Востриков В.М.

ФГБУ "Научный центр психического здоровья" РАМН, Москва

Артюхова О.А.

ФГБОУ ВПО "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана", Москва

Холмова М.А.

ФГБОУ ВПО "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана", Москва

Самородов А.В.

Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, Москва

Уранова Н.А.

Научный центр психического здоровья РАМН, Москва

Пространственная организация олигодендроцитов и пирамидных нейронов в передней лимбической коре в норме и при шизофрении (новые возможности компьютерной морфометрии)

Журнал: Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2013;113(12): 67-70

Просмотров : 56

Загрузок :

Как цитировать

Востриков В. М., Артюхова О. А., Холмова М. А., Самородов А. В., Уранова Н. А. Пространственная организация олигодендроцитов и пирамидных нейронов в передней лимбической коре в норме и при шизофрении (новые возможности компьютерной морфометрии). Журнал неврологии и психиатрии им. С.С. Корсакова. 2013;113(12):67-70.
Vostrikov V M, Artiukhova O A, Kholmova M A, Samorodov A V, Uranova N A. The spatial organization of oligodendrocytes and pyramidal neurons in the frontal limbic cortex of patients with schizophrenia and healthy people: a computer morphometric study. Zhurnal Nevrologii i Psikhiatrii imeni S.S. Korsakova. 2013;113(12):67-70.

Авторы:

Востриков В.М.

ФГБУ "Научный центр психического здоровья" РАМН, Москва

Все авторы (5)

Объективный анализ морфологических изменений, наблюдающихся в коре головного мозга человека при психических заболеваниях, возможен только на основе количественных морфометрических исследований гистологических срезов. Ранее, используя морфометрический стереологический метод оптического диссектора, мы выявили [2, 6, 7] снижение численной плотности олигодендроцитов в префронтальной коре при шизофрении. Не меньший интерес представляет выявление возможных изменений в упорядоченности пространственной организации нейронов и глиальных клеток в коре головного мозга. Такие изменения, касающиеся олигодендроцитов, были обнаружены в белом веществе поля 9 префронтальной коры у больных шизофренией [5].

Ручной морфометрический анализ - чрезвычайно трудоемкий и времязатратный процесс, предъявляющий высокие требования к квалификации исследователя. Данные недостатки обычно являются причиной небольшого объема выборки анализируемых изображений препаратов и приводят к низкой достоверности результатов. Автоматизация анализа микроскопических изображений гистологических срезов не только позволяет устранить указанные недостатки ручного метода, но и открывает новые возможности для анализа сложных морфометрических параметров, расчет которых вручную не представляется возможным [3]. Ранее нами [1, 4] на основе подходов, разработанных в Московском государственном техническом университете им. Н.Э. Баумана [3, 4], был предложен алгоритм автоматической сегментации микроскопических изображений олигодендроцитов и пирамидных нейронов на гистологических срезах.

Цель исследования - применение алгоритма автоматической сегментации микроскопических изображений для получения количественных характеристик взаимного расположения пирамидных нейронов и олигодендроцитов в двухмерном пространстве коры головного мозга в норме и при шизофрении.

Материал и методы

Морфометрическое гистологическое исследование было проведено на коллекции аутопсийного мозга лаборатории клинической нейроморфологии Научного центра психического здоровья РАМН. Выборку составляли 5 случаев шизофрении и 5 контрольных (без психической патологии).

Для исследования брали тканевые блоки из поля 24 левого полушария головного мозга, которые фиксировали в 10% формалине и заливали в парафин с последующим изготовлением срезов толщиной 20 мкм по общепринятым методам. Из каждого блока методом систематического случайного отбора брали 10 срезов. Срезы окрашивали крезиловым фиолетовым по методу Ниссля и исследовали в световом микроскопе Axio Imager M1 («Carl Zeiss», Германия), оснащенном цветной цифровой камерой высокого разрешения AxioCam MRc5. Цифровые микроскопические изображения поля 24 в слое III регистрировали при увеличении объектива ×20 (размер изображения 0,27×0,27 мкм2). Для каждого из 5 контрольных случаев и случаев шизофрении регистрировали 10 изображений. Таким образом, общее число изображений, подлежащих анализу, было равно 100.

Основными этапами ранее разработанного алгоритма сегментации микроскопических изображений гистологических срезов коры головного мозга являются следующие: 1) переход к полутоновому изображению (для этого используется канал H цветового пространства HSV); 2) автоматическая пороговая бинаризация данного изображения для его разделения на области интереса и фона; 3) сегментация областей интереса на пирамидные нейроны и олигодендроциты с использованием кластеризации по методу k-средних (для этого используется информация об интенсивностях пикселей в цветовых каналах R и G пространства RGB, S пространства HSV, S канала HSI и L пространства Lab).

Результатом автоматической сегментации изображений для решения задачи анализа пространственного расположения олигодендроцитов и пирамидных нейронов являются координаты каждой клетки в плоскости изображения. Пример результата сегментации приведен на рис. 1.

Рисунок 1. Результат сегментации изображения. Белыми точками внутри черных квадратов отмечены центры олигодендроцитов, белыми треугольниками - центры пирамидных нейронов.

Для анализа численной плотности и пространственного распределения тел олигодендроцитов и пирамидных нейронов в III слое коры (поле 24) по результатам автоматической сегментации изображений проводился расчет следующих четырех количественных характеристик: 1-я - численной плотности олигодендроцитов (число клеток в единице площади); 2-я - численной плотности пирамидных нейронов; 3-я - минимального, среднего и максимального расстояния между парами олигодендроцит - ближайший к нему пирамидный нейрон; 4-я - среднего и максимального расстояния между парами пирамидный нейрон - ближайший к нему олигодендроцит.

Для количественного описания пространственной организации олигодендроцитов и нейронов (в виде кластеров) использовали триангуляцию Делоне, которую проводили, используя в качестве вершин треугольников координаты центров олигодендроцитов (рис. 2, а) или пирамидных нейронов (рис. 2, б).

Рисунок 1. Результат триангуляции Делоне по изображению, приведенному на рис. 1. а - для олигодендроцитов; б - для пирамидных нейронов.

В случае равномерного расположения клеток на плоскости площади треугольников Делоне различаются незначительно, если же они группируются в кластеры, на изображении наблюдаются треугольники, существенно различающиеся по площади.

Для количественного описания кластеризации клеток на изображении дополнительно рассчитывали еще две характеристики: 5-я - коэффициент вариации площадей треугольников Делоне для олигоцитов; 6-я - коэффициент вариации площадей треугольников Делоне для пирамидных нейронов.

1-я и 2-я из приведенных выше характеристик показывают количество клеток в единице площади, не учитывая их взаимное расположение; характеристики 3-я и 4-я дают информацию о степени близости двух различных типов анализируемых клеток: олигодендроцитов и пирамидных нейронов; характеристики 5-я и 6-я позволяют описать взаимное расположение олигодендроцитов и взаимное расположение нейронов.

Статистический анализ проводили с использованием пакета прикладных программ Statistica 6.0. Поскольку полученные выборки характеристик не подчинялись закону нормального распределения, для сравнения двух независимых групп применяли критерий Манна-Уитни.

Результаты и обсуждение

Результаты расчета количественных характеристик и их статистического анализа представлены в таблице.

Было выявлено статистически значимое увеличение численной плотности олигодендроцитов (+10%) и снижение пирамидных нейронов (–12%) при шизофрении. Кроме того, при шизофрении были выявлены следующие статистически значимые изменения взаимного расположения олигодендроцитов и пирамидных нейронов: снижение (–20%) минимального расстояния между олигодендроцитом и ближайшим нейроном и снижение среднего и максимального расстояний (–10 и –9% соответственно) между нейронами и ближайшими к ним олигодендроцитами.

Об изменении пространственного распределения олигодендроцитов и пирамидных нейронов в двухмерном пространстве коры головного мозга свидетельствуют также результаты триангуляции Делоне. Статистически значимое снижение коэффициента вариации площадей тре­угольников Делоне для олигодендроцитов при шизофрении свидетельствует о меньшей степени пространственной кластеризации данных клеток по сравнению с контролем. Подобных изменений в расположении пирамидных нейронов выявлено не было.

Полученные результаты позволяют сделать вывод, что применение метода компьютерной морфометрии для исследования пространственного расположения олигодендроцитов и пирамидных нейронов на микроскопических изображениях гистологических срезов позволяет получить количественные характеристики взаимного расположения данных клеток в двухмерном пространстве коры головного мозга. Использованные в данной работе количественные цитоархитектонические показатели, рассчитываемые по результатам автоматического анализа изображений, позволили охарактеризовать особенности расположения пирамидных нейронов и олигодендроцитов в двухмерном пространстве коры головного мозга в норме и при шизо­френии. Это свидетельствует о перспективности использования компьютерной морфометрии для изучения цитоархитектоники коры головного мозга в норме и патологии.

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail