Methodenartikel

Echtzeit-fMRT-Kartierung des Gehirns bei Tieren

DOI:

10.3791/61463

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24. September 2020

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1Max Planck Institute for Biological Cybernetics, 2Graduate Training Centre of Neuroscience, 3MGH/MIT/HMS Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging, Department of Radiology, Harvard Medical School, Massachusetts General Hospital, 4Bruker BioSpin

In diesem Artikel

Zusammenfassung

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Die funktionelle Kartierung des Tiergehirns kann vom Versuchsaufbau der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) in Echtzeit profitieren. Mit der neuesten Software, die im Tier-MRT-System implementiert ist, haben wir eine Echtzeit-Überwachungsplattform für die fMRT von Kleintieren eingerichtet.

Zusammenfassung

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Dynamische fMRT-Reaktionen variieren stark in Abhängigkeit von den physiologischen Bedingungen der Tiere entweder unter Narkose oder im Wachzustand. Wir haben eine Echtzeit-fMRT-Plattform entwickelt, um Experimentatoren dabei zu helfen, fMRT-Reaktionen sofort während der Aufnahme zu überwachen, die verwendet werden kann, um die Physiologie von Tieren zu modifizieren, um die gewünschten hämodynamischen Reaktionen im Tiergehirn zu erreichen. Der Echtzeit-fMRT-Aufbau basiert auf einem präklinischen 14,1-T-MRT-System, das die Echtzeit-Kartierung dynamischer fMRT-Reaktionen im primären somatosensorischen Vorderpfotenkortex (FP-S1) von anästhesierten Ratten ermöglicht. Anstelle einer retrospektiven Analyse zur Untersuchung von Störquellen, die zur Variabilität von fMRT-Signalen führen, bietet die Echtzeit-fMRT-Plattform ein effektiveres Schema zur Identifizierung dynamischer fMRT-Reaktionen mit benutzerdefinierten Makrofunktionen und einer gemeinsamen Neurobildanalyse-Software im MRT-System. Darüber hinaus bietet es eine sofortige Fehlerbehebung und ein Echtzeit-Biofeedback-Stimulationsparadigma für Gehirnfunktionsstudien an Tieren.

Einleitung

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Die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) ist eine nicht-invasive Methode zur Messung der hämodynamischen Reaktionen 1,2,3,4,5,6,7,8,9, z. B. des Blutsauerstoffspiegel-abhängigen (BOLD), des zerebralen Blutvolumens und des Flusssignals, die mit der neuronalen Aktivität im Gehirn verbunden sind. In tierexperimentellen Studien können hämodynamische Signale durch ....

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Protokoll

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Diese Studie wurde in Übereinstimmung mit dem Tierschutzgesetz (TierSchG) und der Tierschutz-Versuchstierverordnung (TierSchVersV) durchgeführt. Das hier beschriebene Versuchsprotokoll wurde von der Ethikkommission (§15 TierSchG) geprüft und von der Landesbehörde (Regierungspräsidium Tübingen, Baden-Württemberg, Deutschland) genehmigt.

1. Vorbereitung des BOLD-fMRT-Versuchsaufbaus für Kleintierversuche

    2. Katheter- und Beatmungschirurgie

    1. Richten Sie ein Beatmungsgerät und physiologische Statusüberwachungssysteme wie Thermometer, Blutdruck- und Atemaufzeichnung ein, wie in Abb....

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    Ergebnisse

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    Abbildung 3 und Abbildung 4 zeigen einen repräsentativen voxelweisen Echtzeit-BOLD-fMRT-Zeitverlauf und funktionelle Karten mit elektrischer Vorderpfotenstimulation (3 Hz, 4 s, Pulsbreite 300 us, 2,5 mA). Das fMRT-Design-Paradigma umfasst 10 Prästimulationsscans, 3 Stimulationsscans und 12 Interstimulationsscans mit insgesamt 8 Epochen (130 Scans). Die gesamte Scanzeit beträgt 3 min 15 sec (195 sec). Abbildung 3 zeigt den voxelweise.......

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    Diskussion

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    Die Echtzeitüberwachung des fMRT-Signals hilft den Experimentatoren, die Physiologie der Tiere anzupassen, um die funktionelle Kartierung zu optimieren. Bewegungsartefakte bei wachen Tieren sowie die anästhetische Wirkung sind wichtige Faktoren, die die Variabilität von fMRT-Signalen vermitteln und die biologische Interpretation des Signals an sich verwirren 31,32,33,34,35,36,37,38 <.......

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    Offenlegungen

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    Sascha Köhler ist Mitarbeiter bei der Bruker BioSpin MRI GmbH.

    Danksagungen

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    Wir danken Dr. D. Chen und Dr. C. Yen für die Bereitstellung des AFNI-Skripts zur Einrichtung der Echtzeit-fMRT für PV 5 und dem AFNI-Team für die Softwareunterstützung. Diese Forschung wurde durch die Förderung der NIH Brain Initiative (RF1NS113278-01, R01 MH111438-01) und den S10-Instrumentenzuschuss (S10 RR023009-01) an das Martinos Center, die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) Yu215/3-1, das BMBF 01GQ1702 und die interne Förderung der Max-Planck-Gesellschaft unterstützt.

    ....

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    Materialien

    Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien
    NameUnternehmenKatalognummerKommentare
    14.1T Bruker MRT-SystemBruker BioSpin MRI GmbHN/A
    A365 Stimulus IsolatorWorld Precision InstrumentsN/A
    AcqKnowledge SoftwareBiopacRRID:SCR_014279, http://www.biopac.com/product/acqknowledge-software/
    AFNICox, 1996RRID:SCR_005927, http://afni.nimh.nih.gov
    CO2SMO ( ETCO2/SpO2 Monitor), Modell 7100Novametrix Medical Systems IncN/A
    IsofluranCP-PharmaCat# 1214
    Master-9A.M.P.IN/A
    Nanoliter InjectorWorld Precision InstrumentsCat# NANOFIL
    Pancuronium BromideInresa ArzneimittelCat# 34409.00.00
    ParaVision 6Bruker BioSpin MRI GmbHRRID:SCR_001964
    Phosphatgepufferte Kochsalzlösung (PBS)GibcoCat# 10010-023
    Ratte: Sprague DawleyRatte Charles River LaboratoriesCrl:CD(SD)
    SAR-830/AP BeatmungsgerätCWEN/A
    α-ChloraloseSigma-AldrichCat# C0128-25G; RRID

    Referenzen

    $$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
    1. Ogawa, S., Lee, T. M., Kay, A. R., Tank, D. W. Brain magnetic resonance imaging with contrast dependent on blood oxygenation. Proceedings of the National Academy of Sciences U.S.A. 87 (24), 9868-9872 (1990).
    2. Belliveau, J. W., et al.

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    Nachdrucke und Genehmigungen

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    Schlagwörter

    An sthetisierte Rattenprim rer somatosensorischer Kortex der VorderpfoteT2 gewichtete SequenzAFNI Softwareelektrische Vier Pfoten Stimulationvoxelweise BOLD fMRIfunktionelle Konnektivit t im Ruhezustand141 T pr klinisches MRT

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