Tracking connections between striatum, and frontal and motor cortices using diffusion tensor imaging and tractography

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Sähkötekniikan korkeakoulu | Master's thesis
Date
2016-10-31
Department
Major/Subject
Laskennallinen ja kognitiivinen biotiede
Mcode
IL3003
Degree programme
Bioinformaatioteknologia
Language
en
Pages
63+7
Series
Abstract
The striatum contributes to several motor and executive functions, such as preparation for and execution of movement, and control of goal-directed and habitual behavior. While the connections between the striatum and cortex have been extensively studied in animals, the routes and locations of the anatomical pathways in humans have been the focus of only a handful of experiments. In this thesis, the anatomical connections between the striatum (the caudate nucleus and putamen), and the frontal areas (the dorsolateral and ventrolateral prefrontal cortex) and the motor areas (the primary motor cortex, premotor cortex, supplementary motor area and presupplementary motor area) were tracked using diffusion tensor imaging (DTI) and tractography. Both the individual tracts and population maps of the connections at the group level were calculated. The found tracts held the same general shape in the different hemispheres and individuals, but the exact locations of the cortical connections and the routes of the tracts varied. This was especially notable in the tracts between the putamen and premotor cortex. All tracts at the individual level were bilaterally similar with only minor differences. The connections generally held the same shape and robustness when converted to the standard space in the group analysis, with the exception of tracts between the putamen and premotor area in both hemispheres and the tracts between the putamen and primary motor area in the right hemisphere. This thesis provides further evidence of the corticostriatal circuits and demonstrates the power of the DTI and tractography in studying neural connections between the striatum and cortex. The routes and the locations of connections with the cortex were identified, and this information can be applied in further studies of the striatal function and connectivity, especially in tandem with TMS.

Striatum osallistuu useisiin motorisiin ja kognitiivisiin prosesseihin kuten liikkeen valmisteluun ja toteuttamiseen sekä käyttäytymisen hallintaan. Yhteyksiä striatumin ja aivokuoren välillä on tutkittu laajasti eläimillä, mutta anatomiset yhteydet ovat olleet aiheena vain muutamassa tutkimuksessa. Tässä diplomityössä jäljitettiin anatomisia yhteyksiä striatumin (jaettuna häntätumakkeeseen ja aivokuorukkaan) ja otsalohkon (eriteltynä dorsolate-raaliseen ja ventrolateraaliseen prefrontaaliaivokuoreen) sekä motoristen alueiden (erite-tynä motoriseen aivokuoreen, premotoriseen aivokuoreen, supplementaariseen motoriseen alueeseen ja presupplementaariseen motoriseen alueeseen) käyttämällä diffuusiotensori-kuvausta ja traktografiaa. Yhteydet laskettiin sekä yksittäisille koehenkilöille että koko ryhmälle. Löydetyt radat pitivät saman yleisen muodon eri aivopuoliskoissa ja koehenkilöillä, mutta tarkka kulkureitti ja yhteyskohtien sijainti aivokuorella vaihtelivat. Erot olivat erityisen suuria radoissa, jotka yhdistivät aivokuorukan ja premotorisen aivokuoren. Yksilö-tasolla löydetyt radat olivat hyvin samanlaisia molemmissa aivopuoliskoissa. Yhteydet säilyttivät muotonsa ja vahvuutensa, kun ne siirrettiin standardiavaruuteen ryhmäanalyysia varten. Poikkeuksen tähän tekivät yhteydet aivokuorukan ja premotorisen aivokuoren sekä aivokuorukan ja primaarimotorisen aivokuoren välillä oikeassa aivopuoliskossa. Tämä diplomityö tuotti lisätodisteita kortikostriataalisten piirien olemassa olosta ja osoitti diffuusiotensorikuvauksen ja traktografian vahvuudet tutkittaessa hermoyhteyksiä striatumin ja aivokuoren välillä. Tutkimuksessa löydettiin yhteyksien kulkureitit ja yhtymäkohdat aivokuorelle. Tätä tietoa voidaan hyödyntää myöhemmissä tutkimuksissa etenkin yhdessä TMS-tekniikan kanssa.
Description
Supervisor
Carlson, Synnöve
Thesis advisor
Carlson, Synnöve
Keywords
striatum, cortico-striatal connections, caudate nucleus, putamen, diffusion tensor imaging, tractography
Other note
Citation