تصوير الأعصاب وظيفية عن طريق الموجات فوق الصوتية تعطيل حاجز الدم في الدماغ والتصوير بالرنين المغناطيسي المنغنيز معززة لل

الهدف العام من التجربة التالية هو تصوير النشاط العصبي للفأر باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي المعزز بالمنجنيز. يتم ذلك عن طريق تحفيز الـ vibrancy من جانب واحد ورسم خريطة للاستجابة العصبية في القشرة المخية لمجال البرميل المقابل. تتمثل الخطوة الأولى في تجميع ومعايرة نظام الموجات فوق الصوتية الذي يتكون من محول طاقة للموجات فوق الصوتية غير مركزي يتم تشغيله بواسطة مولد إشارات ومضخم من أجل التجربة.

بعد حقن المنجنيز داخل الصفاق، يتم فتح الحاجز الدموي الدماغي باستخدام الموجات فوق الصوتية والفقاعات الدقيقة، مما يسمح للمنجنيز بالدخول إلى متْن الدماغ. بعد ذلك، يخضع الفأر لنموذج تحفيز عصبي، مما يؤدي إلى تراكم أعلى للمنجنيز في المناطق الأكثر نشاطاً في الدماغ. وأخيراً، يتم الحصول على صور بالرنين المغناطيسي تظهر اختلافات إقليمية في شدة صورة الرنين المغناطيسي المرجحة بـ T one بناءً على مستويات مختلفة من تراكم المنجنيز داخل الدماغ.

في علم الأعصاب، يُعد الفأر هو النظام النموذجي السائد لدراسة الأسس الجينية والجزيئية لتطور الدماغ والأمراض المرتبطة به. توفر هذه التقنية أداة غير جراحية لرسم خريطة النشاط العصبي في هذه النماذج من الفئران. ولا يقتصر استخدام التعطيل بالموجات فوق الصوتية للحاجز الدموي الدماغي على إيصال المنجنيز إلى متن الدماغ لأغراض التصوير العصبي الوظيفي فحسب، بل يمكن استخدامه أيضاً لإيصال مجموعة واسعة من المركبات الأخرى إلى متن الدماغ، بما في ذلك عوامل التباين القائمة على الجادولينيوم أو العلاجات الكيميائية.

بشكل عام، سيواجه الأشخاص الجدد في هذه الطريقة صعوبة في معايرة نظام الموجات فوق الصوتية والتعامل مع الأنابيب الدقيقة. وسيقوم كل واحد من الفنيين في مختبرنا بتوضيح هذا الإجراء. يتكون نظام الموجات فوق الصوتية من محول طاقة للموجات فوق الصوتية أحادي العنصر، بقطر واسع بما يكفي لتغطية دماغ الفأر، وتردد مركزي في نطاق 2 MHz.

يتم تشغيل المحول بواسطة مولد إشارات ومضخم قدرة بقوة 50 decibel، مما ينتج تسلسلاً من نبضات الموجات فوق الصوتية. قم بمعايرة نظام الموجات فوق الصوتية في خزان مياه. ضع الميكروفون المائي في قاع الخزان وضع المحول فوقه باستخدام منصة إزاحة ثلاثية المحاور.

بعد ذلك، قم بتطبيق سلسلة قصيرة من النبضات الجيبية على المحول واضبط المنصة لتحديد استجابة الذروة، والتي يجب أن تكون في مركز شعاع الموجات فوق الصوتية والبؤرة الطبيعية للمحول. بعد ذلك، قم بإجراء عدة قياسات للضغط الصوتي عبر نطاق من فولتات الدخل واستخدم الانحدار الخطي لتقدير العلاقة بين فولت الدخل والضغط الصوتي. حدد سعة النبضة اللازمة لتوليد ذروة ضغط صوتي سلبي تبلغ حوالي 0.36 megapascals.

في هذه الخطوة، يتم تخدير الحيوان عن طريق إيصال isof fluorine عبر القمع الأنفي. يجب أن يعمل جهاز القمع الأنفي على تثبيت رأس الحيوان بدقة وموثوقية في الموضع نفسه في كل مرة؛ حيث يتم استخدام وسادة هوائية للحفاظ على الرأس في وضعية الجمجمة المسطحة أثناء التجربة، ولمراقبة معدل التنفس ومعايرة المخدر للحفاظ على معدل تنفس يتراوح بين 85 و125 نفساً في الدقيقة. وفي الوقت ذاته، يتم مراقبة درجة حرارة الحيوان باستخدام مسبار شرجي والحفاظ على درجة حرارة جسمه باستخدام مصباح حراري أو هواء مندفع.

بعد ذلك، قم بتركيب قسطرة في الوريد الذيلي وقسطرة داخل الصفاق للحيوان. والخطوة التالية هي تشذيب الشعر لإثبات التحفيز أحادي الجانب للعصب VII ورسم خريطة الاستجابة العصبية في القشرة البرميلية في الجانب المقابل. قم بقطع العصب VII في الجانب المقابل لأقرب نقطة ممكنة من سطح الجلد دون تهييج الجريب أو الجلد المحيط.

ثم انقل الحيوان إلى نظام الموجات فوق الصوتية وضع جل الموجات فوق الصوتية على فروة الرأس، ثم ضع ورقة بلاستيكية رقيقة سفلية تحتوي على عمود مائي فوق الرأس. استخدم مسحة قطنية عبر العمود المائي لإخراج أي فقاعات هواء محبوسة في جل الموجات فوق الصوتية. بعد ذلك، ضع محول الموجات فوق الصوتية في الماء عند مسافة التركيز الطبيعية مباشرة فوق دماغ الفأر، وامسح المحول بإصبعك لإزالة أي فقاعات هواء محبوسة.

بعد ذلك، قم بتحضير الكرات الدقيقة لليبيد بيرين عبر رج القارورة في جهاز الرج لمدة 45 ثانية أثناء العمل. اترك القارورة في درجة حرارة الغرفة، ولكن قم بتخزينها في الثلاجة بعد آخر استخدام في اليوم وقبل الاستخدام الأول في اليوم التالي. وفي الأيام اللاحقة، قم برج القارورة المخزنة في جهاز الرج مرة أخرى.

بعد ذلك، قم بحقن 0.5 millimole per kilogram من كلوريد المنجنيز داخل الصفاق، وانتظر لمدة 10 minutes للسماح بتوزيعه. ثم قم برج قارورة الفقاعات الدقيقة يدويًا لمدة one minute لإعادة تعليق الكريات الدقيقة. لاحقاً، اسحب 30 µL بالإضافة إلى الحجم الميت للقسطرة.

احرص على عدم حقن الهواء في القارورة لأن ذلك سيؤدي إلى تحلل الفقاعات الدقيقة المتبقية. ابدأ فوراً بتسلسل نبضات الموجات فوق الصوتية واحفن الكرات المجهرية عبر قسطرة الوريد الذيلي بأقل تأخير ممكن. استمر في عملية التصويت لمدة ثلاث دقائق.

ثم قم بإيقاف تشغيل نظام الموجات فوق الصوتية. وبعد استقرار مستوى المنجنيز في الدماغ لمدة 40 دقيقة تقريبًا، أوقف تشغيل الإيزوفلوران وأزل القمع الأنفي. عند هذه النقطة، ابدأ نموذج التحفيز العصبي لرسم خريطة قشرة الحقل البرميلي.

حرك فرشاة رسم بحركة دائرية بتردد يتراوح بين 1 إلى 5 hertz تقريباً عبر مصفوفة الاهتزاز (vibra array) المقابلة لمدة 90 دقيقة. استأنف التخدير بعد التحفيز، ثم استمر في الحفاظ على درجة حرارة الجسم ومعايرة مستوى isof fluorine للوصول إلى معدل تنفس يتراوح من 85 إلى 125 نفساً في الدقيقة. بعد ذلك، ضع الفأر في ملف MRI وانقله إلى نظام MRI.

بعد ذلك، يتم الحصول على صور T1 الموزونة عالية الدقة للـ DT الثلاثة كما هو موضح هنا. يؤدي اختلال الحاجز الدموي الدماغي بعد إعطاء عامل تباين يقصر زمن T1، مثل المنجنيز أو عامل قائم على الغادولينيوم، إلى زيادة الإشارة في متنه الدماغ عند مقارنتها بالأدمغة التي لم يتم فيها إجراء BOMA. تظهر هنا خرائط النشاط العصبي الناتجة عن تحفيز risi أحادي الجانب في سبعة حيوانات في العمود الأول.

تظهر خرائط الفرق في موقعين مختلفين زيادة في إشارة MRI في الجانب المقابل للمنطقة التي تم تحفيزها بواسطة brissy. وفي العمود الثاني، تشير خرائط p-value إلى الأهمية النسبية لهذه الفروق. أما في العمود الثالث، فتوضح مخططات أطلس الدماغ المقابلة أن هذه المناطق النشطة تتوافق مع الحقل البرميلي للقشرة الحسية الأولية.

مع الممارسة، يمكن تنفيذ هذه التقنية في نحو ساعتين بالإضافة إلى مدة المحاكاة. وعند إجراء العملية، من المهم تذكر رجّ قارورة الفقاعات الدقيقة قبل الحقن، والحرص على عدم حقن أي هواء داخل القارورة. بالإضافة إلى ذلك، من المهم التأكد من عدم وجود فقاعات هواء محتبسة في هلام الموجات فوق الصوتية أو أسفل محول الطاقة الخاص بجهاز الموجات فوق الصوتية.

لهذا العرض التوضيحي، اخترنا تحفيز الشوارب، ولكن من الواضح أنه يمكن تكييف هذه التقنية لدراسة أي محفز ذي أهمية. بعد الإجراء، يمكن للحيوان التعافي تمامًا، مما يسمح بإجراء الدراسات الطولية.