése: - MRI mindenkinek, fMRI, PET … - egészségügyi, pszichológiai adatok - oktatás - DNS minták gyűjtése (5800 esetben) - viselkedés, étkezési szokások, család

Az ICBM Brain Atlas felépítése

Szervezés A konzorcium tagjai: 7 ország 9 laboratóriuma Konzisztencia Problémamegoldás menete

Warping, segmentation AIR DISPLAY INSECT ANIMAL DISPLAY: voxelek megcímkézése, interaktív 3D-s bejárás INSECT: szövet azonosítás (pl. szürke, v fehérállomány), MRI alapján , intenzitás korrekció ANIMAL: automatikus címkézés, illeszti a képet a már címkézetthez, 3D deformációs mezőt képez…

4D atlasz Időbeli információk Életkor: 18 – 90 Agyi folyamatok időbelisége: MRI, EEG Újabb réteg: pl.: receptor density, blood flow changes, …

Adatbázis tervezése Még nem készült el az átfogó adatbázis Tervek: - voxelalapú, 3D adatbázis, + 4. Dimenzó - elektronikus elérhetőség - lekérdezések, keresések az aktuális formának megfelelően ( 2D image, 3D block, …) Ez bonyolult információ technológiai probléma ( pl.: voxel: 1mm3  mikroszkópikus, szövettani információk beillesztése)

ICBM Probabilistic Brain Atlas and Reference System

Agyatlaszok állatoknak Egér (pl. harvard) Majom ( Brainmuseum) Delfin Alkalmazás: farmakológiai kísérletek

Mire jó tehát az Agyatlasz? Klinikai kutatások Populációs információk Betegségek lefolyásának vizsgálata normál, és kísérleti körülmények között (Alzheimer, autizmus, skrizofrénia, szklerózis multiplex) Egységes referencia az agykutatás területén A struktúra és a funkció kapocsolatának feltérképezése Új neurobiológiai információk