本方案描述了一种使用低剂量异氟烷联合低剂量右美托咪定获取大鼠稳定静息态功能磁共振成像（rs-fMRI）数据的方法。
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摘要
摘要
静息态功能磁共振成像（rs-fMRI）已成为研究大脑在静息、无任务状态下功能活动的一种日益流行的方法。本方案描述了一种用于获取静息态fMRI数据的临床前存活实验方法。通过联合使用低剂量异氟烷与持续输注α2肾上腺素受体激动剂右美托咪定，可在保持脑网络功能完整性的同时，实现稳定且高质量的数据采集。此外，该方法允许大鼠自主呼吸，并维持接近正常的生理状态。在本方法基础上，可将其他成像序列与静息态扫描相结合，构建麻醉状态稳定长达5小时的实验方案。本方案详细介绍了设备设置、大鼠在麻醉四个不同阶段的生理监测、静息态扫描的采集、数据质量评估、动物恢复过程，以及数据后处理分析的简要讨论。该方法可广泛应用于多种临床前啮齿类动物模型，有助于揭示静息状态下脑网络的改变。
引言
静息态功能磁共振成像（rs-fMRI）用于测量大脑在静息状态下、未执行特定任务时的血氧水平依赖（BOLD）信号。这些信号可用于测量不同脑区之间的相关性，从而确定神经网络内的功能连接。由于rs-fMRI具有非侵入性，且对患者配合度要求较低（相较于基于任务的功能磁共振成像），因此在临床研究中被广泛应用，尤其适用于多样化的患者群体1。
技术进步使得静息态功能磁共振成像（rs-fMRI）可应用于啮齿类动物模型，以揭示疾病状态背后的机制（详见参考文献2的综述）。临床前动物模型，包括疾病模型或基因敲除模型，能够实现广泛的人类无法适用的实验操作，研究还可利用死后样本进一步增强实验效果2。然而，由于限制动物运动和减轻应激反应均存在困难，啮齿类动物的磁共振成像通常在麻醉状态下进行。麻醉剂根据其药代动力学、药效学及分子靶点的不同，会影响脑血流量、脑代谢，并可能影响神经血管耦合通路。
人们已做出大量努力，开发能够保护神经血管耦合和脑网络功能的麻醉方案3,4,5,
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方案
所有实验均在9.4 T磁共振成像仪上进行，并已获得达特茅斯学院机构动物护理与使用委员会的批准。此外，已获得录制和展示本视频及下图中所用动物的额外许可。
1. 扫描前的准备工作
- 皮下输注管路
- 将23 G针头部分从包装中取出，确保针尖保持无菌。
- 牢固握住针头的接口部位，使用剃刀片在针杆与接口连接处划痕。
- 在划痕正下方用针头夹固定针杆，并轻轻将针杆从接口处折断。
- 将针杆的1/3长度（钝端）插入预先灭菌的PE50管路中，管路长度需足以从药物泵延伸至磁体孔洞内的动物体内。
- 右美托咪定与阿替美唑的稀释
- 在透明无菌玻璃瓶中，将0.5 mL浓度为0.5 mg/mL的右美托咪定盐酸盐原液与9.5 mL无菌生理盐水混合，配制稀释溶液（稀释后浓度 = 0.025 mg/mL）。
- 在透明无菌玻璃瓶中，将0.1 mL浓度为5 mg/mL的阿替美唑原液与9.9 mL无菌生理盐水混合，配制稀释溶液（稀释后浓度 = 0.05 mg/mL）。
- 扫描参数
- 使用表1中列出的参数设置扫描序列。
2. 第一阶段麻醉：....
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结果
每次静息态扫描后，使用独立成分分析法（ICA；示例脚本包含在补充文件中）评估稳定性。图6展示了静息态扫描中成分输出的示例。图6a显示了一次高稳定性扫描中的信号成分。注意，从空间分布上看，该成分具有明显的区域性。在空间成分下方的时间进程中，信号稳定且不可预测，提示为真实的脑活动。底部的功率谱主要表现为低频成分。图6b展示了与图6a同一扫描中的一个代表噪声的成分。注意其空间成分缺乏区域性、时间进程呈现高频特征，以及功率谱中存在高频峰值。最后，图6c展示了一次麻醉不稳定的扫描中的成分。其时间进程波动且不规则。当出现这种情况时，通常需要改进麻醉方案，常见的是改进鼻罩的密封性和废气的清除。
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讨论
动物在生理和物理状态上的稳定性是获取高质量静息态数据的关键。本方案通过四个不同的麻醉阶段来实现稳定性。在进入下一个麻醉阶段之前，必须确保动物已达到设定的生理阈值；由于该方法依赖于生理自身调节机制，不同个体动物在每个麻醉阶段所需的时间可能略有差异。我们的经验表明，在每个阶段投入更多时间，比在未给予大鼠充分生理稳定时间的情况下仓促推进前期阶段更为高效。实现稳定性的关键因素包括鼻罩的贴合度以及适当的废气清除。
正确密封的鼻罩和有效的废气清除系统可使动物保持稳定，呼吸节律均匀，血氧饱和度水平稳定。如果出现喘息、呼吸间隔不规则、屏气或血氧饱和度下降等情况，应设法改善鼻罩的密封性和废气清除效果。鼻罩应贴合紧密，但不应压迫鼻梁。必要时需定制专用鼻罩。我们制造商提供的原始鼻罩排气阀过小，因此我们改用 Falcon 管，并在靠近动物的位置连接更大口径的密封负压管路，从而显著改善了呼出 CO2 的清除效果，使血氧饱和度保持稳定。如实验方案中所述，可用石蜡膜包裹下颌及鼻罩边缘，但若包裹过紧，可能限制呼吸并导致动物状态不稳定。此外，耳杆和咬齿杆位置不当不仅会影响成像所需头部的稳定性，.......
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
本研究得到了美国国立卫生研究院（NIH）下属的国家药物滥用研究所（NIDA）的资助［DJW、EDKS 和 EMB 获得了授予 Alan I. Green 的 R21DA044501 项目资助，DJW 还获得了授予 Alan J. Budney 的 T32DA037202 项目资助］以及国家酒精滥用和酒精中毒研究所（NIAAA）的资助［Emily D. K. Sullivan 获得了 F31AA028413 项目资助］。此外，本研究还得到了达特茅斯学院精神病学 Raymond Sobel 讲席教授 Alan I. Green 的捐赠基金的支持。
Hanbing Lu 由美国国立卫生研究院（NIH）药物滥用研究所院内研究计划资助。
作者谨此致谢并纪念已故的 Alan I. Green。他对共病领域的坚定奉献促成了作者之间的合作。我们感谢他的指导与教诲，这些将令人深切怀念。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 9.4T MRI | Varian/Bruker | Varian 升级版，配备 Bruker 控制台并运行 Paravision 6.0.1 软件 | |
| 空气-氧气混合器 | Sechrist | Model 3500CP-G | |
| 功能神经影像分析（AFNI） | NIMH/NIH | 版本 AFNI_18.3.03 | 自由获取地址：https://afni.nimh.nih.gov/ |
| 动物育幼箱 | RAPID Biomedical | LHRXGS-00563 | 带咬杆、鼻锥和耳棒的大鼠固定器 |
| 动物生理监测 && 门控系统 | SAII | Model 1025 | 兼容磁共振的系统，包括血氧饱和度、温度、呼吸及光纤脉搏血氧测定附加装置 |
| 阿替美唑盐酸盐 | Patterson Veterinary | 07-867-7097 | 硕腾，制造商货号 #10000449 |
| 陶瓷磁共振成像安全剪刀 | MRIequip.com | MT-6003 | |
| 剪刀 | Patterson Veterinary | 07-882-1032 | Wahl 修边修剪器组合套装，制造商货号 #09990-1201 |
| 右美托咪定（盐酸右美托咪定） | Patterson Veterinary | 07-893-1801 | Dechra 兽药产品，生产厂家货号#17033-005-10 |
| 数字直肠体温计套 | Medline | MDS9608 | |
| FMRIB 软件库 | FMRIB | MELODIC 版本 3.15 | 免费获取地址：https://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki |
| 加热垫 | Cara Inc. | Model 50 | |
| 直型止血钳 | Kent Scientific | INS750451-2 | |
| 异氟烷 | Patterson Veterinary | 07-893-1389 | Patterson 私人标签，制造商货号 #14043-0704-06 |
| 异氟烷蒸发器 | VetEquip 公司 | 911103 | |
| 实验室胶带，3/4" | VWR International | 89097-990 | |
| 23号针头 | BD | 305145 | 塑料轮毂已移除 |
| Parafilm 实验室用膜 | Patterson Veterinary | 07-893-0260 | Medline Industries Inc.，制造商货号 #HSFHS234526A |
| 平面表面线圈 | Bruker | T12609 | 2cm |
| 聚乙烯管 | 布雷因特里科学公司 | PE50 50英尺 | 0.023" （内径），0.038" （外径） |
| Puralube 眼用软膏 | Patterson Veterinary | 07-888-2572 | Dechra 兽用产品，生产厂家货号 #211-38 |
| 斯普拉格-多利大鼠 | Charles River | 400 SAS SD | |
| 无菌0.9%生理盐水溶液 | Patterson Veterinary | 07-892-4348 | Aspen Vet，制造商货号 #14208186 |
| 无菌酒精消毒片 | Medline | MDS090735 | |
| 手术胶带，1" (3M Durapore) | Medline | MMM15381Z | 3M 医疗保健， "宽型医用胶带" |
| 外科白色纸胶带，1/2" (3M Micropore) | Medline | MMM15300 | 3M 医疗保健 |
| 1 mL 带 25 号针头的注射器 | BD | 309626 | |
| 3 mL注射器 | BD | 309657 | |
| 带排气功能的诱导与废气清除系统 | VetEquip 公司 | 942102 | 2升诱导室，带主动废气清除系统 |
| 411724 | omega 流量计 | ||
| 931600 | 清除立方体， "真空" | ||
| 921616 | 鼻锥，非重复呼吸 |
参考文献
- Smitha, K. A., et al. Resting state fMRI: A review on methods in resting state connectivity analysis and resting state networks. The Neuroradiology Journal. 30 (4), 305-317 (2017).
- Gorges, M., et al.
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