L'IRM fonctionnelle optogénétiques

L’objectif global de cette procédure d’imagerie est de combiner l’IRM-F avec la stimulation optogénétique pour une cartographie spécifique au type de cellule des circuits neuronaux fonctionnels et de leur dynamique dans l’ensemble du cerveau vivant. Cette méthode peut aider à répondre à des questions clés dans le domaine des neurosciences, telles que la détermination du rôle d’éléments spécifiques des circuits cérébraux dans l’activité cérébrale globale. Le principal avantage de cette technique est qu’elle permet une stimulation spécifique au type de cellule et une lecture à résolution spatiale relativement élevée de l’activité cérébrale globale.

Jia Liu et Zhongnan Fang, étudiants diplômés dans mon laboratoire, feront la démonstration de cette procédure. Après avoir anesthésié l’animal comme décrit dans le protocole textuel, rasez la tête avec un rasoir électrique et effectuez un triple gommage chirurgical sur la peau à l’aide de bétadine et d’un rinçage à 70 % d’éthanol. Ensuite, immobilisez le crâne de l’animal dans un appareil stéréotaxique.

À l’aide d’un scalpel, faites une incision médiane de 15 à 20 millimètres sur la ligne médiane du cuir chevelu. Rétracter le cuir chevelu à l’aide d’hémostats chirurgicaux fixés au périoste. Identifiez les emplacements Lambda et Bregma sur le crâne, puis positionnez le trépan sur la région d’intérêt, ou ROI.

Percez une petite craniotomie sur le retour sur investissement avec une fraise dentaire, en prenant soin de ne pas percer le cerveau. Insérez lentement une aiguille attachée à la seringue d’un microlitre à travers la craniotomie dans le retour sur investissement dans le cerveau. Ensuite, utilisez un contrôleur de pompe à microseringue pour injecter deux microlitres de la solution vectorielle dans le retour sur investissement.

Une fois l’injection terminée, attendez 10 minutes, puis retirez lentement la seringue à une vitesse de 0,5 millimètre par minute. Après l’injection, séchez la surface du crâne. Confirmez les coordonnées pour le retour sur investissement et insérez l’implant de virole à la profondeur cible à une vitesse de 0,5 millimètre par minute.

Enfin, montez l’implant de virole sur le crâne à l’aide de ciment dentaire. Une fois que le ciment dentaire s’est solidifié, scellez l’incision avec des sutures autour du capuchon de ciment dentaire. Commencez par connecter le câble de raccordement à fibre optique à une source de lumière laser et mesurez la sortie à l’extrémité du corps du câble de raccordement à l’aide d’un wattmètre.

Ajustez le niveau de puissance approprié pour produire la sortie souhaitée à l’extrémité du câble à fibre optique, qui est implanté à l’intérieur du cerveau. Évitez les fuites de lumière de l’implant en couvrant les yeux de l’animal. Ensuite, placez la bobine sur la tête de l’animal.

Utilisez un manchon de virole pour maintenir le câble à fibre optique sur l’implant de virole. Insérez le berceau avec l’animal dans l’alésage du scanner. Surveillez le rythme respiratoire, le CO2 courant et la température corporelle tout au long de l’expérience en ajustant le ventilateur artificiel pour maintenir les valeurs physiologiques dans les limites appropriées.

Connectez les câbles BNC du port de déclenchement du scanner IRM au générateur de fonctions. Sélectionnez une séquence de positionnement et cliquez sur scan' dans la fenêtre de fonctionnement. Cliquez sur continuer pour imager l’emplacement de la tête de l’animal.

Si le cerveau n’est pas à l’isocentre, ajustez l’emplacement de la tête de l’animal et répétez le balayage de positionnement jusqu’à ce que le cerveau soit à l’isocentre. Acquérir une image anatomique à haute résolution pour vérifier l’intégrité globale du cerveau et confirmer l’emplacement de l’implant de fibre optique. Ensuite, sélectionnez une séquence pondérée T2.

Ajustez le nombre de tranches, puis cliquez sur scan' pour acquérir les images anatomiques coronales haute résolution pondérées T2. Enfin, sélectionnez un dégradé multi-tranches rappelé echo-sequence, puis cliquez sur continuer' pour acquérir l’image fonctionnelle. Ce protocole utilise l’IRM-F optogénétique pour stimuler le cortex moteur dans un modèle animal.

Cette carte d’activation montre les voxels activés dans le cortex moteur et le thalamus, indiquant des connexions synaptiques à longue portée entre ces régions. Ici, le signal gras est montré pour les voxels actifs dans le cortex moteur et le thalamus lors de la stimulation optogénétique du cortex moteur. La fonction de réponse hémodynamique thalamique montre une réponse retardée par rapport à la réponse dans le cortex moteur après stimulation.

Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez avoir une bonne compréhension de la façon d’effectuer des chirurgies d’implantation et de l’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle optogénétique. Une fois maîtrisée, cette procédure d’imagerie peut être réalisée en deux heures. Lors de la tentative de cette procédure, il est très important de surveiller l’animal et de maintenir sa physiologie dans les limites normales.

À la suite de cette procédure, des méthodes complémentaires peuvent être utilisées, telles que l’électrophysiologie pour étudier la dynamique temporelle de la neuroactivité, ou l’immunohistochimie pour valider l’expression et la spécificité de l’opsine. Le développement de cette technique a ouvert la voie aux neuroscientifiques pour étudier la connectivité fonctionnelle dans un cerveau intact et vivant. N’oubliez pas que travailler avec un scanner IRM peut être extrêmement dangereux.

Des précautions telles que garder l’équipement magnétique suffisamment éloigné du scanner doivent toujours être prises lors de cette procédure.