The application of functional magnetic resonance imaging (fMRI) to the human spinal cord is still a relatively small field of research and faces many challenges. Here we aimed to probe the limitations of task-based spinal fMRI at 3T by investigating the reliability of spinal cord blood oxygen level dependent (BOLD) responses to repeated nociceptive stimulation across two consecutive days in 40 healthy volunteers. We assessed the test-retest reliability of subjective ratings, autonomic responses, and spinal cord BOLD responses to short heat pain stimuli (1s duration) using the intraclass correlation coefficient (ICC). At the group level, we observed robust autonomic responses as well as spatially specific spinal cord BOLD responses at the expected location, but no spatial overlap in BOLD response patterns across days. While autonomic indicators of pain processing showed good-to-excellent reliability, both

Abstract Cell membranes and macromolecules or paramagnetic compounds interact with water proton spins, which modulates magnetic resonance imaging (MRI) contrast providing information on tissue composition. For a further investigation, quantitative magnetization transfer (qMT) parameters (at 3T), including the ratio of the macromolecular and water proton pools, ℱ, and the exchange-rate constant as well as the (observed) longitudinal and the effective transverse relaxation rates (at 3T and 7T), and respectively, were measured at high spatial resolution (200 μm) in a slice of fixed marmoset brain and compared to histology results obtained with Gallyas’ myelin stain and Perls’ iron stain. and were linearly correlated with the iron content for the entire slice, whereas distinct differences were obtained between gray and white matter for correlations of relaxometry and qMT parameters with myelin content. The combined results suggest that the macromolecular pool interacting with water consists of myelin and (less efficient) non-myelin contributions. Despite strong correlation of ℱ and none of these parameters was uniquely specific to myelination. Due to additional sensitivity to iron stores, and were more sensitive for depicting microstructural differences between cortical layers than ℱ. Highlights MRI (200μm) is correlated with myelin and iron histology in fixed marmoset brain. Detailed z -spectra are employed for precise magnetization-transfer (MT) measurements. Longitudinal and effective transverse relaxation rates depend linearly on tissue iron. Longitudinal relaxation and MT are not uniquely specific to myelin. Myelin and non-myelin macromolecules impact water relaxation and MT contrast.

Abstract Uncovering brain-tissue microstructure including axonal characteristics is a major neuroimaging research focus. Within this scope, anisotropic properties of magnetic susceptibility in white matter have been successfully employed to estimate primary axonal trajectories using mono-tensorial models. However, anisotropic susceptibility has not yet been considered for modeling more complex fiber structures within a voxel, such as intersecting bundles, or an estimation of orientation distribution functions (ODFs). This information is routinely obtained by high angular resolution diffusion imaging (HARDI) techniques. In applications to fixed tissue, however, diffusion-weighted imaging suffers from an inherently low signal-to-noise ratio and limited spatial resolution, leading to high demands on the performance of the gradient system in order to mitigate these limitations. In the current work, high angular resolution susceptibility imaging (HARSI) is proposed as a novel, phase-based methodology to estimate ODFs. A multiple gradient-echo dataset was acquired in an entire fixed chimpanzee brain at 61 orientations by reorienting the specimen in the magnetic field. The constant solid angle method was adapted for estimating phase-based ODFs. HARDI data were also acquired for comparison. HARSI yielded information on whole-brain fiber architecture, including identification of peaks of multiple bundles that resembled features of the HARDI results. Distinct differences between both methods suggest that susceptibility properties may offer complementary microstructural information. These proof-of-concept results indicate a potential to study the axonal organization in post-mortem primate and human brain at high resolution. Highlights Introduction of High Angular Resolution Susceptibility Imaging (HARSI) for advancing Quantitative Susceptibility Mapping (QSM). HARSI-derived fiber orientation distributions in fixed chimpanzee brain. HARSI-based visualization of complex fiber configurations. Comparisons between HARSI and High Angular Resolution Diffusion Imaging. Potential for high-resolution post-mortem imaging of fiber architecture.