Spectroscopie par résonance magnétique fonctionnelle du cortex du rat lors de la stimulation des moustaches

Résumé

Source : Blanc, J., et al. Spectroscopie par résonance magnétique fonctionnelle à 7 T dans le cortex du rat lors de l’activation des moustaches. J. Vis. Exp. (2019)

Cette vidéo montre la méthode d’analyse des changements métaboliques dans le cortex du baril de rat à l’aide de la spectroscopie par résonance magnétique fonctionnelle pendant la stimulation des moustaches. Les spectres de métabolites de base sont comparés aux spectres stimulés pour détecter l’augmentation du lactate dans le cortex du baril, confirmant ainsi la réussite de l’activation neuronale.

Protocole

Toutes les procédures impliquant des modèles animaux ont été examinées par le comité institutionnel local de protection des animaux et le comité d’examen vétérinaire JoVE.

1. Acquisition de l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle dépendante du niveau d’oxygène dans le sang (IRMf BOLD)

1. Placez le cerveau du rat de manière à ce qu’il soit en position verticale et utilisez les barres auriculaires pour le maintenir. Placez la bobine de la matrice de volume au-dessus de la tête du rat (Figure 1A) et fixez-la à l’aide de ruban adhésif. Vérifiez que la voile se déplace correctement (mouvement antéropostérieur, pas de rotation et pas de frottement de la voile) lorsque le système de soufflage d’air est activé ; Ensuite, désactivez-le.
2. Insérez le lit et la bobine au centre de l’aimant. Vérifiez que la voile se déplace toujours correctement une fois que le lit est à l’intérieur de l’aimant lorsque le système de soufflage d’air est activé ; Ensuite, désactivez-le. Passer complètement de l’isoflurane à la médétomidine (débit de perfusion : 20 μL/min).
3. Vérifiez que le rat est bien localisé à l’aide d’une séquence de localisation (temps d’écho, TE = 2,5 ms ; temps de répétition, TR = 100 ms ; moyenne = 1 ; répétition = 1 ; coupe = 1 mm ; taille de l’image = 256 x 256 ; champ de vision (FOV) = 50 x 50 mm ; temps de balayage = 12 s 800 ms). Faites glisser l’onglet Séquence Localizer dans le nom de l’instruction et cliquez sur Continuer.
4. Faites glisser l’onglet de séquence T2_Star_FID_EPI (T2*-weighted free induction decay echo planar imaging) dans le nom de l’instruction, centrez le FOV sur le milieu du cerveau et cliquez sur l’onglet Plate-forme de réglage pour ouvrir l’instruction de balayage modifiée. Enregistrez une carte B0 et passez à une cale de balayage.
   REMARQUE : Pour une carte d’homogénéité de champ magnétique (B0), utilisez les paramètres suivants : temps de premier écho = 1,65 ms ; TR = 20 ms, moyenne = 1 ; angle de retournement = 30° ; espacement de l’écho = 3,805 ms ; tranche = 58 mm ; taille de l’image = 64 x 64 x 64 ; Champ de vision = 58 x 58 x 58 mm ; Temps de balayage = 1 m 24 s 920 ms. Pour la cale de balayage, utilisez les paramètres suivants : excitation sélective du voxel = mode d’acquisition d’écho stimulé (STEAM) Impulsion gaussienne ; TE = 5 ms ; temps de mélange = 10 ms ; durée d’acquisition = 204,8 ms ; bande passante = 10 000 Hz ; temps de séjour = 50 μs).
5. Démarrer la séquence de Star_FID_EPI T2 (TE = 16,096 ms ; TR = 500 ms ; moyenne = 1 ; répétition = 600 ; tranche = 1 mm ; quatre tranches consécutives ; taille de l’image = 128 x 128 ; Champ de vision = 20 x 20 mm ; bande passante = 333,333,3 Hz ; temps de balayage = 5 min 00 s).
   REMARQUE : En raison du port TTL (Transistor-Transistor Logic), un signal de déclenchement externe démarrera le système de soufflage d’air en même temps. Le paradigme = [20 s d’activation + 10 s de repos] x 10, pour la durée totale des 600 balayages, 500 ms par balayage. Les tranches sont centrées au milieu de la zone du champ de barils.
6. Procurez-vous une autre séquence de localisation (la même que celle décrite à l’étape 5.3) pour comparer avec la première et vérifier si le rat s’est déplacé pendant la séquence T2_Star_FID_EPI.
7. Amenez le lit à sa position initiale, retirez la bobine de matrice de volume et connectez la bobine de surface.

2. Traitement BOLD

1. Ouvrez le fichier Star_FID_EPI T2 et lisez l’image Star_FID_EPI T2 dans l’affichage des images. Ouvrez la fenêtre de démarrage du contrôleur fonctionnel, appelé FunController.
2. Dans cet onglet Traitement, sélectionnez la fenêtre d’imagerie fonctionnelle et définissez le protocole de stimulation (durée et alternance des périodes On/Off correspondant au paradigme utilisé).
3. Sélectionnez la fenêtre de protocole (jeu de données avec 600 images) et insérez la valeur 40 dans l’onglet Période en cours et 20 dans l’onglet Période hors période. Cliquez sur l’onglet Inverser l’attribution et faites glisser le curseur États de stimulation vers la gauche pour sélectionner la valeur 1.
4. Dans la fenêtre de prétraitement, cliquez sur le filtre Médiane dans le plan pour le prétraitement et le filtre Médiane (2D, 3D) pour le post-traitement.
5. Cliquez sur l’onglet Exécuter et faites glisser les curseurs pour ajuster la table de correspondance de superposition. Visualisez la zone cérébrale activée (Figure 1B).

3. Acquisitions par spectroscopie par résonance magnétique du proton (1H-MRS)

1. Pour positionner correctement la bobine de surface, modifiez la position de la tête du rat. Tournez la tête (d’environ 30° dans le sens des aiguilles d’une montre) de sorte que la bobine de surface (Figure 1A) puisse être placée juste au-dessus du cortex du canon gauche tout en étant horizontale et située au centre de l’aimant lorsqu’elle est à l’intérieur de l’aimant.
2. Placez la bobine de surface, fixez-la sur la cervelle du rat à l’aide de ruban adhésif (Figure 2B), et vérifiez que la voile se déplace correctement (mouvement antéropostérieur, pas de rotation et pas de frottement de la voile) lorsque le système de soufflage d’air est activé, puis éteignez-le à l’interrupteur principal.
3. Vérifiez que la voile se déplace correctement une fois que le lit est à l’intérieur de l’aimant lorsque le système de soufflage d’air est activé. Ensuite, désactivez-le.
4. Vérifiez que le rat est correctement positionné à l’aide d’une séquence de localisation. Régler les paramètres comme suit : TE = 2,5 ms ; TR = 100 ms ; moyenne = 1 ; répétition = 1 ; tranche = 1 mm ; taille de l’image = 256 x 256 ; Champ de vision = 50 x 50 mm ; temps de balayage = 12 s 800 ms.
   1. Faites glisser l’onglet Séquence Localizer dans la fenêtre Nom de l’instruction et cliquez sur l’onglet Continuer pour exécuter le programme de balayage.
5. Lorsque la localisation cérébrale est correcte, faites glisser l’onglet de séquence d’acquisition turbo rapide avec amélioration de la relaxation (T2_TurboRARE) pondéré T2 dans la fenêtre Nom de l’instruction et cliquez sur Continuer pour exécuter le programme de balayage. Ces images anatomiques, associées à l’acquisition précédente de l’IRMf en boldique, permettront de localiser correctement le voxel dans le champ du barillet somatosensoriel primaire ou S1BF, pour MRS.
   REMARQUE : Les paramètres T2_TurboRARE sont de 14 coupes, 2 mm par tranche, FOV = 2,5 x 2,5 cm, TE = 100 ms, TR = 5 000 ms, matrice = 128 x 128, temps de séquence = 2 min 40 s.
6. Faites glisser l’onglet de séquence de localisation par refocalisation sélective adiabatique (LASER) dans la fenêtre Nom de l’instruction et placez le voxel (2 mm de haut, 2,5 mm de long, 3 mm de profondeur) au centre de la zone S1BF.
   1. Utilisez un atlas de cerveau de rat et l’amélioration IRMf BOLD pour localiser la zone sur les images T2 (Figure 3). Cliquez sur l’onglet Plate-forme de réglage pour ouvrir les instructions de numérisation modifiées. Cliquez sur l’onglet Wobble et modifiez légèrement l’impédance (charge électronique) de la bobine de réception pour la régler. Cliquez sur l’onglet Appliquer lorsque l’accord est terminé pour fermer l’éditeur d’instructions et appliquer les modifications dans l’instruction modifiée.
7. Enregistrez une carte B0 et procédez au balayage de la cale, puis effectuez une cale locale.
   REMARQUE : Pour la carte B0, utilisez les paramètres suivants : temps de premier écho = 1,65 ms ; TR = 20 ms, moyenne = 1 ; angle de retournement = 30° ; espacement de l’écho = 3,805 ms ; tranche = 58 mm ; taille de l’image = 64 x 64 x 64 ; Champ de vision = 58 x 58 x 58 mm ; Temps de balayage = 1 m 24 s 920 ms. Pour la cale de balayage, utilisez les paramètres suivants : excitation sélective du voxel, impulsion gaussienne STEAM ; TE = 5 ms ; temps de mélange = 10 ms ; durée d’acquisition = 204,8 ms ; bande passante = 10 000 Hz ; temps de séjour = 50 μs. Pour la cale locale, utilisez les paramètres suivants : suppression de l’eau, puissance variable et durée d’acquisition de la relaxation optimisée (VAPOR) = 1 363,15 ms ; points = 4 096 ; bande passante en Hz = 3 004,81 Hz ; bande passante en ppm (parties par million) = 10 ppm ; temps de séjour = 166,40 μs ; résolution spectrale = 0,37 Hz/points. Les paramètres LASER sont les suivants : temps d’écho = 19,26 ms ; TR = 2 500 ms ; moyennes = 128 ou 32 ; temps de balayage = 5 min 20 s ou 1 min 20 s ; points d’acquisition = 4 096.
8. Effectuez 1H-MRS.
   1. Commence l’acquisition 1H-MRS en premier pendant une période de repos (4 x 32 balayages LASER + 128 balayages LASER ; 2 500 ms par balayage).
   2. Acquérez une autre séquence de localisation (la même que celle décrite à l’étape 5.3) pour comparer avec la première enregistrée et assurez-vous que le rat n’a pas bougé lors de l’acquisition LASER.
   3. Effectuez une IRM-1H pendant l’activation des moustaches à l’aide de la séquence LASER (4 x 32 balayages LASER + 128 balayages LASER ; 2 500 ms par balayage) avec le système de bouffée d’air activé (paradigme = 20 s d’activation et 10 s de repos).
   4. Encore une fois, effectuez une séquence de localisation pour vérifier si le rat s’est déplacé.
      REMARQUE : Le nombre de scans et de périodes de repos/activation peut être adapté et modifié, mais assurez-vous toujours que le rat ne bouge pas en effectuant régulièrement une séquence de localisation.

Résultats

Figure 1 : BOLD fMRI. (A) Placement de la bobine de la matrice de volume. La tête du rat est en position horizontale et bloquée par des barres d’oreille. Vérifiez que la voile se déplace librement et qu’elle n’est pas bloquée p...

Matériaux