Cartographie cérébrale IRMf en temps réel chez les animaux
24 septembre 2020
La cartographie fonctionnelle du cerveau animal peut bénéficier de la configuration expérimentale d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) en temps réel. En utilisant le dernier logiciel implémenté dans le système d’IRM animale, nous avons établi une plate-forme de surveillance en temps réel pour l’IRMf des petits animaux.
Au lieu d’une analyse rétrospective pour enquêter sur les sources de composéification. La plate-forme d’IRMf en temps leader proposée fournit un schéma plus efficace pour identifier la réponse IRMf dynamique à l’aide du dernier logiciel de console. Cette technique peut fournir une faisabilité de dépannage immédiate et un paradigme de simulation de biofeedback en temps réel pour les études fonctionnelles du cerveau chez les animaux. Pour acquérir des images anatomiques couvrant l’ensemble du cerveau en vue coronale, cliquez sur le bouton Continuer pour exécuter une séquence rare pondérée T2.
Pour configurer le logiciel d’IRMf en temps réel. Ouvrez une fenêtre de terminal et utilisez la commande pour accéder au chemin d’accès au plug-in AFNI en temps réel. Utilisez les commandes indiquées pour exécuter le logiciel AFNI avec le plugin en temps réel.
Utilisez la commande diamond et les options pour surveiller les fichiers de briques AFNI à venir. Utilisez la commande PVC MD avec les options indiquées pour exécuter le script de macro d’arrière-plan. Pour obtenir les paramètres d’acquisition EPI, utilisez la commande et les options exec PVC MD.
Pour convertir les données brutes d’imagerie planaire 3D ECHO, en fichiers AFNI, en temps réel, dans le script de macro d’arrière-plan. Utilisez la commande et les options EXEC TOD-3D, en vous assurant que les informations géométriques EPI sont cohérentes avec l’orientation de l’anatomie. Cliquez sur le bouton Continuer pour exécuter une séquence EPI 3D pondérée en étoile T2 pour une imagerie IRMf audacieuse.
Pour superposer les images EPI sur les images anatomiques rares. Tout d’abord, utilisez la commande pour convertir les images rares en un ensemble de données AFNI Brick et utilisez le script et les options pour enregistrer les images EPI dans les images anatomiques. Pour traiter les cartes de connectivité fonctionnelle à l’état de repos des réponses en gras.
Utilisez les options AFNI pour calculer la corrélation basée sur les valeurs initiales de l’ensemble de données 3D plus temps, par exemple les séries chronologiques IRMf à l’état de repos. Ensuite, pour visualiser les cartes fonctionnelles des signaux en gras, sélectionnez l’option de superposition définie et utilisez la fonction clusters, à partir du menu de l’interface utilisateur AFNI, pour générer un clustering interactif dans le logiciel AFNI. Visualiser les réponses de stimulation électrique par IRMf.
Allumez un isolateur de stimulus électrique et utilisez des blocs de stimulation pour effectuer une stimulation électrique à quatre pattes pour une analyse IRMf évoquée. Dans ce cours de temps représentatif en temps réel Voxel-Wise Bold fMRI. L’évolution temporelle du cortex somatosensoriel primaire controlatéral à quatre pattes, correspondant au paradigme de conception de blocs dans le format d’acquisition en temps réel, après stimulation électrique à quatre pattes, peut être observée.
Comme illustré, des cartes en gras activées correspondant à la stimulation électrique à quatre pattes peuvent également être générées, les régions activées étant détectées et affichées sous forme de grappes colorées. Assurez-vous d’activer l’option Reconstruction EPI 3D pré-image 3D et d’exécuter la macro dans le menu de l’interface utilisateur de construction de données. Et pour se lier au script de macro prédéfini, configurez l’API RT 3D avant la numérisation.
Consultez la transcription complète et accédez à des milliers de vidéos scientifiques
Aperçu
Cette étude met en place une plateforme d'imagerie fonctionnelle par résonance magnétique (IRMf) en temps réel pour la cartographie cérébrale animale, améliorant ainsi l'identification des réponses dynamiques. En utilisant un logiciel avancé intégré au système d'IRM pour animaux, des interventions correctives immédiates et des simulations de rétroaction biologique pour des études fonctionnelles cérébrales chez les petits animaux sont rendues possibles.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Neurosciences
- Techniques d'imagerie
- Cartographie de la fonction cérébrale
Contexte
- La fMRI en temps réel permet une surveillance immédiate de l'activité cérébrale.
- L'analyse traditionnelle nécessite une évaluation rétrospective, limitant les retours rapides.
- Les réponses dynamiques de l'activité cérébrale peuvent être efficacement surveillées à l'aide de protocoles en temps réel.
- Des techniques de stimulation électrique peuvent être utilisées pour observer les réponses cérébrales.
Objectif de l'étude
- Mettre en place une plateforme de surveillance en temps réel pour l'IRMf chez les petits animaux.
- Améliorer l'étude des réponses dynamiques cérébrales pendant des stimuli.
- Fournir des fonctionnalités de dépannage et une simulation de biofeedback en temps réel.
Méthodes utilisées
- L'étude utilise une plateforme d'IRMf en temps réel pour capturer l'activité cérébrale.
- Elle se concentre sur des modèles animaux de petite taille afin d'évaluer les réponses fonctionnelles du cerveau.
- Diverses commandes sont exécutées pour configurer le logiciel AFNI en vue du traitement des images.
- Des séquences telles que l'imagerie pondérée en T2 et l'imagerie EPI sont utilisées pour acquérir les données.
- Une stimulation électrique des quatre pattes est employée afin d'analyser les réponses d'IRMf évoquées.
Résultats principaux
- La plateforme permet une visualisation en temps réel de la réponse cérébrale à des stimuli.
- Les données temporelles par voxel provenant de régions cérébrales spécifiques peuvent être observées.
- La cartographie des réponses montre les régions d'intérêt activées pendant la stimulation.
- Des techniques d'imagerie clés permettent la superposition de données fonctionnelles sur des images anatomiques.
Conclusions
- Cette étude démontre la capacité de l'IRMf en temps réel à faciliter un retour immédiat dans la recherche en neurosciences.
- Les connaissances acquises peuvent améliorer de manière significative la compréhension de la dynamique cérébrale lors d'études fonctionnelles.
- L'adaptabilité de la plateforme fournit un outil précieux pour les futures études en neuroimagerie animale.
Questions fréquemment posées
Pertinence industrielle pour les cadres
L'imagerie fonctionnelle par résonance magnétique en temps réel permet d'identifier immédiatement les réponses cérébrales dynamiques, réduisant ainsi la dépendance à l'analyse rétrospective et accélérant les tests d'hypothèses en neurosciences précliniques. Cette capacité soutient la validation des cibles en fournissant un retour rapide sur l'activation des circuits neuronaux dans des conditions physiologiques contrôlées. La plateforme renforce la confiance prédictive en phase de découverte précoce en permettant l'ajustement en temps réel des variables expérimentales afin d'obtenir les résultats hémodynamiques souhaités.
Applications stratégiques en recherche et développement en biopharmaceutique
Découverte précoce et validation de cibles
- Valeur scientifique : Permet l'interrogation d'hypothèses thérapeutiques grâce à la surveillance en temps réel des schémas d'activation neuronale en réponse à une stimulation.
- Valeur opérationnelle : Offre un dépannage immédiat des conditions expérimentales, réduisant ainsi le temps d'acquisition perdu et améliorant la qualité des données.
- Valeur prédictive : Facilite la validation fonctionnelle de cibles en reliant des paradigmes de stimulation à des réponses hémodynamiques mesurables dans des régions cérébrales pertinentes pour la maladie.
Développement de criblages et de tests
- Valeur scientifique : Génère des lectures IRMf quantitatives et résolues temporellement permettant une évaluation normalisée des réponses neuronales dans différentes conditions expérimentales.
- Valeur opérationnelle : Facilite la préparation des tests grâce à une détection reproductible du signal dans le cortex somatosensoriel primaire, soutenant ainsi des procédés de criblage évolutifs.
- Valeur translationnelle : Fournit des courbes temporelles par voxel et des cartes d'activation qui servent de biomarqueurs fonctionnels pour l'interaction avec la cible.
Recherche translationnelle et préclinique
- Valeur scientifique : Relie la découverte à la validation préclinique en fournissant des signaux neuronaux constants et en temps réel, quel que soit le paradigme de stimulation.
- Valeur opérationnelle : Permet une surveillance longitudinale de la fonction cérébrale, appuyant ainsi les décisions d'avancement ajustées au risque dans le développement thérapeutique.
- Réduction du risque mécanistique : Diminue l'ambiguïté concernant le mécanisme cible en permettant l'observation directe de la dynamique de réponse cérébrale à une modulation pharmacologique ou physiologique.
Intégration du pipeline et du flux de travail
La plateforme d'IRMf en temps réel s'intègre aux flux de travail de découverte précoce en permettant une itération rapide des paramètres de stimulation et physiologiques afin d'affiner les hypothèses cibles avant de procéder au criblage de composés.
- Biologie de la découverte : Permet de tester des hypothèses et de clarifier les voies biologiques en observant en temps réel l'activation des circuits neuronaux en réponse à des stimuli définis.
- Écrantage : Fournit des données hémodynamiques reproductibles et quantitatives permettant une comparaison fiable des réponses neuronales entre différentes conditions.
- Analytique : Offre des données temporelles au niveau voxel et des cartes d'activation facilitant les comparaisons statistiques et l'analyse de la connectivité fonctionnelle.
- Recherche translationnelle : Relie les données précoces sur la réponse neuronale à la continuité préclinique grâce à des lectures cohérentes et fondées sur la physiologie.
- Réutilisation en entreprise : Fonctionne comme une capacité d'imagerie cérébrale réutilisable pour plusieurs campagnes de validation ciblée à travers différents domaines thérapeutiques.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive dans la validation des cibles en réduisant l'ambiguïté mécanistique grâce à la surveillance directe de la réponse neuronale.
- Valeur opérationnelle : Améliore la reproductibilité et la standardisation de l'acquisition IRMf par un traitement automatisé en temps réel et des boucles de rétroaction.
- Valeur stratégique : Renforce l'efficacité des décisions d'aller/arrêt en permettant une évaluation rapide de l'engagement de la cible et de la modulation des voies.
- Impact sur le portefeuille : Favorise une priorisation ajustée au risque en fournissant dès les premières étapes une preuve fonctionnelle de la pertinence de la cible dans les circuits neuronaux.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en imagerie neurofonctionnelle, en logiciel AFNI et en pipelines de traitement en temps réel des données.
- Dépend d'une infrastructure préclinique d'IRM à haut champ (par exemple, système à 14,1 T) et de séquences d'impulsions compatibles.
- Exige une standardisation interéquipes des protocoles de stimulation et de la surveillance physiologique afin d'obtenir des résultats reproductibles.
- Implique des adaptations à prendre en compte lors de la transposition des protocoles entre modèles animaux ou paradigmes de stimulation.
- Est limité par la nécessité d'une synchronisation précise entre le moment de la stimulation et l'acquisition des images afin d'éviter les interférences hémodynamiques.
Foire aux questions sur la bio-industrie pharmaceutique
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
