Surface anatomy and subcortical architecture of the occipital lobe

Abstract

OBJECTIVE: To study and record the surface anatomy and subcortical architecture of the occipital lobe, since detailed knowledge of its axonal connectivity is still vague. Regarding the surface anatomy, the morphological pattern of the lateral, medial and basal occipital sulci has been studied whereas in regard to the subcortical architecture the morphology, spatial relationship and axonal connectivity of the fiber tracts residing in the occipital lobe have been meticulously explored. MATERIALS & METHODS: Thirty –three (33) adult, cadaveric hemispheres fixed in a 10-15% formalin solution for a period of at least 8 weeks were studied. The arachnoid membrane and vessels of the area of the occipital lobe were cautiously removed and the sulcal morphology was systematically recorded. Following the removal of the arachnoid membrane and vessels, all specimens underwent the Klingler’s procedure (freeze–thaw process) and were subsequently investigated using the fiber dissection technique and the microscope (Carl Zeiss OPMI). The dissection tools used consisted of fine metallic periosteal elevators, various sized anatomical forceps, and micro-scissors. Numerous photographs were obtained during cadaveric dissections to illustrate the regional cortical and subcortical anatomy of interest. RESULTS: With regard to the surface anatomy of the occipital lobe we recorded the lateral occipital sulcus and the intraoccipital sulcus in 100% of the specimens whereas the anterior occipital sulcus in 24%, and the inferior occipital sulcus in 15%of cases. In the medial occipital surface, the calcarine fissure and parieto- occipital sulcus were always present. Finally, the basal occipital surface was always indented by the posterior occipitotemporal and posterior collateral sulci. A sulcus not previously described in the literature was identified on the supero-lateral aspect of the occipital surface in 85% of cases. We named this sulcus “marginal occipital sulcus” after its specific topography.With respect to the subcortical architecture of the occipital lobe, special attention has been given to the detailed description of a novel fasciculus named as the “sledge runner fasciculus” after its peculiar shape. This tract was consistently identified as a distinct white matter pathway lying under the U fibers of the medial occipital lobe, exhibiting an oblique dorsomedial–ventrolateral direction and connecting the areas of the anterior cuneus, anterior lingula, isthmus of the cingulum and posterior parahippocampal gyrus. To our knowledge this is the first study in the pertinent literature to describe the morphology, correlative anatomy and axonal connectivity of this fiber pathway.Furthermore, emphasis was placed to the anatomy, morphology and axonal connectivity of the middle longitudinal fasciculus. This white matter tract has been consistently identified as a discrete group of fibers travelling medial to the fibers of the arcuate fasciculus and found to participate in the connectivity of the temporal pole to the parietal and occipital lobes. The tract was further subdivided into three segments according to their special axonal connectivity. CONCLUSION: By using the white matter dissection technique – Klingler preparation, we were able to provide a detailed description of the white matter tracts that traverse the occipital lobe and indeed participate in the axonal connectivity and functional integration of the human brain. Hence, the sledge runner fasciculus is consistently involved in the axonal connectivity of cerebral areas that are believed to be strongly implicated in the cognitive ability of spatial navigation and visuospatial imagery whereas the middle longitudinal fasciculus seems to participate in the connectivity of functional hubs sub serving the integration of acoustic information.

ΣΚΟΠΟΣ: Σκοπός της παρούσας έρευνας είναι η διεξοδική μελέτη και καταγραφή της επιφανειακής τοπογραφικής ανατομίας και της υποφλοιώδους αρχιτεκτονικής του ινιακού λοβού. Σχετικά με την επιφανειακή ανατομία έχει μελετηθεί το πρότυπο κατανομής και μορφολογίας των αυλάκων της έξω, έσω και κάτω επιφάνειας του ινιακού λοβού καθώς και οι παραλλαγές αυτού. Σε ότι αφορά την υποφλοιώδη αρχιτεκτονική, έχει διερευνηθεί η τοπογραφία, μορφολογία και συγκριτική ανατομία των δεματίων της λευκής ουσίας που εντοπίζονται στον ινιακό λοβό. ΜΕΘΟΔΟΣ: Η επιφανειακή ανατομία καθώς και η υποφλοιώδης αρχιτεκτονική του ινιακού λοβού μελετήθηκε σε τριάντα- τρία (33) εγκεφαλικά ημισφαίρια μονιμοποιημένα σε διάλυμα φορμόλης 10-15% για τουλάχιστον 8 εβδομάδες. Εφόσον αφαιρεθεί η αραχνοειδής μήνιγγα και τα αγγεία έχει καταγραφεί λεπτομερώς η τοπογραφία και μορφολογία των ελίκων και αυλάκων του ινιακού λοβού ενώ στη συνέχεια τα εν λόγω παρασκευάσματα μελετήθηκαν με τεχνική διαχωρισμού της λευκής ουσίας κατά Klingler με στόχο την διερεύνηση της υποφλοιώδους ανατομίας του ινιακού λοβού. Τα εργαλεία που χρησιμοποιήθηκαν κατά τις ανατομικές παρασκευές είναι χειρουργικές μικρολαβίδες, μικροψαλίδια και μικροαποκολλητήρες διαφόρων ειδών καθώς και χειρουργικό μικροσκόπιο τύπου Carl Zeiss OPM Plus. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ: Σχετικά με την επιφανειακή ανατομία, στην έξω/πλάγια επιφάνεια του ινιακού λοβού αναγνωρίσθηκαν η έξω ινιακή αύλακα (lateral occipital sulcus) και η ενδο-ινιακή αύλακα (intra- occipital sulcus) στο 100% των παρασκευασμάτων ενώ η πρόσθια ινιακή αύλακα και η κάτω ινιακή αύλακα σε 24% και 15% αντίστοιχα. Στην έσω επιφάνεια του ινιακού λοβού η πληκτριαία σχισμή και η βρεγματο-ινιακή αύλακα αναγνωρίσθηκαν ευκρινώς σε όλα τα παρασκευάσματα όπως και στην κάτω ινιακή επιφάνεια στην οποία εντοπίζονται τα άπω τμήματα της κρόταφο- ινιακής και παράπλευρης αύλακας αντίστοιχα. Στην άνω επιφάνεια του ινιακού λοβού καταγράφηκε στο 85% των παρασκευασμάτων μια νέα αύλακα που δεν έχει ταυτοποιηθεί στην σχετική βιβλιογραφία και την οποία ονομάσαμε «επιχείλια αύλακα» του ινιακού λοβού εξαιτίας της τοπογραφίας της. Σε σχέση με την υποφλοιώδη αρχιτεκτονική του ινιακού λοβού ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στη λεπτομερή περιγραφή της μορφολογίας και συνδεσιμότητας ενός νέου δεματίου, του δεματίου «δίκην ελκήθρου» (sledge runner fasciculus). Το συγκεκριμένο αυτοτελές δεμάτιο εντοπίστηκε σε όλα τα παρασκευάσματα στην έσω επιφάνεια του ινιακού λοβού ακριβώς κάτω από τις επιφανειακές συνδετικές ίνες, επιδεικνύοντας μια λοξή κατεύθυνση και συμμετέχοντας στην συνδεσιμότητα περιοχών του προσθίου σφηνοειδούς λοβίου, προσθίου τμήματος της γλωσσοειδούς έλικας, ισθμού του προσαγωγίου και οπίσθιου τμήματος της παραιπποκάμπειας έλικας. Η συγκεκριμένη μελέτη αποτελεί την πρώτη διεθνώς καταγεγραμμένη προσπάθεια ανατομικής περιγραφής της αρχιτεκτονικής του δεματίου «δίκην ελκήθρου». Επίσης, έγινε λεπτομερή ανατομική περιγραφή του μέσου επιμήκους δεματίου (middle longitudinal fasciculus) σε σχέση με την μορφολογία του και την συνδεσιμότητα του. Το μέσο επίμηκες δεμάτιο εντοπίστηκε αμιγώς ως ένα αυτοτελές δεμάτιο ινών λευκής ουσίας ακριβώς κάτω από την ομάδα ινών του τοξοειδούς δεματίου και με κατεύθυνση από τον κροταφικό πόλο προς τον βρεγματικό και ινιακό λοβό. Αναγνωρίσθηκαν τρία συγκεκριμένα τμήματα του δεματίου τα οποία κατηγοριοποιήθηκαν σε σχέση με το πρότυπο συνδεσιμότητας τους. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ: Με την βοήθεια της τεχνικής διαχωρισμού της λευκής ουσίας κατά Klingler έγινε δυνατή η λεπτομερής περιγραφή της αρχιτεκτονικής των δεματίων που εντοπίζονται στο ινιακό λοβό και τα οποία συμμετέχουν στην συνδεσιμότητα και ως εκ τούτου στην λειτουργική απαρτίωση του ανθρώπινου εγκεφάλου. Πιο συγκεκριμένα το δεμάτιο δίκην ελκήθρου φαίνεται να συμμετέχει στην σύνδεση περιοχών που συσχετίζονται και ευοδώνουν την επιτυχημένη πλοήγηση του ατόμου στο χώρο ενώ το μέσο επίμηκες δεμάτιο φαίνεται να συσχετίζεται με την απαρτίωση των ακουστικών ερεθισμάτων, εφόσον οι περιοχές που συνδέει παρουσιάζουν αυτήν την λειτουργική εξειδίκευση.