Comparative anatomy of the pig brain : an integrative magnetic resonance imaging (MRI) study of the porcine brain with special emphasis on the external morphology of the cerebral cortex

Abstract

For this study the healthy brains of the domestic pigs are examined post mortem. MRI (magnetic resonance imaging) scans in transverse, sagittal and dorsal orientation (native and formalin fixed) are produced with a 1.0 Tesla scanner. 12 sagittal, 13 dorsal and 22 transverse scans are selected and labelled to produce a MRI picture atlas of the porcine brain. With the aid of the graphical software programs AMIRA® and AVIZO® (Mercury Computer Systems Inc.) it was possible to identify brain structures (like nuclei) and to locate and describe the sulci of the porcine brain in MRI. These graphical software programs make it possible to construct a three dimensional model of the porcine brain and to facilitate simultaneous identification of morphological features in dorsal, transverse and sagittal scans. In addition to the atlas, MRI scans of a wild boar, a Wiesenauer minipig and a babirusa are produced and compared with the scans of the domestic pig. An important result of this study is a summary and discussion of the nomenclature of the sulci of the porcine cortex. It is now easier to match functional areas of the cortex with the corresponding structure in the MRI scan, because a standardized nomenclature for the sulci of the porcine brain does not exist so far.This study also describes special features of the porcine brain. The porcine brain has less gyri than the brains of a variety of other ungulates. The position of the pig s forebrain in relation to the brain stem, the strongly developed pars olfactoria of the rhinencephalon in relation to the limbic system and the topography of the pituitary gland in relation to the diencephalon, are also different from the other featured species. It is furthermore possible to identify a physiological aplasia of the cerebellar cortex of the tuber region in the MRI scans of the porcine brain.In the featured members of the suidae (pigs and babirusa) the system of gyri and sulci shows little variation. Most sulci and their position are constant. The shape of the brain differs between the brachycephalic breeds (such as the Wiesenauer minipig) and the dolichocephalic hybrid pigs (bread for meat production). The brain of the Wiesenauer minipig is shorter and rounder compared with the brains of the scanned hybrid pigs. However, the surface structures of brachycephalic and dolichocephalic pig brains show only little difference. Für die vorliegenden Studie wird das gesunde Gehirn des Hausschweines (sus scrofa domesticus) post mortem untersucht. Es werden mithilfe eines 1.0 Tesla Scanners MRT (Magnetresonanztomographie) Aufnahmen von Schweinegehirnen in transversaler, sagittaler und dorsaler Ausrichtung erstellt (nativ und formalin fixiert). Für den MRT-Atlas des Schweinegehirnes werden 12 sagittale, 13 dorsale und 22 transversale Bilder ausgewählt. Zur Lokalisation von Gehirnstrukturen, wie z.B. der Kerngebiete oder der Beschreibung des Furchenbildes, werden die Grafikprogramme AMIRA® und AVIZO® (Mercury Computer Systems Inc.) verwendet. Sie ermöglichen eine dreidimensionale Darstellung des Schweinegehirns und die gleichzeitige Identifikation von Gehirnstrukturen in dorsaler, transversaler und sagittaler Schnittebene. Identifizierte Gehirnstrukturen werden in den ausgewählten Scans beschriftet. Es werden ebenfalls Scans von einem Wildschwein, einem Wiesenauer minipig und einem Babirusa angefertigt und mit den Bildern des Hausschweines verglichen.Ein wichtiges Ergebnis der vorliegenden Arbeit besteht in der Auflistung, der Benennung und Diskussion der Sulci der kortikalen Oberfläche. Sie vereinfacht in Zukunft die Zuordnung funktioneller Abschnitte der Großhirnrinde zur Morphologie im MRT-Schnittbild. Eine standartisierte Nomenklatur existiert bisher nicht.Das Schweinegehirn ist im Vergleich zu Gehirnen vieler anderer Ungulaten weniger stark gyrifiziert. Weitere Besonderheiten des porcinen Gehirnes sind die Lagebeziehung des Vorderhirnes zum Hirnstamm, die ausgeprägt entwickelte pars olfactoria des Rhinencephalon in Relation zu seiner pars limbica und die topographische Beziehung der Hypophyse zum Diencephalon. Desweiteren kann bei den Masthybriden eine Aplasie der Kleinhirnrinde in der Region des tuber vermis mittels MRI dargestellt werden.Innerhalb der Suidae (Schweine und Babirusa) weist das System der Gyri und Sulci nur geringe Variationen auf. Die meisten Sulci und deren Lage sind konstant. Unterschiede zwischen den Gehirnen von kurznasigen (Wiesenschwein) und langnasigen (Mehrzahl der Masthybriden) Schweinerassen bestehen in der Stauchung und Abrundung des Gehirnes. Die Oberflächenstruktur der Grosshirnrinde weist jedoch kaum Unterschiede zwischen den Rassen auf.