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Superficial white matter imaging: Contrast mechanisms and whole-brain in vivo mapping

  • Superficial white matter (SWM) contains the most cortico-cortical white matter connections in the human brain encompassing the short U-shaped association fibers. Despite its importance for brain connectivity, very little is known about SWM in humans, mainly due to the lack of noninvasive imaging methods. Here, we lay the groundwork for systematic in vivo SWM mapping using ultrahigh resolution 7 T magnetic resonance imaging. Using biophysical modeling informed by quantitative ion beam microscopy on postmortem brain tissue, we demonstrate that MR contrast in SWM is driven by iron and can be linked to the microscopic iron distribution. Higher SWM iron concentrations were observed in U-fiber–rich frontal, temporal, and parietal areas, potentially reflecting high fiber density or late myelination in these areas. Our SWM mapping approach provides the foundation for systematic studies of interindividual differences, plasticity, and pathologies of this crucial structure for cortico-corticalSuperficial white matter (SWM) contains the most cortico-cortical white matter connections in the human brain encompassing the short U-shaped association fibers. Despite its importance for brain connectivity, very little is known about SWM in humans, mainly due to the lack of noninvasive imaging methods. Here, we lay the groundwork for systematic in vivo SWM mapping using ultrahigh resolution 7 T magnetic resonance imaging. Using biophysical modeling informed by quantitative ion beam microscopy on postmortem brain tissue, we demonstrate that MR contrast in SWM is driven by iron and can be linked to the microscopic iron distribution. Higher SWM iron concentrations were observed in U-fiber–rich frontal, temporal, and parietal areas, potentially reflecting high fiber density or late myelination in these areas. Our SWM mapping approach provides the foundation for systematic studies of interindividual differences, plasticity, and pathologies of this crucial structure for cortico-cortical connectivity in humans.zeige mehrzeige weniger

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Autor*innen:E. Kirilina, S. Helbling, M. Morawski, K. Pine, K. Reimann, S. Jankuhn, J. Dinse, A. Deistung, J. R. Reichenbach, R. Trampel, S. Geyer, Larissa Müller, Norbert Jakubowski, T. Arendt, P.-L. Bazin, N. Weiskopf
Dokumenttyp:Zeitschriftenartikel
Veröffentlichungsform:Verlagsliteratur
Sprache:Englisch
Titel des übergeordneten Werkes (Englisch):Science Advances
Jahr der Erstveröffentlichung:2020
Organisationseinheit der BAM:1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien
1 Analytische Chemie; Referenzmaterialien / 1.1 Anorganische Spurenanalytik
Veröffentlichende Institution:Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM)
Verlag:American Association for the Advancement of Science (Science/AAAS)
Verlagsort:Washington, DC, USA
Jahrgang/Band:6
Ausgabe/Heft:41
Erste Seite:eaaz9281
DDC-Klassifikation:Naturwissenschaften und Mathematik / Chemie / Analytische Chemie
Freie Schlagwörter:Brain; ICP-MS; Imaging; Laser ablation; Magnetic resonance imaging
Themenfelder/Aktivitätsfelder der BAM:Chemie und Prozesstechnik
Chemie und Prozesstechnik / Chemische Charakterisierung und Spurenanalytik
DOI:10.1126/sciadv.aaz9281
URN:urn:nbn:de:kobv:b43-514430
ISSN:2375-2548
Verfügbarkeit des Dokuments:Datei für die Öffentlichkeit verfügbar ("Open Access")
Lizenz (Deutsch):License LogoCreative Commons - CC BY - Namensnennung 4.0 International
Datum der Freischaltung:21.10.2020
Referierte Publikation:Ja
Datum der Eintragung als referierte Publikation:21.10.2020
Schriftenreihen ohne Nummerierung:Wissenschaftliche Artikel der BAM
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