Echtzeit-fMRT-Kartierung des Gehirns bei Tieren
24. September 2020
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.
Anstelle einer retrospektiven Analyse, um die sich zusammensetzenden Quellen zu untersuchen. Die vorgeschlagene Leader-Time-fMRT-Plattform bietet ein effektiveres Schema zur Identifizierung der dynamischen fMRT-Reaktion unter Verwendung der neuesten Konsolensoftware. Diese Technik kann eine sofortige Machbarkeit der Fehlerbehebung und ein Echtzeit-Biofeedback-Simulationsparadigma für Gehirnfunktionsstudien an Tieren bieten. Um anatomische Bilder zu erhalten, die das gesamte Gehirn in der koronalen Ansicht abdecken, klicken Sie auf die Schaltfläche Weiter, um eine T2-gewichtete seltene Sequenz auszuführen.
So richten Sie die Echtzeit-fMRT-Software ein. Öffnen Sie ein Terminalfenster und navigieren Sie mit dem Befehl zum Echtzeit-AFNI-Plug-in-Pfad. Verwenden Sie die angegebenen Befehle, um die AFNI-Software mit dem Echtzeit-Plugin auszuführen.
Verwenden Sie den Befehl diamond und die Optionen, um die bevorstehenden AFNI-Brick-Dateien zu überwachen. Verwenden Sie den Befehl PVC MD mit den angegebenen Optionen, um das Makroskript im Hintergrund auszuführen. Um die EPI-Erfassungsparameter zu erhalten, verwenden Sie den Befehl exec PVC MD und die Optionen.
Zum Konvertieren der 3D-ECHO-Rohdaten der planaren Bildgebung in Echtzeit in AFNI-Dateien im Hintergrundmakroskript. Verwenden Sie den exec TOD-3D-Befehl und die Optionen, um sicherzustellen, dass die geometrischen EPI-Informationen mit der Anatomieausrichtung übereinstimmen. Klicken Sie auf die Schaltfläche "Weiter", um eine T2-sterngewichtete 3D-EPI-Sequenz für eine fette fMRT-Bildgebung auszuführen.
Um die EPI-Bilder auf die anatomisch seltenen Bilder zu überlagern. Verwenden Sie zunächst den Befehl, um die seltenen Bilder in einen AFNI-Brick-Datensatz zu konvertieren, und verwenden Sie das Skript und die Optionen, um die EPI-Bilder in den anatomischen Bildern zu registrieren. Zum Verarbeiten von funktionalen Konnektivitätskarten im Ruhezustand der fettgedruckten Antworten.
Verwenden Sie AFNI-Optionen, um die Seed-basierte Korrelation des 3D-Zeit-Datasets zu berechnen, z. B. fMRT-Zeitreihen für den Ruhezustand. Um dann funktionale Karten der fettgedruckten Signale zu visualisieren, wählen Sie die definierte Overlay-Option und verwenden Sie die Cluster-Funktion aus dem AFNI-Benutzeroberflächenmenü, um ein interaktives Clustering in der AFNI-Software zu generieren. Zur Visualisierung der Reaktion auf elektrische Stimulationsreaktionen mittels fMRT.
Schalten Sie einen elektrischen Stimulus-Isolator ein und verwenden Sie Stimulationsblöcke, um eine elektrische Vier-Pfoten-Stimulation für eine evozierte fMRT-Analyse durchzuführen. In diesem repräsentativen Echtzeit-Voxel-weisen, fetten fMRT-Zeitkurs. Der voxelweise Zeitverlauf des kontralateral primären somatosensorischen Kortex mit vier Pfoten, der dem Blockdesign-Paradigma im Echtzeit-Erfassungsformat entspricht, nach elektrischer Stimulation mit vier Pfoten kann beobachtet werden.
Wie dargestellt, können auch aktivierte, fette Karten entsprechend der elektrischen Vier-Pfoten-Stimulation erstellt werden, wobei die aktivierten Regionen erkannt und als farbige Cluster dargestellt werden. Stellen Sie sicher, dass die Option 3D-EPI-Rekonstruktion, 3D-Aktivität vor dem Bild und Makro ausführen im Menü der Benutzeroberfläche für die Datenkonstruktion aktiviert ist. Und um vor dem Scannen eine Verknüpfung mit dem vordefinierten Makroskript zu erstellen, richten Sie die RT 3D-API ein.
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Übersicht
Diese Studie etabliert eine Plattform für die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) in Echtzeit zur Abbildung des Tiergehirns und verbessert so die Identifizierung dynamischer Reaktionen. Durch die Nutzung fortschrittlicher Software innerhalb des MRT-Systems für Tiere werden sofortige Fehlersuche und die Simulation von Biofeedback für funktionelle Gehirnuntersuchungen an Kleintieren ermöglicht.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Neurowissenschaften
- Bildgebende Verfahren
- Aufklärung der Gehirnfunktionen
Hintergrund
- Die Echtzeit-fMRT ermöglicht die sofortige Überwachung der Gehirnaktivität.
- Die herkömmliche Analyse erfordert eine retrospektive Auswertung, wodurch schnelles Feedback begrenzt ist.
- Dynamische Reaktionen der Gehirnaktivität können mit Echtzeit-Protokollen effektiv überwacht werden.
- Mittels elektrischer Stimulationsverfahren können Gehirnreaktionen beobachtet werden.
Zweck der Studie
- Implementierung einer Echtzeit-Überwachungsplattform für die fMRT bei Kleintieren.
- Verbesserung der Untersuchung dynamischer Hirnreaktionen während Reizdarbietung.
- Bereitstellung von Fehlerbehebungsfunktionen und Simulation von Echtzeit-Biofeedback.
Verwendete Methoden
- Die Studie verwendet eine Echtzeit-fMRT-Plattform, um Gehirnaktivität aufzuzeichnen.
- Sie konzentriert sich auf Kleintiermodelle, um funktionelle Hirnantworten zu bewerten.
- Verschiedene Befehle werden ausgeführt, um die AFNI-Software für die Bildverarbeitung einzurichten.
- Sequenzen wie T2-gewichtete und EPI-Bildgebung werden zur Datenaufnahme verwendet.
- Elektrische Vier-Pfoten-Stimulation wird eingesetzt, um evozierte fMRT-Antworten zu analysieren.
Hauptergebnisse
- Die Plattform ermöglicht die Echtzeitvisualisierung der Gehirnreaktion auf Reize.
- Voxelspezifische Zeitverlaufsdaten aus bestimmten Hirnregionen können beobachtet werden.
- Die Reaktionskartierung zeigt aktivierte interessierende Regionen während der Stimulation.
- Wichtige Bildgebungsverfahren ermöglichen das Überlagern funktioneller Daten mit anatomischen Bildern.
Schlussfolgerungen
- Diese Studie zeigt die Fähigkeit der Echtzeit-fMRT auf, unmittelbares Feedback in der neurowissenschaftlichen Forschung zu ermöglichen.
- Die gewonnenen Erkenntnisse können das Verständnis der Hirndynamik während funktioneller Untersuchungen erheblich verbessern.
- Die Anpassungsfähigkeit der Plattform stellt ein wertvolles Werkzeug für zukünftige Studien in der tierischen Neurobildgebung dar.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Die Echtzeit-fMRT ermöglicht die sofortige Identifizierung dynamischer Gehirnreaktionen, wodurch die Abhängigkeit von retrospektiven Analysen verringert und die Hypothesenprüfung in der präklinischen Neurowissenschaft beschleunigt wird. Diese Fähigkeit unterstützt die Zielvalidierung, indem sie schnelle Rückmeldungen über die Aktivierung neuronaler Schaltkreise unter kontrollierten physiologischen Bedingungen liefert. Die Plattform erhöht die Vorhersagesicherheit in der frühen Entdeckungsphase, indem sie die Echtzeit-Anpassung experimenteller Variablen ermöglicht, um gewünschte hämodynamische Ergebnisse zu erzielen.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Wissenschaftlicher Wert: Ermöglicht die Überprüfung therapeutischer Hypothesen durch die Echtzeitüberwachung von Aktivierungsmustern im Nervensystem als Reaktion auf Stimulation.
- Operativer Wert: Ermöglicht eine sofortige Fehlerbehebung bei experimentellen Bedingungen, reduziert verlorene Scan-Zeit und verbessert die Datenqualität.
- Prädiktiver Wert: Unterstützt die funktionelle Zielvalidierung, indem Stimulationsschemata mit messbaren hämodynamischen Reaktionen in für die Erkrankung relevanten Hirnregionen verknüpft werden.
Screening und Assay-Entwicklung
- Wissenschaftlicher Wert: Erzeugt quantitative, zeitlich aufgelöste fMRT-Lesedaten, die eine standardisierte Beurteilung neuronaler Reaktionen unter verschiedenen Versuchsbedingungen ermöglichen.
- Operativer Wert: Erleichtert die Bereitschaft von Assays durch reproduzierbare Signalerfassung im primären somatosensorischen Kortex und unterstützt skalierbare Screening-Abläufe.
- Translationeller Wert: Liefert vokselweise Zeitverläufe und Aktivierungskarten, die als funktionelle Biomarker für die Zielinteraktion dienen.
Translationale und präklinische Forschung
- Wissenschaftlicher Wert: Verbindet Entdeckung und präklinische Validierung, indem konsistente, echtzeitliche neuronale Signale über verschiedene Stimulationsparadigmen hinweg bereitgestellt werden.
- Operationaler Wert: Ermöglicht die langfristige Überwachung der Gehirnfunktion und unterstützt risikoadjustierte Entscheidungen zum Fortschritt in der Therapieentwicklung.
- Mechanistische Risikominderung: Verringert Unklarheiten hinsichtlich des Zielmechanismus, indem eine direkte Beobachtung der dynamischen Hirnantwort auf pharmakologische oder physiologische Modulation ermöglicht wird.
Pipeline- und Workflow-Integration
Die Echtzeit-fMRT-Plattform integriert sich in frühe Entdeckungsworkflows, indem sie eine schnelle Iteration von Stimulations- und physiologischen Parametern ermöglicht, um Zielhypothesen zu verfeinern, bevor man sich auf die Verbindungsscreenings festlegt.
- Entdeckungsbasierte Biologie: Unterstützt die Hypothesenprüfung und die Aufklärung von Signalwegen, indem die Echtzeit-Beobachtung der Aktivierung neuronaler Schaltkreise als Reaktion auf definierte Reize ermöglicht wird.
- Screening: Liefert reproduzierbare, quantitative hämodynamische Ergebnisse, die einen zuverlässigen Vergleich neuronaler Reaktionen unter verschiedenen Bedingungen ermöglichen.
- Analytik: Stellt datengestützte Zeitverlaufsdaten auf Voxel-Ebene und Aktivierungskarten bereit, die statistische Vergleiche und Analysen zur funktionalen Konnektivität erleichtern.
- Translationale Forschung: Verbindet frühe Daten neuronaler Reaktionen mit der präklinischen Kontinuität durch konsistente, physiologisch fundierte Messgrößen.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Funktioniert als wiederverwendbare neurobildgebende Methode für mehrere Kampagnen zur Zielvalidierung in verschiedenen therapeutischen Bereichen.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Erhöht die Vorhersagesicherheit bei der Zielvalidierung, indem mechanistische Unklarheiten durch die direkte Überwachung neuronaler Reaktionen reduziert werden.
- Operativer Wert: Verbessert die Reproduzierbarkeit und Standardisierung der fMRT-Aufnahme durch automatisierte Echtzeitverarbeitung und Rückkopplungsschleifen.
- Strategischer Wert: Steigert die Effizienz von Go/No-Go-Entscheidungen, indem eine schnelle Beurteilung der Zielinteraktion und der Pfadmodulation ermöglicht wird.
- Portfolio-Wirkung: Unterstützt die risikoadjustierte Priorisierung, indem frühzeitige funktionelle Hinweise auf die Relevanz des Targets in neuronalen Schaltkreisen bereitgestellt werden.
Durchführungsaspekte
- Erfordert Fachkenntnisse in der Neurobildgebung, der AFNI-Software und Echtzeit-Datenverarbeitungspipelines.
- Ist abhängig von einer Hochfeld-präklinischen MRT-Infrastruktur (z. B. 14,1-T-System) und kompatiblen Pulssequenzen.
- Erfordert eine standardisierte Vorgehensweise zwischen verschiedenen Teams bei Stimulationsprotokollen und physiologischer Überwachung, um reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen.
- Beinhaltet Anpassungsüberlegungen bei der Übertragung von Protokollen auf verschiedene Tiermodelle oder Stimulationsparadigmen.
- Ist durch die Notwendigkeit einer präzisen Synchronisation zwischen Stimulationszeitpunkt und Bildakquisition eingeschränkt, um hämodynamische Störgrößen zu vermeiden.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Introduction
0:43
Anatomical Magnetic Resonance (MR) Image Measurement and Real-Time Functional MR Imaging (fMRI) Software Setup
1:46
fMRI Response Visualization
2:54
Results: Representative Real-Time Voxel-Wise fMRI and Functional Maps of BOLD Responses
3:29
Conclusion
