הדמייה תפקודית באמצעות שיבוש Ultrasonic הדם למוח הגדר מנגן משופרת MRI

המטרה הכללית של הניסוי הבא היא למיפוי של הפעילות העצבית בעכבר באמצעות MRI מועצם במנגן. הדבר נעשה על ידי גרייה חד-צדדית של ה-vibrissae ומיפוי התגובה העצבית בקליפת המוח של שדה החביות (barrel field cortex) בצד הנגדי. השלב הראשון הוא הרכבה וכיול של מערכת האולטרסאונד, המורכבת ממתמר אולטרסאונד לא ממוקד המופעל על ידי מחולל אותים ומגבר לצורך הניסוי.

לאחר הזרקה תוך-peritoneאלית של מנגן, מחסום הדם-מוח נפתח באמצעות אולטרסאונד ומיקרו-בועות, מה שמאפשר למנגן לחדור לסבך המוח (brain parenchyma). לאחר מכן, העכבר נחשף לפרדיגמה של גרייה עצבית, הגורמת להצטברות גבוהה יותר של מנגן באזורים הפעילים יותר במוח. לבסוף, מתקבלות תמונות MRI המראות הבדלים אזוריים בעוצמת תמונה של MR המשוקללת לפי T1, בהתבסס על רמות שונות של הצטברות מנגן בתוך המוח.

במדעי המוח, העכבר הוא מערכת המודל הדומיננטית לחקר הבסיס הגנטי והמולקולרי של התפתחות המוח ומחלותיו. טכניקה זו מספקת כלי לא פולשני למיפוי פעילות עצבית במודלים אלו של עכברים. שימוש באולטרסאונד לפריצת מחסום הדם-מוח אינו משמש רק להחדרת מנגנז לסרט המוח (parenchyma) לצורכי דימיון עצבי תפקודי, אלא יכול לשמש גם להחדרה של מגוון רחב של תרכובות אחרות לסרט המוח, כולל חומרי ניגוד מבוססי גדוליניום או תרופות כימותרפיה.

בדרך כלל, אנשים שאינם מכירים שיטה זו יתקשו בכיול מערכת האולטרסאונד ובטיפול במיקרו-בועות. הפרוצדורה תודגם לכל אחד מהטכנאים במעבדה שלנו. מערכת האולטרסאונד כוללת מתמר אולטרסאונד בעל אלמנט בודד עם קוטר רחב מספיק כדי לכסות את מוח העכבר ותדר מרכזי בטווח של שניים megahertz.

המתמר מופעל על ידי מחולל אותות ומגבר הספק של 50 דציבל, אשר יצרו את רצף פולסי האולטרסאונד. יש לכייל את מערכת האולטרסאונד במיכל מים. מקמו את ההידרופון בתחתית המיכל והניחו את המתמר מעליו באמצעות במה להזזה בשלושה צירים.

לאחר מכן, הפעילו רצף קצר של פולסים סינוסואידליים על המתמר וכווננו את הבמה כדי למצוא את תגובת השיא, שצריכה להיות במרכז אלומת האולטראסאונד ובמוקד הטבעי של המתמר. לאחר מכן, בצעו מספר מדידות של לחץ אקוסטי על פני טווח של מתחי כניסה, והשתמשו ברגרסיה ליניארית כדי להעריך את הקשר בין מתח הכניסה ללחץ האקוסטי. מצאו את אמפליטוד הפולס הדרושה ליצירת לחץ אקוסטי שלילי שיאי של כ-0.36 megapascals.

בשלב זה, הרדימו את בעל החיים על ידי הזרמת isof fluorine באמצעות קונוף. מכשיר הקונוף אמור לקבע את ראשו של בעל החיים בצורה מדויקת ואמינה באותו מיקום בכל פעם. המכשיר השומר על הראש במצב שטוח של הגולגולת במהלך הניסוי הוא כרית פנאומטית; עקבו אחר קצב הנשימה וכווןו את מינון החומר המרדימה כדי לשמור על קצב נשימה שבין 85 ל-125 נשימות לדקה. במקביל, עקבו אחר טמפרטורת הגוף של בעל החיים באמצעות גשש רקטלי ושמרו על טמפרטורת הגוף בעזרת מנורת חימום או זרימת אוויר.

לאחר מכן, הכניסו קטטר לווריד הזנב וקטטר תוך-בטני לבעל החיים. השלב הבא הוא קיצוץ הפרווה כדי להדגים גירוי חד-צדדי של ה-VII ולמפות את התגובה העצבית בקליפת המוח של שדה החביות (barrel field cortex) בצד הנגדי. גזרו את ה-VII הנגדי קרוב ככל האפשר לפני השטח של העור, ללא גירוי של הזקיק או העור שסביבו.

לאחר מכן, העבירו את החיה למערכת האולטרסאונד ומריחו ג'ל אולטרסאונד על הקרקפת; הניחו דף פלסטיק דק נמוך המכיל עמוד מים על הראש. השתמשו במקלון צמרon כדי להוציא בועות אוויר שנלכדו בג'ל האולטרסאונד דרך עמוד המים. לאחר מכן, מקמו את מתמר האולטרסאונד בתוך המים במרחק המוקד הטבעי שלו ישירות מעל מוח העכבר, ונגבו את המתמר בעזרת האצבע כדי להסיר בועות אוויר שנלכדו.

לאחר מכן, הכינו את מיקרוספירות השומן של perrin על ידי ניעור המבחנה באגיטטור למשך 45 שניות תוך כדי העבודה. השאירו את המבחנה בטמפרטורת החדר, אך אחסנו אותה במקרר לאחר השימוש האחרון של היום ועד לשימוש הראשון למחרת. בימים הבאים, נערה שוב את המבחנה המאוחסנת באגיטטור.

בשלב הבא, הזרק 0.5 millimole per kilogram של manganese chloride באופן תוך-peritoneal, והמתן 10 דקות להפצתו. לאחר מכן, נער את מבחנת המיקרובועות ביד במשך דקה אחת כדי להשעות מחדש את המיקרוספירות. לאחר מכן, שאב 30 µL בתוספת נפח המת (dead volume) של הקטטר.

הקפידו לא להזריק אוויר לבקבוקון, שכן הדבר יגרום לפירוק של המיקרו-בועות שנותרו. התחילו מיד את רצף פולסי האולטרסאונד והזריקו את המיקרוספירות דרך קטטר וריד הזנב בדילוי מינימלי. המשיכו בסוניקציה למשך שלוש דקות.

לאחר מכן, כבו את מערכת האולטרסאונד. לאחר שרמת המנגן במוח התייצבה למשך כ-40 דקות, כבו את האיסו-פלורורן והסירו את קונו האף. בנקודה זו, התחילו את פרדיגמת הגירוי העצבי למיפוי קורטקס שדות החביות (barrel field cortex).

הניעו מכחול בתנועה מעגלית בתדר של כ-1 עד 5 hertz דרך מערך הוויברציה (vibra array) בצד הנוגד למשך 90 דקות. החז a את ההרדמה לאחר הגירוי, ולאחר מכן המשיכו לשמור על טמפרטורת הגוף וכווןו את רמת ה-isof fluorine כך שקצב הנשימה יהיה 85 עד 125 נשימות לדקה. לאחר מכן, הניחו את העכבר בסליל MRI והעבירו אותו למערכת ה-MRI.

לאחר מכן, השג שלוש תמונות T1-weighted ברזולוציה גבוהה כפי שמוצג כאן. פגיעה במחסום הדם-מוח לאחר מתן חומר ניגודי מקצר T1, כגון מנגן או חומר מבוסס גדוליניום, גורמת לעלייה באות בפרנכימה של המוח בדימות T1-weighted בהשוואה למוחות שבהם לא בוצע BOMA. כאן מוצגות מפות הפעילות העצבית שהופקו על ידי גרייה חד-צדדית של ה-risi בשבעה בעלי חיים בעמודה הראשונה.

מפות הפרשים בשני מיקומים שונים מראות אות MRI מוגבר בצד הנוגדה לגירוי על ידי מברשת. בעמודה השנייה, מפות ערכי p מצביעות על המובהקות היחסית של הבדלים אלו. בעמודה השלישית, דיאגרמות אטלס המוח התואמות מראות כי אזורים פעילים אלו מקבילים לשטח החביות (barrel field) של קליפת המוח התחושית הראשונית.

עם תרגול, ניתן לבצע טכניקה זו בכשעתיים, בתוספת משך הסימולציה. בעת ביצוע הפרוצדורה, חשוב לזכור לנער את מבחנת המיקרובובלס לפני ההזרקה ולהקפיד שלא להזריק אוויר למבחנה. בנוסף, חשוב לוודא שאין בועות אוויר כלואות בתוך ג'ל האולטרסאונד או מתחת למתמר האולטרסאונד.

להדגמה זו בחרנו לעורר את השפם, אך ניכר כי ניתן להתאים טכניקה זו לחקר של כל גירוי רלוונטי. לאחר הפרוצדורה, בעל החיים יכול להחלים לחלוטין, מה שמאפשר ביצוע של מחקרים אורכיים.