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Simple cells in primary visual cortex were famously found to respond to low-level image components such as edges. Sparse coding and independent component analysis (ICA) emerged as the standard computational models for simple cell coding because they linked their receptive fields to the statistics of visual stimuli. However, a salient feature of image statistics, occlusions of image components, is not considered by these models. Here we ask if occlusions have an effect on the predicted shapes of simple cell receptive fields. We use a comparative approach to answer this question and investigate two models for simple cells: a standard linear model and an occlusive model. For both models we simultaneously estimate optimal receptive fields, sparsity and stimulus noise. The two models are identical except for their component superposition assumption. We find the image encoding and receptive fields predicted by the models to differ significantly. While both models predict many Gabor-like fields, the occlusive model predicts a much sparser encoding and high percentages of ‘globular’ receptive fields. This relatively new center-surround type of simple cell response is observed since reverse correlation is used in experimental studies. While high percentages of ‘globular’ fields can be obtained using specific choices of sparsity and overcompleteness in linear sparse coding, no or only low proportions are reported in the vast majority of studies on linear models (including all ICA models). Likewise, for the here investigated linear model and optimal sparsity, only low proportions of ‘globular’ fields are observed. In comparison, the occlusive model robustly infers high proportions and can match the experimentally observed high proportions of ‘globular’ fields well. Our computational study, therefore, suggests that ‘globular’ fields may be evidence for an optimal encoding of visual occlusions in primary visual cortex.
Zielsetzung: Diese Arbeit zielte darauf, am selben Patienten das diagnostische Potential von kontrastmittelangereicherter MDCT und MRT mit Kontrastmittel bei Kopf-Hals-Tumoren zu evaluieren und zu vergleichen. Materialien und Methoden: 54 Patienten wurden am MDCT (Somatom Plus, Volume Zoom oder Sensation, Siemens, Erlangen) in axialer Ebene mit einer Schichtkollimation von 4×1 mm untersucht. Multiplanare Rekonstruktionen mit einer Schichtdicke von 3 mm wurden in koronarer und sagittaler Ebene erstellt. Alle Patienten willigten in eine zusätzliche MRT-Untersuchung ein. Im MRT wurden in axialer und koronarer Ebene native T2- und T1-gewichtete Sequenzen, eine T1-gewichtete kontrastmittelangereichte Sequenz in koronarer Orientierung, sowie eine T1-gewichtete fettunterdrückte Sequenz in axialer Schichtung erstellt. Sagittale T1-gewichtete Sequenzen waren optional. Die CT und MRT aller 54 Patienten wurden von zwei erfahrenen Radiologen anhand von definierten Kriterien ausgewertet. Ergebnisse: Die MRT war der CT in der Ermittlung der Tumorinfiltration (p<0,001), der Einschätzung des Pathologieausmaßes (p<0,001) und in der Gewebedifferenzierung (p<0,001) signifikant überlegen. In der MRT wurden alle Tumoren im TNM–System korrekt eingestuft. In der CT wurden drei Tumoren zu niedrig eingestuft und außerdem eine Lymphknotenmetastase übersehen. Zahnartefakte erschienen in der CT in 74% (40/54) aller Untersuchungen und schränkten die Beurteilbarkeit in 30% (12/40) ein; ein Tumor konnte nicht diagnostiziert werden, da er komplett von Zahnartefakten überlagert wurde. In der MRT dagegen erschienen Zahnartefakte in 28% (15/54) der Untersuchungen, wovon nur 7% (1/15) in ihrem diagnostischen Wert beeinträchtigt waren. In der MRT tauchten Bewegungs- oder Schluckartefakte in relevanten Sequenzen in 26% (14/54) der Untersuchungen auf. Daneben gab es 13 andere unkooperative Patienten, bei denen die Bewegungsartefakte jedoch in unrelevanten Sequenzen erschienen. Nur eine CT-Untersuchung enthielt Bewegungsartefakte. Pulssationsartefakte in der MRT und Aufhärtungsartefakte in der CT hatten lediglich einen gering störenden Effekt. In der CT traten zwar in 48% (26/54) der Untersuchungen Aufhärtungsartefakte auf, wovon aber nur 23% (6/26) an diagnostischem Wert verloren. In der MRT traten Pulssationsartefakte in 69% (37/54) auf, wovon 19% (7/37) in ihrer Beurteilbarkeit beeinträchtigt waren. Unter Berücksichtigung aller Faktoren war die MRT der CT in 57% (31/54) überlegen, wobei die CT die MRT nur in 15% (8/54) übertraf. In den restlichen 15 Fällen (28%) waren CT und MRT gleichwertig. Schlussfolgerung: Native und kontrastmittelangereicherte MRT sind der kontrastmittelangereicherten MDCT mit sekundären Rekonstruktionen in der Evaluierung der T-Klassifikation und Kontrastierung überlegen. Die MRT war der CT statistisch signifikant überlegen in der Einschätzung der Tumorinfiltration, der Gewebedifferenzierung und des Pathologieausmaßes. Die Kontrastmittelangereichte MDCT dagegen ist die optimale Alternative für unkooperative Patienten.
Purpose: Metabolic changes upon antiangiogenic therapy of recurrent glioblastomas (rGBMs) may provide new biomarkers for treatment efficacy. Since in vitro models showed that phospholipid membrane metabolism provides specific information on tumor growth we employed in-vivo MR-spectroscopic imaging (MRSI) of human rGBMs before and under bevacizumab (BVZ) to measure concentrations of phosphocholine (PCho), phosphoethanolamine (PEth), glycerophosphocholine (GPC), and glyceroethanolamine (GPE).
Methods: 1H and 31P MRSI was prospectively performed in 32 patients with rGBMs before and under BVZ therapy at 8 weeks intervals until tumor progression. Patients were dichotomized into subjects with long overall survival (OS) (>median OS) and short OS (<median OS) survival time from BVZ-onset. Metabolite concentrations from tumor tissue and their ratios were compared to contralateral normal-appearing tissue (control).
Results: Before BVZ, 1H-detectable choline signals (total GPC and PCho) in rGBMs were elevated but significance failed after dichotomizing. For metabolite ratios obtained by 31P MRSI, the short-OS group showed higher PCho/GPC (p = 0.004) in rGBMs compared to control tissue before BVZ while PEth/GPE was elevated in rGBMs of both groups (long-OS p = 0.04; short-OS p = 0.003). Under BVZ, PCho/GPC and PEth/GPE in the tumor initially decreased (p = 0.04) but only PCho/GPC re-increased upon tumor progression (p = 0.02). Intriguingly, in normal-appearing tissue an initial PEth/GPE decrease (p = 0.047) was followed by an increase at the time of tumor progression (p = 0.031).
Conclusion: An elevated PCho/GPC ratio in the short-OS group suggests that it is a negative predictive marker for BVZ efficacy. These gliomas may represent a malignant phenotype even growing under anti-VEGF treatment. Elevated PEth/GPE may represent an in-vivo biomarker more sensitive to GBM infiltration than MRI.