كامل الدماغ تنشيط 3D ورسم خرائط الاتصال الوظيفي في الفئران باستخدام التصوير بالموجات فوق الصوتية وظيفية عبر الجمجمة

الموجات فوق الصوتية الوظيفية هي طريقة تصوير عصبي جديدة تسمح برسم خرائط لحجم الدم الدماغي في دماغ القوارض الحية. باستخدام التصوير موجة الطائرة فائقة السرعة، يمكننا قياس استجابات الدماغ الحيوية بأكملها مع دقة مؤقتة خاصة لا مثيل لها والحساسية. يشرح هذا البروتوكول كيفية إجراء التصوير بالموجات فوق الصوتية الوظيفية عبر الجمجمة في الفئران ، سواء للتجارب الحيوانية المخدرة والمستيقظة.

بالمقارنة مع غيرها من تقنيات التصوير الوظيفي الدماغ كله مثل FMRI، الموجات فوق الصوتية وظيفية يوفر قابلية عالية، وسهولة الاستخدام ويسمح للتجارب في مواضيع مستيقظا وتتحرك بحرية، وتجنب التحيز التخدير وتمكين الدراسات السلوكية. حتى وقت قريب، كان التصوير FUS يستخدم فقط بالتعاون مع خبير الموجات فوق الصوتية. الآن ، هذه التكنولوجيا متاحة لمجتمع علم الأعصاب الواسع ، وذلك بفضل الماسحات الضوئية المتاحة تجاريا والبرامج المخصصة لتصوير الدماغ قبل السريرية ، مما يجعل FUS سهلة الاستخدام دون أي خلفية في الموجات فوق الصوتية.

لجلسة تصوير مخدرة، ضع مرهم العين على عيون الماوس لتجنب أي تلف في القرنية وحلاقة رأس الماوس باستخدام هزة. ضعي بعض الكريمة مزيلة الشعر وشطفيها بعد بضع دقائق. كرر هذا حتى تتم إزالة الشعر تماما.

أدخل دبابيس تحت الجلد في الأطراف لتسجيل تخطيط القلب ووضع هلام الموجات فوق الصوتية الطرد المركزي على الرأس. بالنسبة لتجارب الفئران المستيقظة ، يلزم إجراء جراحة أولية لتثبيت الرأس. ضع الماوس المخدر وإطار مجسم على وسادة تسخين 37 درجة مئوية.

تطبيق هلام واقية للعيون وإدارة تحت الجلد الليدوكائين تحت فروة الرأس باستخدام إبرة قياس 26، ثم انتظر بضع دقائق. إجراء شق بعد خياطة القوس من وراء العظام القذالية إلى بداية عظم الأنف، ثم استخدام مقص الجراحية لاستئصال الجلد على نصفي الكرة الأرضية. تنظيف الجمجمة مع محلول اليود واحد في المئة وإزالة أي periosteum المتبقية.

باستخدام لوحة الرأس كقالب، وضع علامة على اثنين من الثقوب في الجمجمة لوضع مسامير الرسو. وضع لوحة الرأس مع مسامير واستخدام الاسمنت الأسنان لإصلاح مسامير ولوحة الرأس في الجزء الأمامي والخلف من الإطار للحفاظ على قبضة جيدة من زرع. إزالة الحيوان من الإطار المجسم بعد الأسمنت جاف وعكس التخدير عن طريق الحقن تحت الجلد من ملليغرام واحد لكل كيلوغرام من الاتيباميزول.

إدارة ميلوكسيكام وقائية لآلام ما بعد العملية الجراحية. ضع غطاء مغناطيسيا مطبوعا ثلاثي الأبعاد فوق لوحة الرأس للحماية واترك الماوس يتعافى لمدة أربعة إلى ستة أيام قبل بداية التعود على القفص المنزلي المتنقل. ضع الحيوان في قفص الإنعاش على منصة التدفئة لبضع ساعات، ثم أعد الفأر إلى قفصه المنزلي مع زملائه القمامة.

في اليوم الرابع والخامس بعد التعافي ، قم بتثبيت الماوس مرارا وتكرارا على القفص المنزلي المتنقل وزيادة وقت الرأس الثابت تدريجيا ، بدءا من خمس دقائق وحتى 30 دقيقة. تطبيق بعض هلام المالحة والموجات فوق الصوتية إلى نافذة التصوير لتعود الماوس. كرر هذه العملية في اليوم السادس بعد التعافي.

بدء تشغيل البرنامج وإنشاء جلسة عمل تجربة. انتقل إلى قائمة مسبار الحركة لضبط موضع مسبار الموجات فوق الصوتية باستخدام لوحة مفاتيح التنقل. بدء اقتناء عرض العيش وضبط موقف التحقيق إذا لزم الأمر عن طريق التصوير في الوقت الحقيقي لحجم الدم الدماغي الحيواني، أو CBV.

قم بمحاذاة الدماغ في مركز الصورة، ثم قم بتحسين معلمات التصوير لالتقاط أعلى نسبة إشارة إلى الضوضاء. افتح خيار Angio 3D لبرنامج الاستحواذ. على لوحة مسبقا، وضبط الشريحة الأولى، شريحة الماضي والمعلمات المسح حجم الخطوة من أجل مسح الدماغ كله وبدء الاستحواذ.

اترك برنامج الاستحواذ مفتوحا وابدأ تشغيل البرنامج لتحليل البيانات والتصور ، ثم قم بتحميل المسح الضوئي ثلاثي الأبعاد Angio. انتقل من خلال حجم الاستحواذ باستخدام لوحة طرق العرض الثلاث وحدد اتجاه المسح الإكليلي أو الأمامي الأمامي أو الوضعي. انتقل إلى لوحة تسجيل الدماغ وتحميل قالب مرجع الماوس لعملية التسجيل.

تسجيل المسح الضوئي على "آلية الإحداثيات الشائعة الماوس ألين" باستخدام التلقائي بالكامل أو وسائط التسجيل اليدوي. تحقق من النتيجة من خلال النظر في التراكب من المسح الضوئي 3D أنجيو والقالب المرجعي، أو من خلال النظر في التراكب من المسح الضوئي وأطلس المراجع ألين باستخدام لوحة مدير أطلس. حفظ التسجيل كملف BPS.

في برنامج استوديو ICO، تأكد من تحميل المسح الوعائي وملف BPS الخاص به. اذهب إلى لوحة الملاحة الدماغية. في لوحة مدير أطلس، انتقل من خلال الماوس ألين الدماغ أطلس مع الملاح شجرة الطفل الأم.

العثور على المناطق المستهدفة التشريحية وتحديدها لفرضها على المسح الضوئي في وجهات النظر الثلاث. تصور المناطق المستهدفة في لوحة العرض الثلاثة واختر مستوى تصوير يتداخل مع المناطق المستهدفة للتجربة من خلال وضع علامتين يدويا على الموضع التاجي الذي يتضمن المنطقة ذات الاهتمام. انقر على نظام تحديد المواقع الدماغ، أو BPS، لاستخراج الإحداثيات الحركية الناتجة التي تتوافق مع موقف التحقيق لتصوير الطائرة المستهدفة.

تحقق من معاينة الصورة التي يتم حسابها من مسح الأوعية. في برنامج المسح الضوئي ICO، أدخل لوحة تحديد المواقع المسبار وانقر على إدخال إحداثيات BPS، ثم تطبيق الإحداثيات المستخرجة، مما تسبب في المسبار للتحرك ومحاذاة على الطائرة التصوير المستهدفة. إجراء عملية اقتناء عرض مباشرة والتحقق من أن مستوى التصوير الحالي يتوافق مع التنبؤ.

Predefine تسلسل التحفيز، بما في ذلك وقت التحفيز، وقت تحفيز الفائدة، وعدد من التكرار. قم بتشغيل تسلسل FUS ثلاثي الأبعاد من خلال تحديد إجمالي وقت الامتلاك وعدد المناصب والوقت الفاصل بين المواضع. للتحفيز التلقائي المتزامن مع نظام الاستحواذ من خلال إدخال TTL، حدد الخيار trig in قبل بدء عملية الاستحواذ.

افتح عملية الاستحواذ في برنامج استوديو ICO وأدخل قائمة خريطة التنشيط، ثم املأ حقل نمط التنشيط بأوقات البدء والنهاية واحسب خريطة التنشيط. ضبط معلمات العرض للتصور وتصدير خريطة التنشيط كملف H5 للتحليل دون اتصال. قم بتشغيل تسلسل FUS ثلاثي الأبعاد من خلال تحديد إجمالي وقت الامتلاك وعدد مواقع طائرة التصوير والوقت الميت بين المواقف.

حفظ الاستحواذ وتحميله في برنامج استوديو ICO. إذا لزم الأمر، قم بتحميل ملف BPS وإطار عمل تنسيق دماغ الماوس ألين. في مدير أطلس، حدد مناطق الأطلس كمنااطق ذات أهمية.

أدخل قائمة التوصيل الوظيفي وحدد المناطق المرغوبة ومدير عائد الاستثمار. تصور النتائج كمصفوفة اتصال أو خريطة ارتباط قائمة على البذور، ثم حدد وضبط مرشحات عرض النطاق الترددي كما هو مرغوب فيه وتصدير نتائج الارتباط للتحليل الإحصائي. تم استخدام هذا البروتوكول للقياس الكمي ثلاثي الأبعاد للاختلافات الديناميكية الدماغية عبر الجمجمة في دماغ الماوس.

تم اختيار تحفيز شعيرات كمثال على التحفيز الحسي أثار الاستجابة. تم تحديد التنشيط الهامة مع دقة طراز خطي عام أو GLM باستخدام دالة استجابة ديناميكية الماوس الافتراضية. كان إجمالي وقت التجربة 760 ثانية ، مع خط أساس 60 ثانية ، وتحفيز 80 ثانية ، ووقت نقاهة 60 ثانية يتكرر خمس مرات.

باستخدام مسار الوقت الحكيم voxel من القشرة الحسية سوماتوسينسيسوري الأولية العكسية، منطقة حقل برميل، أو S1BF، كشفت عن زيادة 15 إلى 20٪ من CBV مقارنة مع خط الأساس. تم تطبيق نفس النموذج في رأس ثابتة تتصرف الماوس في قفص المنزل المحمول باستخدام مسبقا مستيقظا من مسح ICO. تظهر خريطة التنشيط بعد تجربة تحفيز شعيرات متعددة هنا.

تم تحديد التنشيط الهامة مع دقة GLM باستخدام دالة استجابة ديناميكية الماوس الافتراضي. وقد تطبيع الارتباطات الزمنية منخفضة التردد تقلبات CBV عفوية بين مناطق الدماغ 3D في الماوس مخدر الكيتامين xylazine تظهر هنا. كشف التحليل القائم على البذور والحصين الظهري عن الموصلية الكبيرة بين نصف الكرة الأرضية بين قرن آمون الأيمن والأيسار ، بالإضافة إلى مناطق فرس النهر الرجعية الأعمق والمجاملات piriform.

كما أسفرت منطقة البذور المختارة في S1BF عن نمط ارتباط متناظر. النقطة الحاسمة للتجارب الناجحة هي إعداد الحيوانات ، ولا سيما مستوى التخدير للتجارب التي تنطوي على الحيوانات المخدرة وحماية الجمجمة في التجارب على الحيوانات المستيقظة. إذا مكنتنا الولايات المتحدة من دراسة وظائف الدماغ الهامة في الحيوانات المستيقظة التي تتعامل مع الأسئلة الأساسية حول النوم أو التعلم أو السلوك ، ولكن أيضا التشكيل الدوائي للاتصال الوظيفي لاكتشاف المخدرات.