التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي الوظيفي لقشرة برميل الفئران أثناء تحفيز الشعيرات

الملخص

المصدر: Blanc، J.، et al. التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي الوظيفي عند 7 طن في قشرة برميل الفئران أثناء تنشيط الشعيرات. J. Vis. Exp. (2019)

يوضح هذا الفيديو طريقة تحليل التغيرات الأيضية في قشرة برميل الفئران باستخدام التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي الوظيفي أثناء تحفيز الشعيرات. تتم مقارنة أطياف مستقلبات خط الأساس مع الأطياف المحفزة للكشف عن زيادة اللاكتات في قشرة البرميل ، مما يؤكد التنشيط العصبي الناجح.

البروتوكول

تمت مراجعة جميع الإجراءات التي تنطوي على نماذج حيوانية من قبل اللجنة المؤسسية المحلية لرعاية ومجلس المراجعة البيطرية JoVE.

1. اكتساب التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي المعتمد على مستوى الأكسجين في الدم (BOLD fMRI)

1. ضع دماغ الفئران بحيث يكون في وضع مستقيم واستخدم قضبان الأذن للحفاظ عليه. ضع ملف مصفوفة الحجم فوق رأس الفئران (الشكل 1 أ) وقم بإصلاحه باستخدام شريط لاصق. تأكد من أن الشراع يتحرك بشكل صحيح (حركة أمامية خلفية ، وعدم دوران ، وعدم احتكاك الشراع) عند تشغيل نظام نفخة الهواء ؛ ثم قم بإيقاف تشغيله.
2. أدخل السرير والملف في وسط المغناطيس. تأكد من أن الشراع لا يزال يتحرك بشكل صحيح بمجرد أن يكون السرير داخل المغناطيس عندما يكون نظام نفخة الهواء قيد التشغيل ؛ ثم قم بإيقاف تشغيله. التبديل تماما من الأيزوفلوران إلى ميديتوميدين (معدل التروية: 20 ميكرولتر / دقيقة).
3. تأكد من أن الجرذ في موقع جيد باستخدام تسلسل التوطين (وقت الصدى ، TE = 2.5 مللي ثانية ؛ وقت التكرار ، TR = 100 مللي ثانية ؛ المتوسط = 1 ؛ التكرار = 1 ؛ الشريحة = 1 مم ؛ حجم الصورة = 256 × 256 ؛ مجال الرؤية (FOV) = 50 × 50 مم ؛ وقت المسح = 12 ثانية 800 مللي ثانية). اسحب علامة التبويب تسلسل المترجم إلى اسم التعليمات وانقر فوق متابعة.
4. اسحب علامة تبويب تسلسل T2_Star_FID_EPI (T2 * - وزن الحث الحر انحلال الصدى تصوير مستو) إلى اسم التعليمات ، وقم بتوسيط مجال الرؤية في منتصف الدماغ ، وانقر فوق علامة التبويب "النظام الأساسي للضبط" لفتح تعليمات المسح المحررة. سجل خريطة B0 وانتقل إلى رقائق المسح.
   ملاحظة: لخريطة تجانس المجال المغناطيسي (B0) ، استخدم المعلمات التالية: وقت الصدى الأول = 1.65 مللي ثانية. TR = 20 مللي ثانية ، متوسط = 1 ؛ زاوية الوجه = 30 درجة ؛ تباعد الصدى = 3.805 مللي ثانية ؛ شريحة = 58 مم ؛ حجم الصورة = 64 × 64 × 64 ؛ مجال الرؤية = 58 × 58 × 58 مم ؛ وقت المسح = 1 م 24 ثانية 920 مللي ثانية. بالنسبة للرقاقة المسحية ، استخدم المعلمات التالية: الإثارة الانتقائية voxel = وضع اكتساب الصدى المحفز (STEAM) النبض الغوسي ؛ TE = 5 مللي ثانية؛ وقت الخلط = 10 مللي ثانية ؛ مدة الاستحواذ = 204.8 مللي ثانية؛ عرض النطاق الترددي = 10,000 هرتز ؛ وقت السكون = 50 ميكرو ثانية).
5. ابدأ تسلسل Star_FID_EPI T2 (TE = 16.096 مللي ثانية ؛ TR = 500 مللي ثانية؛ المتوسط = 1 ؛ التكرار = 600 ؛ شريحة = 1 مم ؛ أربع شرائح متتالية حجم الصورة = 128 × 128 ؛ مجال الرؤية = 20 × 20 مم ؛ عرض النطاق الترددي = 333,333.3 هرتز ؛ وقت المسح = 5 دقائق و 00 ثانية).
   ملاحظة: نظرا لمنفذ منطق الترانزستور والترانزستور (TTL) ، ستبدأ إشارة الزناد الخارجية نظام نفخة الهواء في نفس الوقت. النموذج = [تنشيط 20 ثانية + راحة 10 ثوان] × 10 ، لمدة إجمالية ل 600 عملية مسح ، 500 مللي ثانية لكل مسح. تتمركز الشرائح في منتصف منطقة حقل البرميل.
6. احصل على تسلسل توطين آخر (مثل التسلسل الموصوف في الخطوة 5.3) للمقارنة مع التسلسل الأول والتحقق مما إذا كان الجرذ قد تحرك أثناء تسلسل T2_Star_FID_EPI.
7. قم بإحضار السرير إلى موضعه الأولي ، وقم بإزالة ملف مصفوفة الحجم ، وقم بتوصيل ملف السطح.

2. معالجة جريئة

1. افتح ملف T2 Star_FID_EPI واقرأ صورة T2 Star_FID_EPI في عرض الصور. افتح نافذة بدء التشغيل لوحدة التحكم الوظيفية ، والتي تسمى FunController.
2. في علامة التبويب المعالجة هذه، حدد نافذة التصوير الوظيفي وحدد بروتوكول التحفيز (مدة وتناوب فترات التشغيل/الإيقاف المقابلة للنموذج المستخدم).
3. حدد نافذة البروتوكول (مجموعة البيانات التي تحتوي على 600 إطار) وأدخل القيمة 40 في علامة التبويب On Period و 20 في علامة التبويب Off Period. انقر فوق علامة التبويب Invert Attribution واسحب شريط تمرير Stimulation States إلى اليسار لتحديد القيمة 1.
4. في نافذة المعالجة المسبقة ، انقر فوق مرشح الوسيط في المستوى للمعالجة المسبقة ومرشح الوسيط (2D ، 3D) للمعالجة اللاحقة.
5. انقر فوق علامة التبويب "تنفيذ" واسحب المؤشرات لضبط جدول البحث عن التراكب. تصور منطقة الدماغ المنشطة (الشكل 1 ب).

3. التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي للبروتون (1H-MRS) عمليات الاستحواذ

1. لوضع ملف السطح بشكل صحيح ، قم بتعديل موضع رأس الفئران. قم بتدوير الرأس (حوالي 30 درجة في اتجاه عقارب الساعة) بحيث يمكن وضع ملف السطح (الشكل 1 أ) فوق قشرة البرميل الأيسر مباشرة بينما يكون أفقيا ويقع في مركز المغناطيس عندما يكون داخل المغناطيس.
2. ضع الملف السطحي ، وثبته على دماغ الفئران باستخدام شريط لاصق (الشكل 2 ب) ، وتحقق من أن الشراع يتحرك بشكل صحيح (حركة أمامية خلفية ، وعدم دوران ، وعدم احتكاك الشراع) عند تشغيل نظام نفخ الهواء ؛ ثم قم بإيقاف تشغيله عند المفتاح الرئيسي.
3. تأكد من أن الشراع يتحرك بشكل صحيح بمجرد أن يكون السرير داخل المغناطيس عند تشغيل نظام نفخ الهواء. ثم قم بإيقاف تشغيله.
4. تأكد من وضع الجرذ بشكل صحيح باستخدام تسلسل التوطين. تعيين المعلمات على النحو التالي: TE = 2.5 مللي ثانية ؛ TR = 100 مللي ثانية ؛ المتوسط = 1 ؛ التكرار = 1 ؛ شريحة = 1 مم ؛ حجم الصورة = 256 × 256 ؛ مجال الرؤية = 50 × 50 مم ؛ وقت المسح = 12 ثانية 800 مللي ثانية.
   1. اسحب علامة تبويب تسلسل المترجم إلى نافذة اسم التعليمات وانقر فوق علامة التبويب "متابعة" لتنفيذ برنامج الفحص.
5. عندما يكون توطين الدماغ صحيحا ، اسحب علامة تبويب تسلسل التوربو السريع T2 مع تحسين الاسترخاء (T2_TurboRARE) في نافذة اسم التعليمات وانقر فوق متابعة لتنفيذ برنامج الفحص. ستسمح هذه الصور التشريحية ، جنبا إلى جنب مع الاستحواذ السابق على BOLD fMRI ، بالتوطين الصحيح للفوكسل في حقل البرميل الحسي الجسدي الأولي أو S1BF ، ل MRS.
   ملاحظة: معلمات T2_TurboRARE هي 14 شريحة ، 2 مم لكل شريحة ، مجال الرؤية = 2.5 × 2.5 سم ، TE = 100 مللي ثانية ، TR = 5,000 مللي ثانية ، المصفوفة = 128 × 128 ، زمن التسلسل = 2 دقيقة و 40 ثانية.
6. اسحب علامة تبويب تسلسل الترجمة عن طريق إعادة التركيز الانتقائي ثابت الأبعاد (LASER) إلى نافذة اسم التعليمات، وضع الفوكسل (ارتفاع 2 مم، طول 2.5 مم، عمق 3 مم) في وسط منطقة S1BF.
   1. استخدم أطلس دماغ الفئران وتحسين BOLD fMRI لتوطين المنطقة على صور T2 (الشكل 3). انقر فوق علامة التبويب "النظام الأساسي للضبط" لفتح تعليمات الفحص المعدلة. انقر فوق علامة التبويب Wobble وقم بتغيير المعاوقة (التحميل الإلكتروني) لملف الاستقبال قليلا لضبطه. انقر فوق علامة التبويب "تطبيق" عند انتهاء الضبط لإغلاق محرر التعليمات وتطبيق التغييرات في التعليمات التي تم تحريرها.
7. سجل خريطة B0 وتابع مسح الرقاقة ثم قم بإجراء رقابة محلية.
   ملاحظة: بالنسبة لخريطة B0 ، استخدم المعلمات التالية: وقت الصدى الأول = 1.65 مللي ثانية. TR = 20 مللي ثانية ، متوسط = 1 ؛ زاوية الوجه = 30 درجة ؛ تباعد الصدى = 3.805 مللي ثانية ؛ شريحة = 58 مم ؛ حجم الصورة = 64 × 64 × 64 ؛ مجال الرؤية = 58 × 58 × 58 مم ؛ وقت المسح = 1 م 24 ثانية 920 مللي ثانية. بالنسبة لرقاقة المسح ، استخدم المعلمات التالية: الإثارة الانتقائية فوكسيل ، نبض STEAM Gaussian ؛ TE = 5 مللي ثانية؛ وقت الخلط = 10 مللي ثانية ؛ مدة الاستحواذ = 204.8 مللي ثانية؛ عرض النطاق الترددي = 10,000 هرتز ؛ وقت السكون = 50 ميكرو ثانية. بالنسبة للرقائق المحلية ، استخدم المعلمات التالية: قمع المياه ، والطاقة المتغيرة ، ومدة اكتساب الاسترخاء الأمثل (VAPOR) = 1،363.15 مللي ثانية ؛ النقاط = 4,096 ؛ عرض النطاق الترددي بالهرتز = 3,004.81 هرتز؛ عرض النطاق الترددي بجزء في المليون (أجزاء في المليون) = 10 جزء في المليون ؛ وقت السكون = 166.40 ميكرو ثانية ؛ الدقة الطيفية = 0.37 هرتز / نقطة. معلمات الليزر هي: وقت الصدى = 19.26 مللي ثانية. TR = 2,500 مللي ثانية; المتوسطات = 128 أو 32 ؛ وقت المسح = 5 دقائق و 20 ثانية أو 1 دقيقة و 20 ثانية ؛ نقاط الاستحواذ = 4,096.
8. أداء 1H-MRS.
   1. ابدأ الاستحواذ على 1H-MRS أولا خلال فترة الراحة (4 × 32 مسح بالليزر + 128 مسح بالليزر ؛ 2,500 مللي ثانية لكل مسح).
   2. احصل على تسلسل توطين آخر (مثل التسلسل الموصوف في الخطوة 5.3) للمقارنة مع التسلسل الأول المسجل والتأكد من أن الجرذ لم يتحرك أثناء اكتساب الليزر.
   3. قم بإجراء 1H-MRS أثناء تنشيط الشعيرات باستخدام تسلسل LASER (4 × 32 مسح بالليزر + 128 مسح بالليزر ؛ 2,500 مللي ثانية لكل مسح) مع تشغيل نظام نفخة الهواء (النموذج = 20 ثانية من التنشيط و 10 ثوان من الراحة).
   4. مرة أخرى ، قم بإجراء تسلسل توطين للتحقق مما إذا كان الجرذ قد تحرك.
      ملاحظة: يمكن تكييف عدد عمليات المسح وفترات الراحة / التنشيط وتعديلها ، ولكن تأكد دائما من أن الجرذ لا يتحرك من خلال إجراء تسلسل التوطين بانتظام.

النتائج

فئة الشكل = 'الصورة image_resized image-style-align-center' style='display:table;margin-left;auto;margin-right:auto;width:75٪;'>

الشكل 1: BOLD fMRI. (أ) وضع ملف مصفوفة الحجم. رأس الجرذ في وضع أفقي ومسدود بواسطة قضبان الأذن. تأكد من أن الشراع يتحرك بحرية ولا يتم حظره بواسطة الملف أو سرير التصوير بالرنين المغناطيسي. (ب) إشارة BOLD نموذجية في قشرة ال...

المواد