Espectroscopia de resonancia magnética funcional de la corteza del barril de rata durante la estimulación de bigotes

Resumen

Fuente: Blanc, J., et al. Espectroscopia de resonancia magnética funcional a 7 t en la corteza del barril de rata durante la activación de los bigotes. J. Vis. Exp. (2019)

Este video demuestra el método de análisis de los cambios metabólicos en la corteza del barril de rata utilizando espectroscopia de resonancia magnética funcional durante la estimulación de los bigotes. Los espectros de metabolitos de referencia se comparan con los espectros estimulados para detectar el aumento de lactato en la corteza del barril, lo que confirma la activación neuronal exitosa.

Protocolo

Todos los procedimientos que involucran modelos animales han sido revisados por el comité de cuidado animal institucional local y la junta de revisión veterinaria JoVE.

1. Adquisición de imágenes de resonancia magnética funcional dependientes del nivel de oxígeno en sangre (BOLD fMRI)

1. Coloque el cerebro de la rata de modo que esté en posición vertical y use las barras para mantenerlo. Coloque la bobina de la matriz de volumen sobre la cabeza de la rata (Figura 1A) y fíjela con cinta adhesiva. Compruebe que la vela se mueve correctamente (movimiento anteroposterior, sin rotación y sin fricción de la vela) cuando el sistema de soplo de aire está encendido; luego, apáguelo.
2. Inserte la cama y la bobina en el centro del imán. Compruebe que la vela sigue moviéndose correctamente una vez que la cama está dentro del imán cuando el sistema de soplo de aire está encendido; luego, apáguelo. Cambiar completamente de isoflurano a medetomidina (velocidad de perfusión: 20 μL/min).
3. Verifique que la rata esté bien ubicada utilizando una secuencia de localización (tiempo de eco, TE = 2,5 ms; tiempo de repetición, TR = 100 ms; promedio = 1; repetición = 1; corte = 1 mm; tamaño de imagen = 256 x 256; campo de visión (FOV) = 50 x 50 mm; tiempo de escaneo = 12 s 800 ms). Arrastre la pestaña de secuencia del localizador al nombre de la instrucción y haga clic en Continuar.
4. Arrastre la pestaña de secuencia T2_Star_FID_EPI (imágenes planas de eco de decaimiento de inducción libre ponderada en T2*) al nombre de la instrucción, centre el campo de visión en el centro del cerebro y haga clic en la pestaña Plataforma de ajuste para abrir la instrucción de escaneo editada. Registre un mapa B0 y proceda a una cuña de escaneo.
   NOTA: Para un mapa de homogeneidad de campo magnético (B0), utilice los siguientes parámetros: tiempo de primer eco = 1,65 ms; TR = 20 ms, promedio = 1; ángulo de giro = 30°; espaciado de eco = 3,805 ms; corte = 58 mm; tamaño de la imagen = 64 x 64 x 64; Campo de visión = 58 x 58 x 58 mm; Tiempo de exploración = 1 m 24 s 920 ms. Para la cuña de exploración, utilice los siguientes parámetros: excitación selectiva de vóxel = modo de adquisición de eco estimulado (STEAM) pulso gaussiano; TE = 5 ms; tiempo de mezcla = 10 ms; duración de la adquisición = 204,8 ms; ancho de banda = 10.000 Hz; tiempo de permanencia = 50 μs).
5. Inicie la secuencia de Star_FID_EPI T2 (TE = 16,096 ms; TR = 500 ms; promedio = 1; repetición = 600; rebanada = 1 mm; cuatro rebanadas consecutivas; tamaño de la imagen = 128 x 128; Campo de visión = 20 x 20 mm; anchura de banda = 333.333,3 Hz; tiempo de escaneo = 5 min 00 s).
   NOTA: Debido al puerto lógico de transistor-transistor (TTL), una señal de disparo externa iniciará el sistema de soplo de aire al mismo tiempo. El paradigma = [20 s de activación + 10 s de descanso] x 10, para la duración total de los 600 escaneos, 500 ms por escaneo. Las rodajas están centradas en el medio del área del campo de barriles.
6. Adquiera otra secuencia de localización (igual a la descrita en el paso 5.3) para compararla con la primera y comprobar si la rata se ha movido durante la secuencia T2_Star_FID_EPI.
7. Lleve la cama a su posición inicial, retire la bobina de matriz de volumen y conecte la bobina de superficie.

2. Procesamiento BOLD

1. Abra el archivo T2 Star_FID_EPI y lea la imagen T2 Star_FID_EPI en Image Display. Abra la ventana de inicio del controlador funcional, llamado FunController.
2. En esta pestaña Procesamiento, seleccione la ventana de imágenes funcionales y defina el protocolo de estimulación (duración y alternancia de períodos de encendido / apagado correspondientes al paradigma utilizado).
3. Seleccione la ventana de protocolo (conjunto de datos con 600 fotogramas) e inserte el valor de 40 en la pestaña On Period y 20 en la pestaña Off Period. Haga clic en la pestaña Invertir atribución y arrastre el control deslizante Stimulation States hacia la izquierda para seleccionar el valor 1.
4. En la ventana de preprocesamiento, haga clic en el filtro Mediana en el plano para el preprocesamiento y en el filtro Mediana (2D, 3D) para el posprocesamiento.
5. Haga clic en la pestaña Ejecutar y arrastre los cursores para ajustar la tabla de búsqueda de superposición. Visualice el área cerebral activada (Figura 1B).

3. Adquisiciones de espectroscopia de resonancia magnética de protones (1H-MRS)

1. Para colocar correctamente la bobina de superficie, modifique la posición de la cabeza de rata. Gire la cabeza (aproximadamente 30 ° en el sentido de las agujas del reloj) para que la bobina de superficie (Figura 1A) se pueda colocar justo encima de la corteza del barril izquierdo mientras está horizontal y ubicada en el centro del imán cuando está dentro del imán.
2. Coloque la bobina de superficie, fíjela en el cerebro de la rata con cinta adhesiva (Figura 2B) y verifique que la vela se mueva correctamente (movimiento anteroposterior, sin rotación y sin fricción de la vela) cuando el sistema de soplo de aire esté encendido; luego, apáguelo en el interruptor principal.
3. Compruebe que la vela se mueve correctamente una vez que la cama está dentro del imán cuando el sistema de soplo de aire está encendido. Luego, apáguelo.
4. Verifique que la rata esté colocada correctamente mediante una secuencia de localización. Establezca los parámetros de la siguiente manera: TE = 2,5 ms; TR = 100 ms; promedio = 1; repetición = 1; rebanada = 1 mm; tamaño de la imagen = 256 x 256; Campo de visión = 50 x 50 mm; tiempo de escaneo = 12 s 800 ms.
   1. Arrastre la pestaña Secuencia del localizador a la ventana Nombre de la instrucción y haga clic en la pestaña Continuar para ejecutar el programa de escaneo.
5. Cuando la localización del cerebro sea correcta, arrastre la pestaña de secuencia de adquisición rápida turbo ponderada T2 con mejora de relajación (T2_TurboRARE) en la ventana Nombre de la instrucción y haga clic en Continuar para ejecutar el programa de escaneo. Estas imágenes anatómicas, junto con la adquisición previa de fMRI BOLD, permitirán la correcta localización del vóxel en el campo de barril somatosensorial primario o S1BF, para MRS.
   NOTA: Los parámetros T2_TurboRARE son 14 cortes, 2 mm por corte, FOV = 2,5 x 2,5 cm, TE = 100 ms, TR = 5.000 ms, matriz = 128 x 128, tiempo de secuencia = 2 min 40 s.
6. Arrastre la pestaña de secuencia de localización por reenfoque selectivo adiabático (LÁSER) a la ventana Nombre de la instrucción y coloque el vóxel (2 mm de alto, 2,5 mm de largo, 3 mm de profundidad) en el centro del área S1BF.
   1. Utilice un atlas de cerebro de rata y la mejora de resonancia magnética funcional BOLD para localizar la zona en las imágenes T2 (Figura 3). Haga clic en la pestaña Plataforma de ajuste para abrir las instrucciones de escaneo editadas. Haga clic en la pestaña Bamboleo y cambie ligeramente la impedancia (carga electrónica) de la bobina receptora para ajustarla. Haga clic en la pestaña Aplicar cuando finalice la afinación para cerrar el editor de instrucciones y aplicar los cambios en la instrucción editada.
7. Grabe un mapa B0 y proceda a escanear la cuña y luego realice una corrección local.
   NOTA: Para el mapa B0, utilice los siguientes parámetros: tiempo de primer eco = 1,65 ms; TR = 20 ms, promedio = 1; ángulo de giro = 30°; espaciado de eco = 3,805 ms; corte = 58 mm; tamaño de la imagen = 64 x 64 x 64; Campo de visión = 58 x 58 x 58 mm; Tiempo de exploración = 1 m 24 s 920 ms. Para la cuña de escaneo, use los siguientes parámetros: excitación selectiva de vóxel, pulso gaussiano STEAM; TE = 5 ms; tiempo de mezcla = 10 ms; duración de la adquisición = 204,8 ms; ancho de banda = 10.000 Hz; tiempo de permanencia = 50 μs. Para la cuña local, utilice los siguientes parámetros: supresión de agua, potencia variable y duración de adquisición de relajación optimizada (VAPOR) = 1.363,15 ms; puntos = 4,096; ancho de banda en Hz = 3.004,81 Hz; ancho de banda en ppm (partes por millón) = 10 ppm; tiempo de permanencia = 166,40 μs; resolución espectral = 0,37 Hz/puntos. Los parámetros del LÁSER son: tiempo de eco = 19,26 ms; TR = 2.500 ms; promedios = 128 o 32; tiempo de exploración = 5 min 20 s o 1 min 20 s; Puntos de adquisición = 4,096.
8. Realice 1H-MRS.
   1. Inicie la adquisición de 1H-MRS primero durante un período de reposo (4 x 32 escaneos LÁSER + 128 escaneos LASER; 2.500 ms por escaneo).
   2. Adquiera otra secuencia de localización (igual a la descrita en el paso 5.3) para compararla con la primera registrada y asegurarse de que la rata no se haya movido durante la adquisición del LÁSER.
   3. Realice 1H-MRS durante la activación de los bigotes utilizando la secuencia LÁSER (4 x 32 escaneos LÁSER + 128 escaneos LÁSER; 2.500 ms por escaneo) con el sistema air-puff encendido (paradigma = 20 s de activación y 10 s de descanso).
   4. Una vez más, realice una secuencia de localización para verificar si la rata se ha movido.
      NOTA: El número de exploraciones y períodos de reposo/activación se puede adaptar y modificar, pero siempre asegúrese de que la rata no se mueva realizando regularmente una secuencia de localización.

Resultados

Figura 1: BOLD fMRI. (A) Colocación de la bobina de matriz de volumen. La cabeza de la rata está en posición horizontal y bloqueada por barras para los oídos. Compruebe que la vela se mueve libremente y no está bloqueada por la bobina o ...

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