पूर्व नैदानिक ​​अनुसंधान में भेषज चुनौती fMRI का उपयोग: 5-HT सिस्टम के लिए आवेदन

Klomp, A., Tremoleda, J. L., Schrantee, A., Gsell, W., Reneman, L. The Use of Pharmacological-challenge fMRI in Pre-clinical Research: Application to the 5-HT System. J. Vis. Exp. (62), e3956, doi:10.3791/3956 (2012).

के लिए vivo में एमआरआई इमेजिंग में पशु तैयारी

1. सर्जिकल केन्युलेशन

1. Isoflurane (5% शामिल है और फिर पशु तैयारी और स्कैनिंग के दौरान संज्ञाहरण के रखरखाव के लिए 1.5-2% तक कम) मेडिकल हवा में दिया (21% ₂ हे, बीओसी ब्रिटेन) के साथ चूहा (पुरुष Wistar चूहे, 200-300 ग्राम) चतनाशून्य करना . सुनिश्चित करें कि पशु अच्छी तरह anesthetized है और एक पैर की अंगुली चुटकी करने के लिए कोई जवाब नहीं दर्शाती. और्विक धमनी और शिरा के रक्त गैस और रक्तचाप मापन और दवा चुनौती से निपटने के लिए प्रशासन क्रमशः के लिए cannulated हैं. शल्य चिकित्सा की प्रक्रिया के दौरान, पशु के शरीर के तापमान पर नजर रखी है और एक गुदा जांच और एक थर्मल कंबल (हार्वर्ड उपकरण) के माध्यम से बनाए रखा है.
2. anesthetized पशु पृष्ठीय अवलंबन में विदारक खुर्दबीन के नीचे एक वार्मिंग पैड पर तैनात है. क्षेत्र के मध्य जांघ और झाड़ू से साफ़ करना शराब के साथ त्वचा दाढ़ी. पेट और सही जांघ द्वारा गठित साथ क्रीज 2 सेमी त्वचा चीरा.आकर्षणी मांसपेशियों की कुंद विच्छेदन और्विक धमनी नस, और और्विक तंत्रिका कल्पना करने के लिए प्रयोग किया जाता है. ध्यान से जहाजों अलग करें.
3. धीरे रेशम संयुक्ताक्षर पूरी तरह से पोत के बाहर का अंत के आसपास और टाई समीपस्थ साइट में एक शल्य चिकित्सा शिथिल गाँठ के आधे के साथ एक और टाई जगह. दोनों ligatures कर्षण लागू होते हैं, शेष ligatures के बीच उजागर पोत के मध्य भाग में रक्त के प्रवाह को रोक देना. पोत के इस भाग में एक पोत परिधि के बारे में एक तिहाई की एक छोटा सा चीरा बनाने के लिए अनुमति पीई 50 प्रवेशनी और (0.54 मिमी व्यास आंतरिक और वयस्क नर चूहों के मामले में बाहरी व्यास के लिए 0.96mm, अन्यथा 0.40 मिमी आईडी की प्रविष्टि पोत में .80 मिमी) प्रवर्तन निदेशालय.
4. प्रवेशनी कई मिमी (कम से कम 5) बर्तन में डाला जाना चाहिए. लुमेन में एक बार, पोत के माध्यम से खून का थक्का के किसी भी गठन से बचने के लिए heparinized खारा (15 यूआई / एमएल) की एक छोटी राशि फ्लश करने के लिए. समीपस्थ रेशम पाश भी पूरी तरह से ligated है प्रवेशनी को ठीक करने के लिए. आरदूसरे पोत के लिए इस प्रक्रिया को EPEAT. एक Vetbond ऊतक चिपकने (3M ब्रिटेन के पीएलसी, Bracknell, ब्रिटेन) का उपयोग कर जब दोनों cannulas जगह में हैं त्वचा गोंद. Cannulas की सटीक स्थान के लिए चित्रा 1 देखें.
5. पशु को एक प्रवण स्थिति में एक एमआर संगत स्टीरियोटैक्टिक बिस्तर (M2M इमेजिंग कार्पोरेशन, संयुक्त राज्य अमेरिका) में रखें. कान सलाखों के और एक दांत बार की प्रविष्टि के माध्यम से पशु के सिर को बनाए रखें. इस बिंदु पर, पशु इमेजिंग के लिए एमआरआई स्कैनर में रखा जा सकता है. तो पशु संवेदनाहृत रहता है और पूरी इमेजिंग प्रक्रिया में साँस ले रहा है.

2. निगरानी

पूरे इमेजिंग प्रक्रिया के दौरान, कई शारीरिक प्रतिक्रियाओं लगातार और निगरानी की जानी चाहिए संभव के रूप में निरंतर रूप में रखा. यह आवश्यक है, के बाद से इन प्रतिक्रियाओं phMRI संकेत के रूप में एक ही समय खिड़की पर बहुत भिन्न है और भी हित के संकेत को प्रभावित कर सकते हैं. यह भी महत्वपूर्ण है, यह देखते हुए कि पशु मा में रखा जाएगाGnet और इसलिए दृष्टि की और संवेदनाहारी गहराई (जैसे पैर की अंगुली चुटकी) के मानक चेक करने के लिए उत्तरदायी नहीं पर्याप्त संवेदनाहारी गहराई सुनिश्चित करने के लिए. इसके अतिरिक्त दिया है, कि कई दवाओं रक्तचाप जैसे हृदय मापदंडों में परिवर्तन, इन की माप करने के लिए सुनिश्चित करें खाते phMRI डेटा में दवा की कार्रवाई की वैश्विक मनोवैज्ञानिक प्रभाव का लिया जा सकता है महत्वपूर्ण है. भी आधारभूत मूल्यों और 5 Fluoxetine के मिलीग्राम / किग्रा के अर्क के लिए उम्मीद की प्रतिक्रिया के लिए धारा 4 देखें.

1. शरीर का तापमान 37 पर बनाए रखा है 1.5 ± डिग्री सेल्सियस गर्म हवा हीटिंग सिस्टम (एसए उपकरण, न्यूयॉर्क, संयुक्त राज्य अमेरिका) के द्वारा. पता है कि एमआर इमेजिंग तापमान माप को प्रभावित कर सकते हैं, अपनी स्वयं की व्यवस्था के साथ इस जाँच.
2. मॉनिटर और एक सांस दबाव संवेदक (एसए उपकरण, न्यूयॉर्क, संयुक्त राज्य अमेरिका) के लिए मिलकर कफ का उपयोग पशु श्वसन दर रिकॉर्ड.
3. आक्रामक धमनियों से रक्त दबाव दबाव transducer (TSD104A, Biopac सिस्टम कार्पोरेशन, संयुक्त राज्य अमेरिका) का उपयोग कर रिकार्ड और समय - समय पर एक वापस लेनेcannulated और्विक धमनी के माध्यम से धमनियों से रक्त गैस के नमूने का विश्लेषण चाहते हैं (RapidLab, सीमेंस नैदानिक) इमेजिंग के दौरान धमनी ₂ पीसीओ और ऑक्सीजन की आंशिक दबाव ₍₂ पीओ) की निगरानी.
4. औषधीय चुनौती (Fluoxetine के समाधान (सिग्मा Aldrich, ब्रिटेन से Fluoxetine हाइड्रोक्लोराइड), 5 मिग्रा / किग्रा, खारा में भंग) के लिए मुख्य प्रेरणा लाइन के रूप cannulated और्विक शिरा का उपयोग करें.

Vivo इमेजिंग में

FMRI प्रयोगात्मक सेटअप की एक योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व चित्रा 2 में दी गई है.

3. इमेजिंग पैरामीटर

1. एक बार जानवर स्कैनर के अंदर रखा जाता है और स्थिर शारीरिक प्रतिक्रियाओं को दिखाने के लिए जारी है, इमेजिंग शुरू कर सकते हैं. हमारे अध्ययन में, हम एक बेलनाकार वर्ग निकालना है संचारित / 72 मिमी भीतरी व्यास (M2M इमेजिंग कार्पोरेशन, संयुक्त राज्य अमेरिका) के साथ आरएफ का तार प्राप्त के साथ एक 4.7 टी छोटे जानवर एमआरआई प्रणाली (टेक्नोलॉजीज) का इस्तेमाल किया. एक तीन विमान स्काउट छवि को सही ढंग से पीosition एमआरआई देखने के क्षेत्र के बीच में मस्तिष्क और मस्तिष्क में चुंबकीय क्षेत्र की एकरूपता में सुधार के लिए स्थानीयकृत शिम सुधार (fastmap अनुक्रम) का उपयोग करने के लिए.
2. प्रत्येक जानवर के लिए, पहले टी 2 भारित पंजीकरण और विभाजन प्रयोजनों के लिए शारीरिक छवि मात्रा का अधिग्रहण. हम गूंज ट्रेन = 8 लंबाई के साथ एक टर्बो स्पिन गूंज अनुक्रम का इस्तेमाल किया, मैट्रिक्स 256 = आकार 256 x, FOV = 50 x 50 मिमी ^2, 1 मिमी मोटाई के साथ 30 सन्निहित राज्याभिषेक स्लाइस की interleaved अधिग्रहण के साथ, पीछे किनारे करने के लिए 8 दुम का मिमी केन्द्रित घ्राण बल्ब, औसत = 4; / टी.आर. ते है = / 5112 60 एमएस.
3. जानवर अपनी शारीरिक प्रतिक्रियाओं phMRI स्कैन शुरू करने से पहले लगातार कर रहे हैं सुनिश्चित करें. समय श्रृंखला के अधिग्रहण के लिए, हम गूंज ट्रेन = 16 लंबाई के साथ ही टी 2 भारित टर्बो स्पिन गूंज अनुक्रम का इस्तेमाल किया, मैट्रिक्स आकार = 128 x 128, टी.आर. / ते, 1 मिमी मोटाई के साथ एक ही स्थान पर केन्द्रित 20 सन्निहित स्लाइस की interleaved अधिग्रहण के साथ = / एमएस +४,९१५ 60. कुल में, हम एक एक के साथ 32 अंक हासिल कर लीसमय श्रृंखला मात्रा प्रति 158 सेकंड और 84 मिनट की कुल स्कैन समय के cquisition समय. पहली मात्रा एक 'डमी' स्कैन के रूप में प्रयोग किया जाता है T1 संतृप्ति प्रभाव का पता और डेटा विश्लेषण में उपयोग नहीं किया. ढाल गूंज या गूंज तलीय (ईपीआई) इमेजिंग दृश्यों के रूप में अन्य fMRI दृश्यों भी इस्तेमाल किया जा सकता है. अपने प्रयोग के शुरू होने से पहले अपनी पसंद के अनुक्रम के संकेत स्थिरता का आकलन करने के लिए सुनिश्चित करें.
4. आधारभूत संस्करणों की एक संख्या चुनौती दवा प्रशासन से पहले, मोल. हम स्थिर शर्तों के तहत आधारभूत अधिग्रहण के कम से कम 10 मिनट की सलाह देते हैं. सभी जानवरों के लिए वास्तव में एक ही समय में शुरू जलसेक. हमारे प्रोटोकॉल में, हम 9 मात्रा (लगभग 21 मिनट आधारभूत स्कैनिंग के बाद) के शुरू में प्रशासन शुरू कर दिया. जलसेक के बाद, छवि अधिग्रहण के एक और 60 मिनट (कुल 32 मात्रा) के लिए जारी रखा. सुनिश्चित करें - जलसेक के बाद की अवधि में परिवर्तन कल्पना और स्थिर राज्य या संकेत की वसूली तक पहुँचने, अनुसंधान questi पर निर्भर करता है लंबे समय पर्याप्त हैपर दवा की चुनौती से निपटने के लिए अपनी पसंद.
5. जब छवि अधिग्रहण समाप्त हो गया है, स्कैनर से पशु हटा दें. एक अंतिम रक्त गैस के लिए रक्त गैस मापदंडों की स्थिरता सुनिश्चित करने और बुनियादी शरीर क्रिया विज्ञान पर दवा के प्रभाव के मूल्यांकन को सक्षम करने के लिए माप प्रदर्शन करते हैं.

डाटा प्रोसेसिंग

4. शारीरिक प्रतिक्रियाओं

की उम्मीद चुनौती शारीरिक प्रतिक्रियाओं चुना दवा पर निर्भर हैं. नीचे, आम तौर पर स्वीकार किए जाते आधारभूत वयस्क नर चूहों के मूल्यों और 5 Fluoxetine के मिलीग्राम / किग्रा चतुर्थ जलसेक उम्मीद प्रतिक्रियाएं दी जाती है.

1. श्वसन दर 45-75 साँस / मिनट पर स्थिर होना चाहिए. Fluoxetine के औषधीय चुनौती श्वसन की दर (15-20%) में एक छोटी वृद्धि को प्रेरित करता है.
2. रक्तचाप स्थिर है और 100-150 mmHg (Biopac सिस्टम कार्पोरेशन, Goweta, संयुक्त राज्य अमेरिका) के बीच होना चाहिए. Fluoxetine के चुनौती के बारे में 20% की धमनियों से रक्त के दबाव में एक कम लेकिन खड़ी ड्रॉप लाती है.यह 5-10 मिनट के भीतर ठीक हो जाना चाहिए. यह 3 चित्र में दिखाया गया है.
3. रक्त गैस के मूल्यों को स्थिर हो सकता है कम से कम दो बार उपाय करना चाहिए और phMRI स्कैन शुरू करने से पहले निम्नलिखित सीमाओं के भीतर: ₂ पीसीओ, 35-45 mmHg, ₂ PO, 80-130 mmHg, पीएच, 7.35-7.45. हमेशा इन मूल्यों अगर पशु स्थिर बने रहे और देखने के लिए बुनियादी शरीर क्रिया विज्ञान पर दवा के प्रभाव का मूल्यांकन सक्षम स्कैनिंग के बाद फिर से जाँच करें. उच्च पीसीओ ₂ मूल्यों vasodilatation प्रेरित और इस प्रकार बोल्ड संकेत परिवर्तनों को देखने से बचना होगा.
4. सुनिश्चित करें कि पशु संज्ञाहरण के एक सतत और निरंतर स्तर के नीचे है (2 ± 0.25%, cerebrovascular जेट के उच्च स्तर अवसाद और कम अपर्याप्त संज्ञाहरण और इस तरह आंदोलन का कारण बन सकता है) phMRI स्कैन और महत्वपूर्ण बात शुरू करने से पहले, के लिए, किसी भी समायोजन से बचने इस के रूप में कार्य छवि अधिग्रहण के दौरान संज्ञाहरण शासन (जैसे% isoflurane और गैस या प्रवाह /) को भी बोल्ड संकेत को प्रभावित कर सकता है.

यहाँ हम एमआर डेटा पूर्वप्रक्रमण में कई कदम का वर्णन करने में सांख्यिकीय विश्लेषण के लिए डेटा optimalize. हम उपकरण है कि हमारी प्रयोगशाला में उपयोग किया जाता है का उल्लेख है, लेकिन कई अलग अलग उपकरण उपलब्ध हैं.

5.1 डेटा तैयारी

1. एमआरआई विश्लेषण सॉफ्टवेयर के लिए सही फ़ाइल स्वरूप में कच्चे छवियों रखो कि आप का उपयोग करना पसंद करते हैं (FSL कार्यक्रमों के लिए NIfTI1.1 या Analyze7.5 प्रारूप). कई मुफ्त फ़ाइल कनवर्टर प्रोग्राम ऑनलाइन उपलब्ध हैं. इस्तेमाल किया स्कैनर के आधार पर, यह आवश्यक हो पहले एक 3 डी (शारीरिक स्कैन) या 4D सब अलग 2 डी स्लाइस की छवि (phMRI स्कैन) का निर्माण हो सकता है. यह ऐसे ¹ ImageJ रूप में एक छवि प्रसंस्करण कार्यक्रम, का उपयोग किया जा सकता है.
2. आदेश में मानव डेटा (जैसे FSL प्रोग्राम) के साथ प्रयोग के लिए डिजाइन विश्लेषण एल्गोरिदम के साथ संगतता सुनिश्चित करने के लिए, voxel आकार एक 10 कारक (यह भी उदाहरण के लिए का उपयोग ImageJ किया जा सकता है) से गुणा किया गया है. हमारे अध्ययन में यह 3.91 x 3.91 x 10 मिमी ³ के एक voxel आकार के परिणामस्वरूप.
3. दिखने अभिविन्यास में अनियमितताओं, कलाकृतियों, और गति के लिए आपकी छवियों की जाँच करें. स्पष्ट या अपने विश्लेषण में अत्यधिक गति कलाकृतियों के साथ स्कैन का उपयोग नहीं कर के रूप में वे आप परिणाम बिगाड़ना जाएगा सावधान रहें.
4. सभी स्कैन के अभिविन्यास संरचनात्मक और कार्यात्मक छवियों के बीच और इस्तेमाल किया संदर्भ मस्तिष्क के साथ क़बूल में समान होना चाहिए. हमारे अध्ययन में, हम stereotactic चूहा मस्तिष्क टेम्पलेट ¹⁴ Schwarz के द्वारा वर्णित का इस्तेमाल किया. FSL आदेश fslswapdim reorienting के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है.

5.2 मोशन सुधार

1. 4D समय श्रृंखला में किसी भी गति कलाकृतियों के लिए सही करने के लिए, हम गति सुधार उपकरण McFlirt के (मोशन है FMRIB रैखिक छवि पंजीकरण उपकरण का उपयोग कर सुधार, है FMRIB सॉफ्टवेयर लाइब्रेरी के भाग, का इस्तेमाल किया / www.fmrib.ox.ac.uk FSL ). MCFLIRT एक अंतर मोडल गति सुधार उपकरण डेसfMRI का समय श्रृंखला पर उपयोग के लिए igned और अनुकूलन और पंजीकरण इश्कबाज में तकनीक का इस्तेमाल किया, रैखिक (affine) मस्तिष्क अंतर मॉडल छवि पंजीकरण के लिए एक पूरी तरह से स्वचालित उपकरण पर आधारित है. हमेशा बाद में जाँच यदि परिणाम संतोषजनक है.

5.3 ब्रेन विभाजन

1. पूरे सिर के दोनों शारीरिक छवि के रूप में 3 डी 4D समय श्रृंखला के लिए एक छवि से सभी गैर मस्तिष्क के ऊतकों को हटाएँ. इस के लिए हम FSL उपकरण शर्त (ब्रेन निष्कर्षण उपकरण 2.1 v., है FMRIB सॉफ्टवेयर पुस्तकालय का हिस्सा है, का उपयोग / www.fmrib.ox.ac.uk FSL ). डिफ़ॉल्ट सेटिंग्स मानव दिमाग के साथ प्रयोग के लिए विकसित कर रहे हैं और इस प्रकार नहीं कर रहे हैं चूहे के मस्तिष्क के लिए आदर्श है. भिन्नात्मक तीव्रता दहलीज, छ = 0.1 में खड़ी ढाल आंशिक तीव्रता दहलीज और सिर त्रिज्या (मिमी) = ज्यादातर जानवरों के लिए 175 आर,,, च 1.0 =: हम निम्नलिखित मानकों का इस्तेमाल किया. यदि आवश्यक हो, आप इस विषय के प्रति इन मूल्यों का अनुकूलन कर सकते हैं.

6. डेटा विश्लेषणहै

एमआर डेटा का सांख्यिकीय विश्लेषण का लक्ष्य के voxels जो प्रदर्शन अतिरिक्त एक सांख्यिकीय मजबूत ढंग से दवा चुनौती के कारण विचरण निर्धारित है. विभिन्न methodological दृष्टिकोण संख्येय सॉफ्टवेयर संकुल के रूप में भी, इस के लिए उपलब्ध हैं. विकल्प आप कर अपनी प्रयोगशाला में सॉफ्टवेयर और / ज्ञान और अनुभव की उपलब्धता और अपने विशिष्ट अनुसंधान प्रश्न पर निर्भर है. यहाँ हम एक सुझाव विधि के रूप में हमारी प्रयोगशाला में प्रयोग किया जाता है दे.

6.1

1. एमआरआई डेटा का विश्लेषण करने से पहले, एक सामान्य रैखिक (GLM) मॉडल जो डेटा फिट किया जाएगा निर्धारित. यह एक सरल मॉडल पर बंद वर्ग (के लिए बंद पूर्व दवा और बाद दवा जलसेक के लिए पर) या एक विशिष्ट डेटा पर आधारित मॉडल हो सकता है. हम कार्यक्रम ²¹ उत्तेजित GLM डेटा मॉडल के आधार पर निर्धारित करने का इस्तेमाल किया है.
2. एक दो नमूना सभी चुनौती संस्करणों बनाम सभी आधारभूत वॉल्यूम पर टी परीक्षण उत्तेजित में (उदाहरण के लिए) का प्रदर्शन करते हैं. वैकल्पिक रूप से, ओ छोड़केन्द्र शासित प्रदेशों पहले () मात्रा और मात्रा के दौरान जो चुनौती दी है, क्योंकि उन स्थिर राज्य इमेजिंग का प्रतिनिधित्व नहीं हो सकता है. बाद में, सब voxels आधारभूत से एक निश्चित बदलाव% से अधिक के साथ भेदभाव. हम अधिक से अधिक 1% परिवर्तन के साथ सभी voxels इस्तेमाल किया.
3. अगला, इन सब voxels में औसत समय बेशक, जो पहले से ही आप मॉडल के आकार के एक छाप देता है. इस तरह यह निर्धारित किया जा सकता है अगर 1 चुनौती) एक तत्काल या देरी प्रभाव, 2) यदि और जब प्रभाव एक पठार और / या चोटी और, अगर या जब प्रभाव के समय के दौरान फिर से गिरावट आती है 3) तक पहुँचता है स्कैन. उदाहरण 4A और 4B चित्रा में दिखाए जाते हैं.

6.2

अगले कदम तो है सांख्यिकीय कच्चे पिछले स्थापित GLM मॉडल के खिलाफ 4D समय प्रत्येक जानवर की श्रृंखला छवि का परीक्षण करने के लिए. इस के लिए, हम FSL कार्यक्रम (fMRI विशेषज्ञ विश्लेषण उपकरण, v5.98) करतब ^17,24 इस्तेमाल किया. हालांकि, अन्य fMRI का विश्लेषण उपकरण availa रहे हैंके रूप में अच्छी तरह से ble. विश्लेषण उपकरण के भीतर एक पहले के स्तर विश्लेषण करने के लिए स्थापित किया जाना है. यह निम्न चरणों की आवश्यकता है:

1. प्रत्येक जानवर के लिए एक ही सेटिंग्स का उपयोग करने के लिए सुनिश्चित करें. आप विश्लेषण से पहले पहली मात्रा (दो) को हटाने के लिए चुना है, के बाद से स्थिर राज्य इमेजिंग अभी तक उस बिंदु पर नहीं पहुँच सकता है किया जा सकता है. टी.आर. सेट करें; इस प्रत्येक उत्तरोत्तर मात्रा की शुरुआत के बीच समय (सेकंड में) है. के बाद से आप प्रभाव है जो पूरे स्कैन समय पिछले सकता है पर देख रहे हैं, वहाँ एक उच्च या कम पास फिल्टर सेट की जरूरत नहीं है.
2. को spatially डेटा चिकनी आदेश में शोर को कम करने और शोर अनुपात (SNR) के लिए संकेत में सुधार. हम 8 मिमी की एक FWHM गिरी चुना.
3. अब अपने डेटा पर वांछित GLM मॉडल चलाते हैं. यह अपने मुख्य व्याख्यात्मक चर (EV) है, तरंग यानी आप अपने डेटा का परीक्षण कर रहे हैं के खिलाफ है. GLM कि अपने स्वयं के डेटा पर आधारित निर्धारित किया गया था चित्रा 4C में देखा जा सकता है. वहाँ भी ऐसे आंदोलन पैरामीटर के रूप में अतिरिक्त उलझन में डालना है EV जोड़ने की संभावना है,कम आवृत्ति (स्कैनर बहाव) शोर या रक्त के सामान्य शारीरिक दवा प्रभाव हटाने के दबाव के रूप में भी शारीरिक मापदंड है.
   करतब के भीतर: प्रयोग फिल्म prewhitening. अस्थायी व्युत्पन्न जोड़ें. विरोधाभासों एफ परीक्षण टैब में, इसके विपरीत सेट. Z आंकड़ा छवि में एक EV के साथ परिवर्तित करने के लिए, 1 करने के लिए इसके विपरीत मूल्य निर्धारित किया है. यह आप सभी voxels अपने समय के पाठ्यक्रम में जो काफी GLM द्वारा समझाया जा सकता है देता है. -1 पर मान सेट नकारात्मक सक्रियण दे देंगे.
   
4. प्रारंभिक सांख्यिकीय परीक्षण बाहर ले जाने के बाद, जिसके परिणामस्वरूप आंकड़ा छवि को दिखाने के लिए जो voxels या voxels के समूहों को एक विशेष महत्व स्तर पर सक्रिय कर रहे हैं thresholded की जरूरत है. एकाधिक तुलना सुधार मस्तिष्क परीक्षण voxels की बड़ी संख्या के लिए कारण की जरूरत है. FSL कार्यक्रम करतब एक स्वचालित क्लस्टर आधारित एकाधिक तुलना GRF (गाऊसी यादृच्छिक फील्ड) ²⁵ सिद्धांत के आधार पर सुधार का उपयोग करता है.
5. अंत में, डेटा स्थानिक होना चाहिए एक संदर्भ छवि के लिए सामान्य, समूह आँकड़े क्रम में प्रदर्शन करने के लिए. पहले मस्तिष्क शारीरिक छवि निकाले पशुओं के लिए और फिर संदर्भ छवि के लिए कार्यात्मक डेटा रजिस्टर. हम stereotactic चूहा मस्तिष्क एक संदर्भ मस्तिष्क के रूप में ¹⁴ Schwarz के द्वारा वर्णित टेम्पलेट इस्तेमाल किया.
6. इस के बाद, सभी जानवरों के पहले स्तर के विश्लेषण के उच्च स्तर (समूह) के सांख्यिकीय विश्लेषण में जोड़ा जा सकता है. यह अपने खुद के अध्ययन डिजाइन और अनुसंधान के सवालों पर अत्यधिक निर्भर है.

6.3

इस के बाद, सभी जानवरों के पहले स्तर के विश्लेषण के उच्च स्तर (समूह) के सांख्यिकीय विश्लेषण में जोड़ा जा सकता है. यह अपने खुद के अध्ययन डिजाइन और अनुसंधान के सवालों पर अत्यधिक निर्भर है.

6.4

शारीरिक दवा प्रतिक्रियाओं या युग्मित किया जा सकता है एमआर संकेत सहसंबद्ध, अगर वांछित. भी उलझाना EV के जोड़ने के बारे में 6.2.3 अनुभाग देखें.

7. प्रतिनिधि परिणाम

औसत संकेत समय बेशक एक अपेक्षाकृत स्थिर आधारभूत और चुनौती का एक स्पष्ट प्रभाव दिखाने चाहिए. अधिमानतः, वहाँ संकेत में कोई चुनौती स्वतंत्र बहाव होना चाहिए. एक औसत संकेत समय पाठ्यक्रम का एक प्रतिनिधि उदाहरण चित्रा 5A में देखा जा सकता है. श्वसन अवसाद / असफलता या परिवर्तन के रूप में संज्ञाहरण में, कलाकृतियों अक्सर संकेत में स्पष्ट रूप से दिखाई दे रहे हैं. श्वसन अवसाद पूरे मस्तिष्क में नकारात्मक संकेत को प्रभावित करेगा. इस में चित्रा 5B में देखा जा सकता है.

प्रथम स्तर के विश्लेषण के बाद, सक्रियण पैटर्न के लिए मुख्य रूप से सकारात्मक और loca होने की उम्मीद हैकेवल विशिष्ट क्षेत्रों में टेड (यानी cortical क्षेत्रों, हिप्पोकैम्पस, hypothalamus और thalamus, 6A देखें चित्र). यदि पूरे मस्तिष्क निष्क्रिय है, यह अक्सर बहुत गहरा संज्ञाहरण और / स्कैनिंग के दौरान या ऑक्सीजन की कमी का एक संकेत है. इस का एक उदाहरण में चित्र 6B में देखा जा सकता है.

चित्रा 1 और्विक धमनी और शिरा में cannulas के स्थान स्थान.

चित्रा 2 एमआरआई सेटअप के योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व;. सभी उपकरणों के लिए गैर ferromagnetic के होने की जरूरत है और जो गति से interferences के कारण सांस लेने और / या दिल की धड़कन से बचने छवियों के gated अधिग्रहण की अनुमति देता है एक मॉड्यूल प्रणाली से जुड़े हैं. शरीर का तापमान भी एक हीटिंग मॉड्यूल के माध्यम से नियंत्रित किया जाता है पर नजर रखने के लिए और इमेजिंग के दौरान पशु तापमान को नियंत्रितयहाँ क्लिक करें बड़ी छवि को देखने के लिए .

चित्रा 3 रक्तचाप डेटा के प्रतिनिधि उदाहरण है. जलसेक (लाल पट्टी) की शुरुआत के बाद सीधे रक्त दिखाई दबाव में स्पष्ट गिरावट है. सामान्य मूल्यों को फिर से 10 मिनट के भीतर तक पहुँच रहे हैं. चुनौती प्रशासन के बाद.

चित्रा 4. ए) अपेक्षित सक्रियण एमआरआई विश्लेषण कार्यक्रम उत्तेजित (लाल सकारात्मक सक्रियण पैटर्न का उपयोग कर, नीले नकारात्मक सक्रियण है). बी) सभी जानवरों में सभी सक्रिय voxels (≥ आधारभूत से 1% परिवर्तन) के औसत समय बेशक. ) सी परिणामस्वरूप में FSL करतब / GLM मॉडल का उदाहरण. सीएलयहाँ Ick बड़ा आंकड़ा देखने के लिए.

चित्रा 5.

1. सकारात्मक सक्रियण के उदाहरण. सक्रिय voxels (लाल) में समय बेशक लगभग GLM मॉडल के आकार का पीछा कर रहा है. दवा का आसव समय 8 बिंदु के आसपास शुरू कर दिया.
2. उदाहरण की भी गहरी संज्ञाहरण के बाद पूरे मस्तिष्क में नकारात्मक सक्रियण. समय पाठ्यक्रम में नकारात्मक सक्रिय voxels (नीला) संकेत में एक सामान्य गिरावट और चुनौती का कोई असर नहीं दिख रहा है दिखाते हैं.

बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहाँ क्लिक करें .

6 चित्रा.

1. पहले के स्तर के विश्लेषण के बाद सक्रियण पैटर्न की उम्मीद है. Voxels के समूहों के सक्रियकरण (y करने के लिए लाल) ellow, केवल विशिष्ट मस्तिष्क क्षेत्रों में.
2. 'खराब' सक्रियण पैटर्न का उदाहरण है. चित्रा 5 ब में के रूप में एक ही पशु के पूरे दिमाग में नकारात्मक सक्रियण (नीला).

5 हिंदुस्तान टाइम्स phMRI vivo में पशुओं में neurotransmitter समारोह का आकलन करने के लिए एक होनहार उपकरण है. यह मस्तिष्क कार्यात्मक एमआर इमेजिंग के साथ एक 5-HT चुनौती के जवाब visualizes. एमआरआई के लिए एक उच्च स्थानिक संकल्प है और इसके विपरीत एजेंट या रेडियो लेबल इस प्रकार ionizing विकिरण के लिए दोहरावदार जोखिम से बचने के अणुओं के इंजेक्शन की जरूरत नहीं है महान लाभ है. इस तकनीक को दोनों मानव और पशुओं के विषयों में लागू है और इसलिए neurotransmitter प्रणाली और मानसिक विकारों के translational अनुसंधान के लिए बहुत उपयुक्त है. अपने आवेदन पाठ्यक्रम के 5 हिंदुस्तान टाइम्स मार्ग के लिए ही सीमित नहीं है और पहले से ही बड़े पैमाने पर इस्तेमाल किया गया है दोनों ^5,15 पशुओं और ²² मनुष्यों में डोपामिनर्जिक दवाओं के प्रभाव का आकलन है.

फिर भी, छोटे जानवरों में phMRI चुनौती बनी हुई है, के रूप में पहले से ही मार्टिन और सिब्सन के ¹¹ और ²⁰ प्रबंधक द्वारा समीक्षा लेख में बताया. इन चुनौतियों में से एक रखरखाव ओच छवि अधिग्रहण के दौरान स्थिर शारीरिक मापदंड. अधिकांश anesthetics हृदय समारोह को बदल दिया है है कि phMRI गंभीर हृदय / hemodynamic मापदंडों यह आवश्यक है करने के लिए सुनिश्चित करें कि किसी भी hemodynamic परिवर्तन केवल दी गई दवा चुनौती के कारण पर निर्भर है. इसलिए यह vitally महत्वपूर्ण है कि पीसीओ ₂ स्तर आधारभूत अधिग्रहण के दौरान स्थिर रहना. यांत्रिक वेंटीलेशन शारीरिक स्थिरता सुनिश्चित करने में मदद कर सकते हैं, और अक्सर के इस प्रकार के प्रयोगों में इस्तेमाल किया है. लेकिन हम मुक्त साँस लेने में जानवरों का उपयोग भविष्य में अनुदैर्ध्य अध्ययन करने की संभावना के लिए खुला छोड़ करने के लिए चुना. इसके बजाय, हम बड़े पैमाने पर और बदल श्वसन दर और रक्त गैस मूल्यों पर नजर रखी सामान्य सीमाओं के भीतर शारीरिक स्थिरता सुनिश्चित करने के पहले कार्यात्मक स्कैन के शुरू और इस तरह से स्थिर संवहनी जेट की रक्षा के लिए और इस तरह टी 2 * / संकेत टी 2. सामान्य anesthetics के प्रभाव के बारे में साहित्य मस्तिष्क hemodynamics और metabolis के पर²⁰ प्रचुर मात्रा में है और इस पांडुलिपि के दायरे से परे है. हम इस विशिष्ट प्रोटोकॉल में ± 2 isoflurane% के साथ गैस संज्ञाहरण का उपयोग करने के लिए चुना है, क्योंकि साँस लेना anesthetics के साथ, संज्ञाहरण की गहराई तेजी से हो सकता है और आसानी से नियंत्रित कर सकते हैं. यह हमारे सेटअप में छवि अधिग्रहण के शुरू होने से पहले सामान्य श्रेणी स्थिर पीसीओ ₂ स्तर को सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण है. Isoflurane सबसे अधिक इस्तेमाल किया inhalant चतनाशून्य करनेवाली औषधि है और आज तेजी से शामिल है और वसूली है, जो अनुदैर्ध्य अध्ययन के लिए महत्वपूर्ण है के लिए अनुमति देता है. यह भी कम से कम हृदय और श्वसन अवसाद पैदा करता है और कंकाल की मांसपेशियों की अच्छी छूट लाती है.

दूसरी, चुनौतीपूर्ण दवा की नसों में प्रशासन के अधिक मनुष्यों की तुलना में छोटे पशुओं में जटिल है. सर्जरी है कि और्विक धमनी और शिरा की केन्युलेशन के लिए की जरूरत है अच्छी तरह से प्रशिक्षित और अनुभवी स्टाफ की आवश्यकता है. इन आक्रामक प्रक्रियाओं के कारण मुख्य रूप से टर्मिनल की प्रक्रिया में इस्तेमाल किया पल पर है. हालांकि, गैर इनवेसिव रक्त homeostasis और पूंछ नस इंजेक्शन की निगरानी अनुदैर्ध्य ²³ अध्ययन के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है.

इसके अलावा, वहाँ तकनीक है, है जो पशु phMRI के लिए विशिष्ट नहीं कर रहे हैं के लिए कुछ और अधिक सामान्य सीमाएं हैं. इसके अतिरिक्त, के रूप में मार्टिन और सिब्सन ^{11 के} द्वारा कहा, सभी fMRI अध्ययन के एक संभावित उलझन में डालना है कि यह माना जाता है कि मस्तिष्क गतिविधि में परिवर्तन चुनौती से पैदा परिधीय प्रणालीगत प्रभाव के बजाय neuronal गतिविधि में बदलाव को प्रतिबिंबित. गहरी मस्तिष्क संरचना में विशेष रूप से, neurovascular युग्मन के एक अपेक्षाकृत गरीब समझ neuronal गतिविधि में परिवर्तन और hemodynamic परिवर्तन के बीच संबंध रहता है. ¹⁰ Logothetis द्वारा प्रदर्शन के लिए प्रांतस्था में neurovascular युग्मन निर्धारित तरह के अध्ययन अभी तक नहीं मस्तिष्क के अन्य भागों में प्रदर्शन किया गया है. यह इसलिए महत्वपूर्ण संरचनाओं में बोल्ड संकेत में वृद्धि क्या इस तरह striatum से प्रमस्तिष्कखंड या कह है अज्ञात हैहमें neuronal गतिविधि के बारे में जी. हम इस क्षण में कह सकते हैं सबसे अच्छा है कि मस्तिष्क क्षेत्र को दी गई चुनौती के प्रति प्रतिक्रिया करता है और उपचार और / या शर्तों के आधार पर, हम मस्तिष्क जेट की महत्वपूर्ण परिवर्तन की निगरानी कर सकते हैं कि. यह मोटे तौर पर दोनों एमआरआई डेटा और शारीरिक प्रतिक्रियाओं को देख द्वारा सत्यापित किया जा सकता है. मस्तिष्क सक्रियण के सामान्य पैटर्न इस मामले में, एक उच्च स्फूर्तिदान के 5-HT, और नहीं के रूप में ज्यादा के रूप में एक सामान्य संवहनी प्रतिक्रिया में विशिष्ट क्षेत्र और साथ क्षेत्रों के लिए प्रतिबंधित होना चाहिए. इसके अलावा, संवहनी और hemodynamic परिवर्तन के बीच एक अलग प्रोफ़ाइल अस्थायी उम्मीद है. जबकि रक्तचाप में परिवर्तन कई मिनट के भीतर अपने आधारभूत मूल्यों को वापस करने के लिए, बोल्ड सक्रियण पर दवा का प्रभाव दिखाई Fluoxetine के मामले में छवि अधिग्रहण के अंत तक है और इस दवा का पता pharmacokinetic गुण के अनुरूप है. अंत में, सभी जानवरों के शारीरिक प्रतिक्रियाओं के समान हो सकता है क्रम में करने के लिए अंतर - विषय तुलना करने के लिए करना चाहिए. Nonetheleएस एस, यह ज्ञात है कि 5 हिंदुस्तान टाइम्स द्वारा स्थानीय रक्त प्रवाह की तंत्रिकाजन्य विनियमन ⁴ मौजूद है. इसलिए यह है कि बोल्ड संकेत के स्थानीय परिवर्तन संवहनी जहाजों की निकटता में 5 हिंदुस्तान टाइम्स के रिलीज होने के कारण परिवर्तन के गुण हो सकता है बाहर नहीं किया जा सकता है. हालांकि इन प्रभावों को स्थानीय neuronal सक्रियण के लिए नहीं जुड़े हैं और इस तरह झूठी सकारात्मक परिणाम के रूप में माना जा सकता है, यह भी 5-HT प्रणाली के समग्र विशेष समारोह ⁽³ भी देखें) की एक सूची है.

इस तकनीक का महत्वपूर्ण कदम इसलिए कर रहे हैं शारीरिक प्रतिक्रियाओं को बड़े पैमाने पर नजर रखने के लिए और यकीन है कि पशु की शारीरिक स्थितियों से पहले और छवि अधिग्रहण के दौरान स्थिर रहे हैं. इसके अलावा स्कैनर की स्थिति के रूप में संभव के रूप में स्थिर है और वास्तव में प्रत्येक जानवर के लिए एक ही होना चाहिए. आपके अनुक्रम के संकेत स्थिरता और अपने प्रयोग के शुरू होने से पहले जाँच की जानी चाहिए की पुष्टि की. इसके अलावा, यकीन है कि हमेशा बड़े पर्याप्त सांख्यिकीय शक्ति छोटे विषय चल मैदान के साथ भी,पी एस. पशु phMRI की प्रयोगात्मक आधार पर सामान्य रूप में एक अच्छी समीक्षा के लिए ^20, प्रबंधक देखना और औषधीय fMRI के लिए चूहों और चूहों में एक प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल के एक अतिरिक्त उदाहरण के लिए, फेरारी ⁵ देखना.

तकनीक के संभावित संशोधन यहाँ वर्णित कई हैं. एक सका:

1. चुनौती के रूप में एक और SSRIs के या 5-HT (चींटी) रिसेप्टर agonists के ^16,13,18,7 या भी एक डबल चुनौती के क्रम में दवा ^6,19 कार्रवाई की अंतर्निहित तंत्र प्रकट 5 - हिंदुस्तान टाइम्स, के लिए एक अलग दवा का उपयोग;
2. एक अलग संज्ञाहरण शासन, यांत्रिक वेंटीलेशन, रक्त पूल विपरीत एजेंटों के बजाय बोल्ड ^15, अनुदैर्ध्य अध्ययन (पशु जिंदा रखा जा जरूरत के रूप में एक अलग प्रयोगात्मक सेटअप है, का उपयोग करें, तो कोई आक्रामक रक्त गैस / रक्तचाप माप और / या यांत्रिक वेंटीलेशन संभव हो रहे हैं), या neuronal गतिविधि की रिकॉर्डिंग के रूप में अन्य तरीकों (आक्रामक) एमआर संगत तत्वों का उपयोग के साथ संयोजन भी¹⁰ या पीईटी SPECT / ⁴ पढ़ाई ctrodes;
3. 'पी' ब्लॉक ¹² McKie या कार्यात्मक कनेक्टिविटी ¹⁵ विश्लेषण की पद्धति के रूप में इस तरह के अलग एमआरआई डेटा विश्लेषण के तरीकों का उपयोग करें.

जो विकल्प आप प्रयोगात्मक सेटअप में बनाने की संभावनाओं और / या अपने प्रयोगशाला और अनुसंधान प्रश्न के प्रकार आप का जवाब चाहते हैं के भीतर अनुभव पर अत्यधिक निर्भर है.

हम खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है.

इस काम में वैज्ञानिक अनुसंधान के लिए नीदरलैंड संगठन (NWO) (Veni नहीं. 916.86.125), एल Reneman के लिए सम्मानित किया गया द्वारा वित्त पोषित है. funder अध्ययन डिजाइन में कोई भूमिका नहीं है, डेटा संग्रह और विश्लेषण, प्रकाशित करने का निर्णय, या पांडुलिपि की तैयारी की थी. ब्याज की कोई संघर्ष कर रहे हैं.

1. Abramoff,M.D., Magelhaes P.J., & Ram, S.J. Image Processing with ImageJ. Biophotonics International. 11, 36-42 http://rsbweb.nih.gov/ij/ (2004).
2. Anderson, I.M., McKie, S., Elliott, R., Williams, S.R., & Deakin, J.F. Assessing human 5-HT function in vivo with pharmacoMRI. Neuropharmacology. 55, 1029-1037 (2008).
3. Choi, J.K., Chen, Y.I., Hamel, E., & Jenkins, B.G. Brain hemodynamic changes mediated by dopamine receptors: Role of the cerebral microvasculature in dopamine-mediated neurovascular coupling. Neuroimage. 30, 700-712 (2006).
4. Cohen, Z., Bonvento, G., Lacombe, P., & Hamel, E. Serotonin in the regulation of brain microcirculation. Prog. Neurobiol. 50, 335-362 (1996).
5. Ferrari, L., et al. A robust experimental protocol for pharmacological fMRI in rats and mice. J. Neurosci. Methods. 204, 9-18 (2011).
6. Gozzi, A., et al. Differential effects of antipsychotic and glutamatergic agents on the phMRI response to phencyclidine. Neuropsychopharmacology. 33, 1690-1703 (2008).
7. Houston, G.C., et al. Mapping of brain activation in response to pharmacological agents using fMRI in the rat. Magn Reson. Imaging. 19, 905-919 (2001).
8. Jenkins, B.G., Sanchez-Pernaute, R., Brownell, A.L., Chen, Y.C., & Isacson, O. Mapping dopamine function in primates using pharmacologic magnetic resonance imaging. J. Neurosci. 24, 9553-9560 (2004).
9. Klomp, A., et al. Lasting effects of chronic fluoxetine treatment on the late developing rat brain: age-dependent changes in the serotonergic neurotransmitter system assessed by pharmacological MRI. Neuroimage. 59, 218-226 (2012).
10. Logothetis, N.K., Pauls, J., Augath, M., Trinath, T., & Oeltermann, A. Neurophysiological investigation of the basis of the fMRI signal. Nature. 412, 150-157 (2001).
11. Martin, C. & Sibson, N.R. Pharmacological MRI in animal models: A useful tool for 5-HT research? Neuropharmacology. 55, 1038-1047 (2008).
12. McKie, S., et al. Neuronal effects of acute citalopram detected by pharmacoMRI. Psychopharmacology (Berl). 180, 680-686 (2005).
13. Preece, M.A., et al. Evidence that increased 5-HT release evokes region-specific effects on blood-oxygenation level-dependent functional magnetic resonance imaging responses in the rat brain. Neuroscience. 159, 751-759 (2009).
14. Schwarz, A.J. et al. A stereotaxic MRI template set for the rat brain with tissue class distribution maps and co-registered anatomical atlas: application to pharmacological MRI. Neuroimage. 32, 538-550 (2006).
15. Schwarz, A.J., Gozzi, A., Reese, T., & Bifone, A. In vivo mapping of functional connectivity in neurotransmitter systems using pharmacological MRI. NeuroImage. 34, 1627-1636 (2007).
16. Sekar, S., et al. Neuroadaptive responses to citalopram in rats using pharmacological magnetic resonance imaging. Psychopharmacology (Berl). 213, 521-531 (2011).
17. Smith, S.M., et al. Advances in functional and structural MR image analysis and implementation as FSL. NeuroImage. 23 Suppl 1, S208-S219 (2004).
18. Stark, J.A., McKie, S., Davies, K.E., Williams, S.R., & Luckman, S.M. 5-HT(2C) antagonism blocks blood oxygen level-dependent pharmacological-challenge magnetic resonance imaging signal in rat brain areas related to feeding. Eur. J. Neurosci. 27, 457-465 (2008).
19. Stark, J.A., Davies, K.E., Williams, S.R., & Luckman, S.M. Functional magnetic resonance imaging and c-Fos mapping in rats following an anorectic dose of m-chlorophenylpiperazine. NeuroImage. 31, 1228-1237 (2006).
20. Steward, C.A., Marsden, C.A., Prior, M.J., Morris, P.G., & Shah, Y.B. Methodological considerations in rat brain BOLD contrast pharmacological MRI. Psychopharmacology (Berl). 180, 687-704 (2005).
21. Strupp, J.P. Stimulate: A GUI based fMRI Analysis Software Package. NeuroImage. 3, S607 http://www.cmrr.umn.edu/stimulate/ (1996).
22. Tomasi, D., et al. Methylphenidate enhances brain activation and deactivation responses to visual attention and working memory tasks in healthy controls. Neuroimage. 54, 3101-3110 (2011).
23. Woolrich, M.W., et al. Bayesian analysis of neuroimaging data in FSL. NeuroImage. 45, S173-S186 http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/feat5/ (2009).
24. Worsley, K.J. Statistical analysis of activation images in Functional MRI: An Introduction to Methods. Jezzard, P., Matthews, P.M., & Smith, S.M., eds., OUP (2001).

0 Comments

You must be signed in to post a comment. Please sign in or create an account.