Name: MRI פונקציונלי optogenetic (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2016-04-19T13:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 6 s
Description: למד את שיטת ה-ofMRI לתיאור מעגלים עצביים תפקודיים במוח חי. טכניקה זו משלבת גירוי אופטוגנטי עם דימות MRI לרזולוציה גבוהה וספציפיות לסוג תאים.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

עבודה זו נתמכה באמצעות מימון מפרס NIH/NIBIB R00 (4R00EB008738), פרס מענק המחקר של קרן אוקאווה, פרס החדשן החדש של מנהל ה-NIH (1DP2OD007265), פרס NSF CAREER (1056008) ומלגת המחקר של קרן אלפרד פ. סלואן. J.H.L. רוצה להודות לקארל דיסרות' על אספקת פלסמידים של ה-DNA ששימשו לניסויים האופטוגנטיים. המחברים רוצים גם להודות לאנדרו וייץ ומנקין צ'וי על עריכת כתב היד ולכל חברי מעבדת לי על עזרתם בניסויי ה-MRI.

<ol><li>Lee, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Global+and+local+fMRI+signals+driven+by+neurons+defined+optogenetically+by+type+and+wiring%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Global and local fMRI signals driven by neurons defined optogenetically by type and wiring.</a> Nature. 465 (7299), 788-792 (2010).</li>
<li>Weitz, A. J., Lee, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Progress+with+optogenetic+functional+MRI+and+its+translational+implications%5BTitle%5D)+AND+%22Future+Neurol%22%5BJournal%5D)">Progress with optogenetic functional MRI and its translational implications.</a> Future Neurol. 8 (6), 691-700 (2013).</li>
<li>Lee, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Informing+brain+connectivity+with+optogenetic+functional+magnetic+resonance+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Informing brain connectivity with optogenetic functional magnetic resonance imaging.</a> NeuroImage. 62 (4), 2244-2249 (2012).</li>
<li>Lee, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tracing+Activity+Across+the+Whole+Brain+Neural+Network+with+Optogenetic+Functional+Magnetic+Resonance+Imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Front.+Neuroinform%22%5BJournal%5D)">Tracing Activity Across the Whole Brain Neural Network with Optogenetic Functional Magnetic Resonance Imaging.</a> Front. Neuroinform. 5 (October), 1-7 (2011).</li>
<li>Kahn, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Characterization+of+the+Functional+MRI+Response+Temporal+Linearity+via+Optical+Control+of+Neocortical+Pyramidal+Neurons%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Characterization of the Functional MRI Response Temporal Linearity via Optical Control of Neocortical Pyramidal Neurons.</a> J. Neurosci. 31 (42), 15086-15091 (2011).</li>
<li>Takata, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optogenetic+Activation+of+CA1+Pyramidal+Neurons+at+the+Dorsal+and+Ventral+Hippocampus+Evokes+Distinct+Brain-Wide+Responses+Revealed+by+Mouse+fMRI%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+ONE%22%5BJournal%5D)">Optogenetic Activation of CA1 Pyramidal Neurons at the Dorsal and Ventral Hippocampus Evokes Distinct Brain-Wide Responses Revealed by Mouse fMRI.</a> PLoS ONE. 10 (3), e0121417(2015).</li>
<li>Iordanova, B., Vazquez, A. L., Poplawsky, A. J., Fukuda, M., Kim, S. -G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+and+hemodynamic+responses+to+optogenetic+and+sensory+stimulation+in+the+rat+somatosensory+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Cereb.+Blood+Flow+Metab%22%5BJournal%5D)">Neural and hemodynamic responses to optogenetic and sensory stimulation in the rat somatosensory cortex.</a> J. Cereb. Blood Flow Metab. 35 (6), 922-932 (2015).</li>
<li>Weitz, A. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optogenetic+fMRI+reveals+distinct%2C+frequency-dependent+networks+recruited+by+dorsal+and+intermediate+hippocampus+stimulations%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Optogenetic fMRI reveals distinct, frequency-dependent networks recruited by dorsal and intermediate hippocampus stimulations.</a> NeuroImage. 107, 229-241 (2015).</li>
<li>Desai, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mapping+brain+networks+in+awake+mice+using+combined+optical+neural+control+and+fMRI%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Mapping brain networks in awake mice using combined optical neural control and fMRI.</a> J. Neurophysiol. 105 (December 2010), 1393-1405 (2011).</li>
<li>Liang, Z., Watson, G. D. R., Alloway, K. D., Lee, G., Neuberger, T., Zhang, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mapping+the+functional+network+of+medial+prefrontal+cortex+by+combining+optogenetics+and+fMRI+in+awake+rats%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Mapping the functional network of medial prefrontal cortex by combining optogenetics and fMRI in awake rats.</a> NeuroImage. 117 (0), 114-123 (2015).</li>
<li>Byers, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Direct+in+vivo+assessment+of+human+stem+cell+graft-host+neural+circuits%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Direct in vivo assessment of human stem cell graft-host neural circuits.</a> NeuroImage. 114 (0), 328-337 (2015).</li>
<li>Boyden, E. S., Zhang, F., Bamberg, E., Nagel, G., Deisseroth, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Millisecond-timescale%2C+genetically+targeted+optical+control+of+neural+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Millisecond-timescale, genetically targeted optical control of neural activity.</a> Nat. Neurosci. 8 (9), 1263-1268 (2005).</li>
<li>Carter, M. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Tuning+arousal+with+optogenetic+modulation+of+locus+coeruleus+neurons%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Tuning arousal with optogenetic modulation of locus coeruleus neurons.</a> Nat. Neurosci. 13 (12), 1526-1533 (2010).</li>
<li>Zhang, F., Wang, L. P., Boyden, E. S., Deisseroth, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Channelrhodopsin-2+and+optical+control+of+excitable+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Methods%22%5BJournal%5D)">Channelrhodopsin-2 and optical control of excitable cells.</a> Nat. Methods. 3 (10), 785-792 (2006).</li>
<li>Zhao, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cell+type-specific+channelrhodopsin-2+transgenic+mice+for+optogenetic+dissection+of+neural+circuitry+function%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Methods%22%5BJournal%5D)">Cell type-specific channelrhodopsin-2 transgenic mice for optogenetic dissection of neural circuitry function.</a> Nat. Methods. 8 (9), 745-752 (2011).</li>
<li>Ogawa, S., Lee, T. M., Kay, A. R., Tank, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brain+magnetic+resonance+imaging+with+contrast+dependent+on+blood+oxygenation%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">Brain magnetic resonance imaging with contrast dependent on blood oxygenation.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 87 (24), 9868-9872 (1990).</li>
<li>Ogawa, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intrinsic+signal+changes+accompanying+sensory+stimulation%3A+functional+brain+mapping+with+magnetic+resonance+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">Intrinsic signal changes accompanying sensory stimulation: functional brain mapping with magnetic resonance imaging.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 89, 5951-5955 (1992).</li>
<li>Kwong, K. K., Belliveau, J. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+magnetic+resonance+imaging+of+human+brain+activity+during+primary+sensory+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.S.A%22%5BJournal%5D)">Dynamic magnetic resonance imaging of human brain activity during primary sensory stimulation.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 89, 5675-5679 (1992).</li>
<li>Canals, S., Beyerlein, M., Murayama, Y., Logothetis, N. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electric+stimulation+fMRI+of+the+perforant+pathway+to+the+rat+hippocampus%5BTitle%5D)+AND+%22Magn.+Reson.+Imaging%22%5BJournal%5D)">Electric stimulation fMRI of the perforant pathway to the rat hippocampus.</a> Magn. Reson. Imaging. 26, 978-986 (2008).</li>
<li>Antal, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+artifacts+induced+by+electrical+stimulation+during+conventional+fMRI+of+the+brain%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Imaging artifacts induced by electrical stimulation during conventional fMRI of the brain.</a> NeuroImage. 85 (3), (2014).</li>
<li>Lin, J. Y., Knutsen, P. M., Muller, A., Kleinfeld, D., Tsien, R. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((ReaChR%3A+a+red-shifted+variant+of+channelrhodopsin+enables+deep+transcranial+optogenetic+excitation%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">ReaChR: a red-shifted variant of channelrhodopsin enables deep transcranial optogenetic excitation.</a> Nat. Neurosci. 16 (10), 1499-1508 (2013).</li>
<li>Christie, I. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((FMRI+response+to+blue+light+delivery+in+the+na%C3%AFve+brain%3A+Implications+for+combined+optogenetic+fMRI+studies%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">FMRI response to blue light delivery in the naïve brain: Implications for combined optogenetic fMRI studies.</a> NeuroImage. 66, 634-641 (2013).</li>
<li>Aravanis, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+optical+neural+interface%3A+in+vivo+control+of+rodent+motor+cortex+with+integrated+fiberoptic+and+optogenetic+technology%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neural+Eng%22%5BJournal%5D)">An optical neural interface: in vivo control of rodent motor cortex with integrated fiberoptic and optogenetic technology.</a> J. Neural Eng. 4, S143-S156 (2007).</li>
<li>Pashaie, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optogenetic+brain+interfaces%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Rev.+Biomed.+Eng%22%5BJournal%5D)">Optogenetic brain interfaces.</a> IEEE Rev. Biomed. Eng. 7, 3-30 (2014).</li>
<li>Gradinaru, V., Mogri, M., Thompson, K. R., Henderson, J. M., Deisseroth, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optical+deconstruction+of+parkinsonian+neural+circuitry%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Optical deconstruction of parkinsonian neural circuitry.</a> Science. 324, 354-359 (2009).</li>
<li>Rivard, A. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rat+intubation+and+ventilation+for+surgical+research%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Invest.+Surg%22%5BJournal%5D)">Rat intubation and ventilation for surgical research.</a> J. Invest. Surg. 19, 267-274 (2006).</li>
<li>Fang, Z., Lee, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-throughput+optogenetic+functional+magnetic+resonance+imaging+with+parallel+computations%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci.+Meth%22%5BJournal%5D)">High-throughput optogenetic functional magnetic resonance imaging with parallel computations.</a> J. Neurosci. Meth. 218 (2), 184-195 (2013).</li>
<li>Da Silva, F. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((EEG%3A+Origin+and+measurement%5BTitle%5D)+AND+%22EEG+-+fMRI%3A+Physiological+Basis%2C+Technique%2C+and+Applications%22%5BJournal%5D)">EEG: Origin and measurement.</a> EEG - fMRI: Physiological Basis, Technique, and Applications. , 19-38 (2010).</li>
<li>Becker, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low+dose+isoflurane+exerts+opposing+effects+on+neuronal+network+excitability+in+neocortex+and+hippocampus%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+ONE%22%5BJournal%5D)">Low dose isoflurane exerts opposing effects on neuronal network excitability in neocortex and hippocampus.</a> PLoS ONE. 7 (6), 3-9 (2012).</li>
<li>Nishikawa, K., Maciver, M. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Agent-selective+Effects+of+Volatile+Anesthetics+on+GABA+A+Receptor+-+mediated+Synaptic+Inhibition+in+Hippocampal+Interneurons%5BTitle%5D)+AND+%22Anesthesiology%22%5BJournal%5D)">Agent-selective Effects of Volatile Anesthetics on GABA A Receptor - mediated Synaptic Inhibition in Hippocampal Interneurons.</a> Anesthesiology. 94 (2), 340-347 (2001).</li>
<li>Jackson, J. I., Meyer, C. H., Nishimura, D. G., Macovski, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Selection+of+a+convolution+function+for+Fourier+inversion+using+gridding%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans.+Med.+Imag%22%5BJournal%5D)">Selection of a convolution function for Fourier inversion using gridding.</a> IEEE Trans. Med. Imag. 10 (3), 473-478 (1991).</li>
<li>Glover, G. H., Lee, A. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Motion+artifacts+in+fMRI%3A+comparison+of+2DFT+with+PR+and+spiral+scan+methods%5BTitle%5D)+AND+%22Magn.+Reson.+Med%22%5BJournal%5D)">Motion artifacts in fMRI: comparison of 2DFT with PR and spiral scan methods.</a> Magn. Reson. Med. 33 (20), 624-635 (1995).</li>
<li>Kim, D. H., Adalsteinsson, E., Spielman, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Simple+analytic+variable+density+spiral+design%5BTitle%5D)+AND+%22Magn.+Reson.+Med%22%5BJournal%5D)">Simple analytic variable density spiral design.</a> Magn. Reson. Med. 50, 214-219 (2003).</li>
<li>Friston, K. J., Harrison, L., Penny, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dynamic+causal+modeling%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Dynamic causal modeling.</a> Neuroimage. 19, 1273-1302 (2003).</li>
<li>Alkire, M. T., McReynolds, J. R., Hahn, E. L., Trivedi, A. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Thalamic+microinjection+of+nicotine+reverses+sevoflurane-induced+loss+of+righting+reflex+in+the+rat%5BTitle%5D)+AND+%22Anesthesiology%22%5BJournal%5D)">Thalamic microinjection of nicotine reverses sevoflurane-induced loss of righting reflex in the rat.</a> Anesthesiology. 107 (2), 264-272 (2007).</li>
<li>Zincarelli, C., Soltys, S., Rengo, G., Rabinowitz, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+AAV+serotypes+1-9+mediated+gene+expression+and+tropism+in+mice+after+systemic+injection%5BTitle%5D)+AND+%22Mol.+Ther%22%5BJournal%5D)">Analysis of AAV serotypes 1-9 mediated gene expression and tropism in mice after systemic injection.</a> Mol. Ther. 16 (6), 1073-1080 (2008).</li>
<li>Aschauer, D. F., Kreuz, S., Rumpel, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analysis+of+Transduction+Efficiency%2C+Tropism+and+Axonal+Transport+of+AAV+Serotypes+1%2C+2%2C+5%2C+6%2C+8+and+9+in+the+Mouse+Brain%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+ONE%22%5BJournal%5D)">Analysis of Transduction Efficiency, Tropism and Axonal Transport of AAV Serotypes 1, 2, 5, 6, 8 and 9 in the Mouse Brain.</a> PLoS ONE. 8 (9), 1-16 (2013).</li>
<li>Liu, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frequency-selective+control+of+cortical+and+subcortical+networks+by+central+thalamus%5BTitle%5D)+AND+%22eLife%22%5BJournal%5D)">Frequency-selective control of cortical and subcortical networks by central thalamus.</a> eLife. 4, e09215(2015).</li>
</ol>

למחברים אין מה לחשוף.

Motion של הנושא במהלך ההדמיה מהווה מקור משמעותי של חפץ שניתן להוביל לפגם בנתונים. כראוי אבטחת החיה על ערש ההדמיה יכולה למזער חפצים כגון יהיה שמירה על רמות הרדמה מתאימות. הנה, השתמשנו isoflurane אבל הרדמה חלופית, כגון medetomidine או קטמין ו xylazine, צריך להיות גם נחשב. עם זאת, הרמות והבחירה של הרדמה יכולות להשפיע פרמטרים רבים במוח, כולל תגובת BOLD 28. Isoflurane יכול לגרום לשינויים רגישים עצבי 29. הרדמה אחרת גם יכולה להשפיע עיכוב סינפטי GABA 30. לכן, הבחירה של הרדמה חשובה בעת ביצוע ofMRI נתון ויכולתה להשפיע על פעילות עצבית. ofMRI בהעדר ההרדמה אפשרי אבל יכול להיות מאתגר עם תנועה מוגברת מן החי, אשר יכול להיות מופחת אם החיה היא מורגל; כגון מחקרי ofMRI ערים בוצעו בעברnd ימנע את ההשפעה של בלבול הרדמה על המוח 9,10. תיקון תנועת אלגוריתמים לאחר עיבוד יכולים לשמש כדי למתן את ההשפעות של תנועה מאוד. כמה שיטות אלה קיימים, כולל אלגוריתם גאוס-ניוטון ההופכי המועסקים פרוטוקול זה, אשר ממזער את סכום ריבועי עלות פונקציה של תמונת ייחוס ותמונה תחת תיקון. האלגוריתם הוא שימושי משום שהוא מאפשר תיקון תנועה מהיר חזק, באמצעות עיצוב פלטפורמה במקביל GPU כדי לקצר את זמן עיבוד 27. לשיקום נתונים בפרוטוקול זה, תוכנות שנכתבו מותאם אישית בסביבת MATLAB שמשו שחזור gridding דו ממדים, שבו דגימות ספירלה משוחזרות ב k-שטח לדימויי gridded 31-33. נתוני סדרות עתיות נוצרו על ידי חישוב אפנון האחוזים של אות BOLD של כל יחסי voxel לתקופת הבסיס שנאספה לפני גירוי. ווקסלים שסדרת זמן היו synchronized לבלוקים של גירוי optogenetic עם ערך קוהרנטיות של 0.35 ומעלה הוגדרו ווקסלים מופעלים; ערך קוהרנטיות זו מקבילה לערך P פחות מ -10 -9 8. ערכי קוהרנטיות חושבו את הגודל התמר בתדר של מחזורי גירוי חזרו מחולקים הסכום-של-הריבועים של כל רכיבי התדר 8,27. שגיאת Familywise ניתן לשלוט באמצעות תיקון Bonferroni להשוואות מרובות. ניתן להשתמש בשיטות של ניתוח אלטרנטיבי, כולל בדיקות סטטיסטיות פרמטרית כגון מודלים ליניאריים כללי (GLMs). שיטת קוהרנטיות דורשת פחות ידע מוקדם של HRF בהשוואת לדגם ליניארי כללי הקונבנציונלי. לכן, זה יתרון כאשר בוחנים נתונים באמצעות ofMRI. עם זאת, שיטת קוהרנטיות ניתן להשתמש רק עבור נתונים עם עיצובים לחסום או את עיצובים הקשור לאירוע עם קבוע interstimulus מרווח אין להשתמש בנתוני ofMRI עם אירוע-רלה אחרטד עיצובים או עיצובים מעורבים. בהמשך לכך, דוגמנות סיבתי דינמית (DCM) ניתן להשתמש כדי לנתח אינטראקציות בין איזורים במוח שזוהו באמצעות ofMRI. DCM היא טכניקה סטטיסטית בייס פתחה לניתוח של קישוריות תפקודית מתגובות מערכת לתשומות ניסיוניות במהלך fMRI 34. בעיות טכניות נוספות ofMRI נדונות כאן. עלולים להיפגע שתלים או לנפול, מה שמוביל את הסרת החיה המושפעת מן המחקר. Re-השתלת ניתוחים אינם מומלצים בשל אי ודאות הנוספת של מיקוד אותו ROI כמו ניתוח ההשתלה המקורי ובשל נושאי רווחת בעלי חיים. בגלל הכמות של זמן ומשאבים רבים מושקעים בכל מקצוע בעלי חיים, השיקול של כוחו של החומר הוא דאגה משמעותית בבחירת דבק דנטלי מתאים לשימוש במחקרים ofMRI. ניתוח ההשתלה מהווה גורם קריטי למקסם את תוחלת החיים של implant ובכפוף חיה. לדוגמא, על מנת להבטיח כי הגולגולת היא יבשה לפני החלת מלט השיניים והצבת כמות מספקת של מלט סביב שתל טבעת חזוק הקרמיקה יכולה להבטיח יציבות לאורך ציר זמן החודשים ארוכי הפוטנציאל של החיה במהלך תקופת המחקר. בנוסף, עיצובי כלוב חלופיים יכולים להיחקר ודן עם מתקן הטיפול בבעלי החיים המקומי כדי למנוע כלובים עם צמרות חוט החזקת המזון ומים, כי לעתים קרובות לבלוט לתוך הכלוב ולספק הזדמנויות החיה לפגוע השתל. חשוב לציין, מלט השיניים חייב להיות שנבחר בקפידה על מנת להפחית לכלוכים המשפיעים הדמיה ומלט חלופי יכולים להיבדק על ידי יישום על רוח רפאים והדמיה בתוך סורק לפני השימוש בניסויים בבעלי חיים. ניסוי וטעייה עם מכתיר שיניים שונים הראו כי הבטון להשתמש בפרוטוקול זה נותן חפצים מעטים יחסית. אתגר טכני נוסף בביצוע ofMRI הוא הדיוק של מיקום סיבים אופטיים על ROI המיועד, בהתחשב extrמרחקים קטנים emely שיכול להתקיים בין גרעינים במוח 35. לאחר השלים ניתוחי ההשתלה, סריקות אנטומיים משוקללים T2 יכולות לשמש כדי לקבוע מיקום נכון על ידי שכיסה על אטלס מוח. המיומנות של המנתח ותרגול ביצוע ניתוחים אלה יכול לשפר את שיעורי מיקום נכונים. סגולי והביטוי של opsin בבית ROI המיועד ניתן לאמת בסיומו של המחקר על ידי מרוססת החיה ותיקון במוח באמצעות אימונוהיסטוכימיה או הקרינה אנדוגני של חלבון כתב מתויג אל opsin לשם ויזואליזציה. חלבוני כתב אלה ניתן colocalized גם עם חלבונים אחרים על מנת להבטיח כי opsin מתבטא סוגי התאים העצביים הרצויים 1,8,15,25. כאמור, חפצים שיכולים להתעורר בעת ביצוע ofMRI עקב חימום רקמת משלוח אור 22. חימום הרקמות גורם שינוי של פעמי הרפיה, וכתוצאה מכך אות BOLD שווא. כדי להבטיח כי activation הנובע גירוי אור במהלך ofMRI אינו בשל חפץ זה, בקרות opsin השלילית צריכות להתבצע בו גם חיות מוזרקות מלוחות או חיות הזריקו וקטורי fluorophore המלא (כגון AAV-CaMKIIa-EYFP) עוברות ofMRI. בנוסף, בנויים היטב רק שתלי סיבים אופטיים עם יעילות העברת אור טובה צריכים לשמש כדי להסיר את הצורך להשתמש בכוחות ליזר גבוהים. מחקרי ofMRI בוצעו הפעלה אשר שווא עקב חימום רקמות לא הייתה בעיה 1,6-8,10,11. לגבי הבחירה של וקטור להציג את גני optogenetic הנדרשים לתוך הנוירונים לביטוי, AAVs אינם ידוע לגרום למחלה בבני אדם ולכן הם אופציה נוחה, בהינתן רמת הבטיחות הביולוגית הנמוכה נדרשה להשתמש בתכשירים אלו (BSL-1). בנוסף, מספר רב של ליבות וקטור לשאת AAVs ארוז עם גני optogenetic שונים במלאי ועם קפסיד מרובה. סרוטיפ של AAV חייב להיבחר בased על יעד אוכלוסיית תאים שנועד להבטיח רמות ביטוי אופטימליות 36,37. Lentiviruses יכול לשמש גם, אך דורש רמת בטיחות ביולוגית גבוהה. פרק הזמן הנדרש עבור ביטוי מספיק של גני optogenetic הוא משתנה בהתאם לדגם חיה המסוים, על AAV מסוים בשימוש על הפרדיגמה הניסוי הספציפי. בפרוטוקול זה, חולדות ספראג Dawley ב -11 שבועות משמשות ומחקרי optogenetic להתחיל ארבעה עד שישה שבועות לאחר הזרקת וירוס. עכברים טרנסגניים יכולים לשמש גם במחקרים optogenetic. יש צורך לבצע ניסויים ניסיוניים לקביעת הסכום המסוים של הזמן הנדרש עבור ביטוי מספיק של opsins. פרדיגמות גירוי יכולות להשתנות בהתאם opsin הספציפי בשימוש. בפרוטוקול זה, AAV5-CaMKIIa-hChR2 (H134R) -EYFP משמש ואת הפרדיגמה גירוי הוא 20 שניות על / 40 שניות מנוחה. אם אתה משתמש SSFO, הפרדיגמה הגירוי תשתנה בגלל SSFO דורש דופק אור קצר רק כדי להיות activated ואז דופק אור קצר באורך גל אחר יופסק. דאגה קריטית נוספת בעת ביצוע ofMRI מונע זליגת אור מממשק שתל טבעת חזוק עם הכבל אופטי תיקון סיבים במהלך גירוי optogenetic למנוע אות מוח מבלבלת שמקורם גירוי חזותי, גם כאשר החיה היא מורדם. קונוסים של הקלטת חשמל שחור יכול לשמש כדי לחסום את האור מן ferrules וכדי לכסות את העיניים של החיה. חשוב לציין, ערכים פיסיולוגיים כוללים טמפרטורת CO 2 וגוף נשיפה של הנושא חייבים להיות מתוחזק כראוי לאורך כל תקופת ההדמיה. CO 2 הנשיפה צריך להישמר בין 3 - 4% ואת טמפרטורת הגוף על 37 מעלות צלזיוס. בנוסף, רצפי shimming להפחית הומגניות ככל האפשר בשדה המגנטי לפני תחילת ofMRI סורק מאוד קובע את איכות נתוני BOLD שהתקבלו. פיקוח על גורמים אלההוא קריטי בהפקת נתוני ofMRI אמינים. בפרוטוקול זה, לייזרים DPSS משמשים כמקור האור לגירוי optogenetic. בגלל אור הלייזר הוא עקבי, יותר כוח מספיק יכול להיות מסופק בקלות דרך סיבים אופטיים. מקורות אור LED מצמידים סיבים אופטיים זמינים מיצרנים מסחריים, אבל יש את החסרון של כוח ירדה של העברת אור. מקור אור לייזר דורש יישור כל כבל אופטי תיקון סיבים מסוים, אך עם תרגול, יישור שניתן להשיג זאת במהלך שניות עד דקות. יישומים עתידיים של ofMRI כוללים שימוש opsins הדור הבא כגון opsins האדום העביר לאפשר גירוי פולשני במהלך הדמיה. בנוסף, השתלת MRI התואם EEG או אלקטרודות להקלטה דומה יחד עם שתל הסיבים האופטי עלולה לאפשר לרכישת נתונים ברזולוציה גבוהה זמניים בנוסף נתונים ברזולוציה מרחבית הגבוהים של MRI. ofMRI עם electrophysiolהקלטת ogical יכולה לספק מידע נרחב על הקישוריות התפקודית של המוח. לסיכום, את הכוח של ofMRI לפקח על כל המוח בתגובה לגירוי של אוכלוסיות תאים ספציפיים שהוגדרו על ידי זהות גנטית או אנטומי עושה ofMRI כלי קריטי להשתמש בחקר מחלות נוירולוגיות של connectomics של מוח בריא.

הדמיה תפקודית בתהודה מגנטית optogenetic (ofMRI) היא שיטה חדשנית המשלבת את הרזולוציה המרחבית של fMRI גבוהה בשטח עם דיוק של גירוי optogenetic 1-11,38, מה שמאפשר מיפוי סוג תא ספציפי של מעגלים עצביים פונקציונלי הדינמיקה שלהם על פני כל מוֹחַ. Optogenetics מאפשר סוגי תאים מסוימים להיות ממוקדים לגירוי על ידי ההקדמה של ערוצי מוליכות הרגישים לאור טרנס-קרום, שנקרא opsins. אלמנטים ספציפיים של מעגלים עצביים הם מהונדסים גנטית כדי לבטא הערוצים הללו, מה שמאפשר אפנון-זמנים אלפית השנייה של הפעילות ללא פגע במוח 1-15. fMRI מספק שיטה לא פולשנית של קביעת התגובה הדינמית הגלובלית של המוח לגירוי optogenetic של מעגלים עצביים ספציפיים באמצעות המדידה התלויה-דם-חמצן ברמה (BOLD) האות 16-18, אשר מספקת מדידה עקיפה של פעילות עצבית. השילוב של שתי הטכניקות הללו, כינת תהודה מגנטית תפקודית optogenetic (ofMRI), יש יתרון על פני שיטות אחרות של פעילות מוח הקלטה במהלך גירוי כגון אלקטרופיזיולוגיה כי זה יכול לספק מבט של המוח כולו ברזולוציה מרחבית גבוהה יחסית. זה מאפשר זיהוי של פעילות עצבית בתגובה לגירוי ממוקד במרחקים גדולים מהאתר של גירוי ללא הצורך בהשתלת אלקטרודות הקלטה פולשנית 1-11. ofMRI יש יתרון על פני השיטה המסורתית יותר של ביצוע גירוי חשמלי במהלך fMRI, אשר יכולה לגייס תאים מסוגים שונים ליד האלקטרודה ובכך לבלבל את ההשפעה הסיבתית של כל אוכלוסייה 19. בנוסף, האלקטרודות משמשים גירוי חשמלי והזרם שנוצר יכול לייצר חפצים במהלך ההדמיה MR 20. ואכן, ofMRI מאפשרת התצפית של ההשפעה על פעילות המוח העולמית מן modulati הספציפיעל מגוון רחב של סוגי תאים באמצעות השימוש בטכניקות מיקוד גנטי מתקדמות כגון מערכת Cre-לקס בחיות מהונדסות או שימוש יזמים. שליטה אופטית קומבינטורית עם ניטור המוח כולו אפשרית עם ofMRI באמצעות השימוש בשתי NpHR המעכבת ChR2 לרגש סוגי תאים מסוימים. ערכת כלי optogenetic הזמין לשימוש ofMRI גם משתפרות במהירות לאורך זמן עם ההקדמה של opsins עם או קינטיקה השתפר אור-רגישות מוגברות, של opsins פונקצית המדרגה התייצבה (SSFOs) או של opsins האדום העביר שעשויות לשלול את דרישת סיבים מושתלים אופטיקה, המאפשר גירוי בלתי פולשני במהלך ההדמיה 21. אפשרויות אלה אינן זמינות עם גירוי חשמלי. עם זאת, ממצאי אות נובעות חימום רקמות עקב הצגת אור במוח דווחו 22, שם שינוי מושרה טמפרטורה של פעמי הרפיה הוכח לייצר pseuלעשות הפעלה. חוקרים ביצוע ofMRI ולכן צריך להיות מודע לבלבל את הפוטנציאל הזה. עם ההגדרה הנכונה ופקדים, הנושא ניתן לטפל. בנוסף, פתרון זמני נמוך יחסית של מדידת תגובת hemodynamic ב fMRI עשוי להיות גורם מגביל עבור יישומים מסוימים של טכניקה זו. פרוטוקול זה ראשון מתאר את בניית שתלי סיבים האופטיים המאפשרים משלוח של אורכי גל מסוימים של אור עמוק לתוך המוח in vivo. פרוטוקול מכן מתאר את המסירה של וקטור ויראלי קידוד-opsin לאזור המוח מדויק באמצעות ניתוח stereotactic. הבא את הפרוטוקול מתאר את התהליך של MRI פונקציונלי המוח כולו במהלך גירוי האור בו זמנית. לבסוף, הפרוטוקול מתאר ניתוח נתונים בסיסי של הנתונים רכשו. ראוי לציין, optogenetics המתואר כאן דורש שתל כרוני למסירת אור. עם זאת, שתלי סיבים האופטיים יציבים ביו-compatible, המאפשר סריקה וחקירת אורך של מעגלים עצביים על פני תקופה של חודשים 23,24. לסיכום, גירוי מדויק ויכולת ניטור המוח כולו של ofMRI הם גורמים מכריעים בקבלת ofMRI כלי רב עוצמה ללימוד של connectomics של המוח. בנוסף, זה יכול לספק תובנה רומן לתוך המנגנונים של מחלות נוירולוגיות 25 כאשר מצמידים במודלים של בעלי חיים שונים. ואכן, ofMRI נעשה שימוש כדי להבהיר את פעילות הרשת של אזורי משנה בהיפוקמפוס שונים הקשורים התקפים 8. לכן, מעבדות מעוניינות לענות על שאלות הנוירולוגיה מערכות ברמה תמצאנה טכניקה זו של חשיבות.

<table><tbody><tr><td>7 סורק טסלה</td><td>Agilent Technologies</td><td>Discovery MR901 System</td><td></td></tr><tr><td>Sprague Dawley חולדות</td><td>צ'ארלס ריבר</td><td>Crl: SD</td><td>11 שבועות</td></tr><tr><td>קליבר סיבים</td><td>Fujikura</td><td>CT-05</td><td></td></tr><tr><td>סיבים אופטיים מולטי-מוד</td><td>Thor Labs</td><td>AFS105/125Y</td><td></td></tr><tr><td>מסיר סיבים&nbsp; &nbsp;</td><td>Thor Labs</td><td>T08S13</td><td></td></tr><tr><td>שרוול מפוצל קרמי</td><td>מוצרי סיבים מדויקים</td> דבק אפוקסי <td>SM-CS1140S</td><td></td></tr> אפליקטורים עם קצה כותנה <tr><td></td><td>Thor Labs</td><td>G14250</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Stoelting Co.</td><td>50975</td><td></td></tr><tr><td>טבעות זירקוניה קרמיות מולטימוד מוצרי</td><td>סיבים מדויקים</td><td>MM-FER2002</td><td></td></tr><tr><td>FC / PC מחבר מולטימוד</td><td>Thor Labs</td><td>30128C3</td><td></td></tr><tr><td>דיסק ליטוש סיבים אופטיים</td><td>מוצרי סיבים מדויקים</td><td>M1-80754</td><td></td></tr><tr><td>גיליון חיפוי תחמוצת אלומיניום, 0.3 ומיקרו; m</td><td>Thor Labs</td><td>LFG03P</td><td></td></tr><tr><td>גיליון חיפוי תחמוצת אלומיניום, 1 ומיקרו; m</td><td>Thor Labs</td><td>LFG1P</td><td></td></tr><tr><td>גיליון חיפוי תחמוצת אלומיניום, 3 ומיקרו; m</td><td>Thor Labs</td><td>LFG3P</td><td></td></tr><tr><td>מיקרוסקופ ביולוגי דו-עיני 40X-1,000X</td><td>Amscope</td><td>B100</td><td></td></tr><tr><td>משקפי בטיחות לייזר</td><td>Kentek</td><td>KXL-62W01</td><td></td></tr><tr><td>473 ננומטר DPSS לייזר</td><td>זוהר</td><td>LRS-0473</td><td></td></tr><tr><td>594 ננומטר DPSS לייזר</td><td>זוהר</td><td>LRS-0594</td><td></td></tr><tr><td>סט</td><td></td><td></td> <td>מפתח משושה אלן2.0 מ"מ (5/64 אינץ') ליישור קצה הסיבים לנקודת המוקד של המצמד במד כוח הלייזר</td></tr><tr><td>, חיישן Si, 400-1,100 ננומטר</td><td>Thor Labs</td><td>PM121D</td><td></td></tr><tr><td>איזופלורן (איזותזיה)</td><td>הנרי שיין&nbsp;</td>וופורייזר <td>איזופלורן 50033</td><td></td></tr><tr><td>עם תא אינדוקציה</td><td>VetEquip</td><td>901806</td><td></td></tr><tr><td>NanoFil 100 ומיקרו; l מזרק</td><td>World Precision Instruments</td><td>NANOFIL-100</td><td></td></tr><tr><td>UltraMicroPump עם בקר SYS-Micro4</td> World <td>Precision Instruments</td> מחולל פונקציות <td>UMP3-1</td><td></td></tr><tr><td></td><td>A.M.P.I.&nbsp;</td><td>מאסטר-8</td><td></td></tr><tr><td>סטריאוטקס בעלי חיים קטנים</td><td>דיוויד קופף מכשירים</td><td>דגם 940&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>דגם 683 מאוורר לבעלי חיים קטנים&nbsp;</td><td>מכשירי הרווארד</td><td>550000</td><td></td></tr><tr><td>סוג 340 קפנוגרף&nbsp;</td><td>הרווארד מכשירים</td><td>733809</td><td></td></tr><tr><td>מקדחה דנטלית (ערכת מיקרו-מנוע סיבובית)</td><td>Foredom Electric Co.</td><td>K.1070</td><td></td></tr><tr><td>משחת עיניים (דמעות מלאכותיות)</td> <td>רוגבי</td><td>00536-6550-91</td><td></td></tr><tr><td>סטריליזטור מכשירים</td><td>CellPoint Scientific</td><td>Germinator 500</td><td>מעקר חרוזי זכוכית</td></tr><tr><td>אבקת אנטיביוטיקה</td><td>פייזר</td><td>NEO-PREDEF</td><td>ניאומיצין סולפט, איזופלופרדון אצטט וטטרקאין הידרוכלוריד</td></tr><tr><td>בופרנורפין משכך כאבים</td><td>Hospira</td><td>NDC:0409-2012</td><td>חומר מבוקר לוח III, מלאי 0.3 מ"ג/מ"ל</td></tr></tbody></table>

mri פונקציונלי optogenetic

Optogenetic Functional MRI

ניתן להשיג את חקירת הקישוריות התפקודית של מעגלים עצביים מדויקים על פני כל המוח השלם באמצעות הדמיית תהודה מגנטית תפקודית אופטוגנטית (ofMRI), שהיא טכניקה חדשה המשלבת את הרזולוציה המרחבית הגבוהה יחסית של fMRI בשדה גבוה עם הדיוק של גירוי אופטוגנטי. סיבים אופטיים המאפשרים העברת אורכי גל ספציפיים של אור עמוק למוח in vivo מושתלים באזורי עניין על מנת לעורר באופן ספציפי סוגי תאים ממוקדים שהושרו גנטית לבטא תעלות מוליכות טרנס-ממברנות רגישות לאור, הנקראות אופסינים. fMRI משמש כדי לספק שיטה לא פולשנית לקביעת התגובה הדינמית הגלובלית של המוח לגירוי אופטוגנטי של מעגלים עצביים ספציפיים באמצעות מדידת האות התלוי ברמת החמצן בדם (BOLD), המספק מדידה עקיפה של פעילות עצבית. פרוטוקול זה מתאר את בניית שתלי הסיבים האופטיים, ניתוחי ההשתלה, ההדמיה עם פוטוסטימולציה וניתוח הנתונים הנדרשים לביצוע מוצלח של MRI. לסיכום, הגירוי המדויק ויכולת הניטור של כל המוח של ofMRI הם גורמים מכריעים בהפיכת ofMRI לכלי רב עוצמה לחקר הקונקטומיקה של המוח במצבים בריאים וחולים כאחד.

<html> איור 1 ואיור 2 מראים מידע נציג הנובע 20 הרץ (15 רוחב הפולס msec, 473 ננומטר, 30% מחזור עבודה) גירוי optogenetic של הקורטקס המוטורי. הפרדיגמה גירוי של 30 שניות של בסיס ואחריו 20 שניות על / 40 שניות לסירוגין במשך שש דקות היו בשימוש. מחקרים קודמים הראו כי הפרדיגמה הזו מייצרת אות BOLD חזקה מ 1,8 גירוי optogenetic. איור 1 מציג מופעל ווקסלים זוהה הוא באתר המקומי של גירוי (הקורטקס מוטורי) ו בתלמוס, כתוצאה של קשרים סינפטיים ארוך הטווח בין האזורים אלה. איור 2 מראה כי מידע זמני ניתן ללמוד מן HRFs, כתגובה התלמוס מתעכבת (מדרון ראשוני נמוך יותר) לעומת תגובת הקורטקס המוטורי לאחר גירוי optogenetic. p_upload / 53,346 / 53346fig1.jpg &quot;/&gt; איור 1. הפעלת מפת BOLD האיתותים מושרות על ידי optogenetic גירוי של CaMKIIa להביע תאים ב Motor Cortex. ערכים קוהרנטיות של ווקסלים פעיל, המזוהה אלה מסונכרנים באופן משמעותי על גירויים חוזרים ונשנים, מוצג מעולפת על פרוסת אנטומיים העטרה משוקללת T2. נתונים שנאספו במשך שש דקות, 30 שניות תקופה (בסיס 30 שניות ראשוניות ושישה גירוי מחזורי של 20 שניות על / 40 שניות מנוחה עם 473 אור ננומטר, 20 הרץ, 15 רוחב הפולס msec) מרוכזים לתוך מפת הפעלה חד. פרוסות סדרתית פסוקות 0.5 מ&quot;מ ואת המיקום של שתל הסיב האופטי הוא כונה על ידי משולש. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53346/53346fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/53346/53346fig2.jpg" /> <sטרונג&gt; איור 2. פונקצית התגובה hemodynamic. (שמאל) אפנון אחוזים ביחס אות ומודגשים הבסיס מוצג עבור ווקסלים פעיל הקורטקס המוטורי ו התלמוס במהלך גירוי optogenetic של הקורטקס המוטורי (שישה מחזורים גירוי של 20 שניות על / 40 שניות מנוחה עם 473 אור ננומטר, 20 הרץ, 15 רוחב הפולס msec). ברי שגיאה אפורים מוצלל לציין שגיאת מקובלים בכל ווקסלים מופעלים בתוך ROI. (ימין) תגובות ממוצעי זמן ניתנות על ידי פונקציות תגובת hemodynamic (HRF). התלמוס HRF מראה יחסית תגובה בפיגור על הקורטקס המוטורי מגורה. הסורגים הכחולים מציינים תקופות של photostimulation 473 ננומטר. ברי שגיאה אפורים מוצלל לציין סטיית התקן על פני שישה מחזורים. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/53346/53346fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a>

פרוטוקול זה מתאר את השלבים וניתוח הנתונים הנדרשים לביצוע מוצלח של הדמיית תהודה מגנטית תפקודית אופטוגנטית (ofMRI). ofMRI היא טכניקה חדשה המשלבת קריאת fMRI בשדה גבוה עם גירוי אופטוגנטי, ומאפשרת מיפוי ספציפי לסוג התא של מעגלים עצביים פונקציונליים והדינמיקה שלהם על פני כל המוח החי.

MRI פונקציונלי optogenetic

The investigation of the functional connectivity of precise neural circuits across the entire intact brain can be achieved through optogenetic functional ...

המטרה הכללית של הליך הדמיה זה היא לשלב f-MRI עם גרייה אופטוגנטית לצורך מיפוי ספציפי לסוג תא של מעגלים עצביים תפקודיים והדינמיקה שלהם בכל רחבי המוח החי. שיטה זו יכולה לסייע במתן מענה לשאלות מפתח בתחום מדעי המוח, כגון קביעת תפקידם של רכיבים ספציפיים במעגל המוחי בהנעת פעילות מוחית גלובלית. היתרון המרכזי של טכניקה זו הוא שהיא מאפשרת גרייה ספציפית לסוג תא וקריאה ברזולוציה מרחבית גבוהה יחסית של פעילות מוחית גלובלית.ג'יה ליו וג'ונגנאן פנג, סטודנטים לתואר שני במעבדתי, ידגימו הליך זה. לאחר הרדמת בעל החיים כפי שמתואר בפרוטוקול הכתוב, גדלו את הראש באמצעות תספורת חשמלית ובצעו חיטוי כירורגי משולש של העור באמצעות Betadine ושטיפה של 70% ethanol. לאחר מכן, קבעו את גולגולת בעל החיים במכשיר סטריאוטקסי.השתמשו בסקלפל כדי לבצע חתך מרכזי בקרקפת באורך של 15 עד 20 מילימטרים. הגבירו את הקרקפת באמצעות המוסטטים כירורגיים המחוברים לפריאוסטיום. זהו את מיקומי ה-Lambda וה-Bregma על הגולגולת, ולאחר מכן מקמו את מקדח הקידוח מעל אזור העניין, או ה-ROI.קדחו קרניוטומיה קטנה מעל ה-ROI באמצעות מקדח שיניים, תוך הקפדה שלא לנקב את המוח. הכניסו באיטיות מחט המחוברת למזרק מיקרוליטר דרך הקרניוטומיה אל תוך ה-ROI במוח. לאחר מכן, השתמשו בבקר משאבה של מיקרו-מזרק כדי להזריק 2 µL של תמיסת הווקטור לתוך ה-ROI.לאחר השלמת ההזרקה, המתן 10 דקות, ולאחר מכן הסר לאט את המזרק בקצב של 0.5 millimeters per minute. לאחר ההזרקה, ייבש את פני הגולגולת. אשר את הקואורדינטות עבור ה-ROI והחדר את שתל ה-ferrule לעומק היעד בקצב של 0.5 millimeters per minute.לבסוף, קבעו את שתל הפרולה (ferrule) לגולגולת באמצעות דבק דנטלי. לאחר שהדבק הדנטלי התמצק, סגרו את החתך באמצעות תפרים מסביב למכסה הדבק הדנטלי. התחילו בחיבור כבל הפיבר-אופטיק למקור אור לייזר, ומדדו את הפלט בקצה גליל כבל הפיבר-אופטיק באמצעות מד הספק.כוון את רמת ההספק המתאימה כדי להפיק את הפלט הרצוי בקצה כבל הסיב האופטי, המושתל בתוך המוח. למנוע דליפת אור מהשתל על ידי כיסוי עיני בעל החיים. לאחר מכן, הנח את הסליל מעל ראשו של בעל החיים.השתמשו בשרוול פֵרוּל (ferrule sleeve) כדי לקבע את כבל הסיב האופטי למשתמאל הפרוֹל. הכניסו את המעמד עם החיה לתוך חור הסריקה של הסורק. עקבו אחר קצב הנשימה, ה-CO2 השוטף וטמפרטורת הגוף לאורך כל הניסוי, תוך כיוון המנשם המלאכותי כדי לשמור על הערכים הפיזיולוגיים בטווחים תקינים.חברו כבלי BNC מפורט ההפעלה (triggering port) של סורק ה-MRI למחולל הפונקציות. בחרו רצף מיקום ולחצו על 'scan' בחלון ההפעלה. לחצו על 'continue' כדי לדמות את מיקום ראש החיה.אם המוח אינו נמצא במרכז המערכת (isocenter), כווננו את מיקום ראש החיה וחזרו על סריקת המיקום עד שהמוח יהיה במרכז המערכת. רכשו תמונה אנטומית ברזולוציה גבוהה כדי לבדוק את השלמות הכללית של המוח ולאשר את מיקומו של השתל סיב האופטי. לאחר מכן, בחרו רצף תמונות המשוקלל ל-T2.כווננו את מספר הפרוסות, ולאחר מכן לחצו על 'scan' כדי לרכוש תמונות אנטומיות קורונליות ברזולוציה גבוהה המשוקללות ל-T2. לבסוף, בחרו רצף gradient recalled echo רב-פרוסות, ולאחר מכן לחצו על 'continue' כדי לרכוש את התמונה הפונקציונלית. פרוטוקול זה משתמש ב-f-MRI אופטוגנטי כדי לעורר את קליפת המוח המוטורית במודל בעלי חיים.מפת הפעילות הזו מציגה ווקסלים פעילים בקליפת המוח המוטורית ובתלמוס, המעידים על קשרים סינפטיים ארוכי טווח בין אזורים אלה. כאן, האות המודגש מוצג עבור ווקסלים פעילים בקליפת המוח המוטורית ובתלמוס במהלך גירוי אופטוגנטי של קליפת המוח המוטורית. פונקציית התגובה ההמודינמית התלמוסית מראה תגובה מושהית ביחס לתגובה בקליפת המוח המוטורית לאחר הגירוי.לאחר צפייה בסרטון זה, תגמרו עם הבנה טובה של אופן ביצוע ניתוחי השתלה ודימות תהודה מגנטית תפקודי אופטוגנטי. לאחר השליטה בטכניקה, ניתן להשלים הליך דימות זה תוך שעתיים. במהלך ביצוע פרוצדורה זו, חשוב מאוד לנטר את החיה ולשמור על מדדיה הפיזיולוגיים בטווח הנורמה.בעקבות פרוצדורה זו, ניתן להשתמש בשיטות משלימות, כגון אלקטרופיזיולוגיה לבחינת הדינמיקה הזמנית של הפעילות העצבית, או אימונוהיסטוכימיה לאישור הביטוי והספציפיות של האופסין. פיתוח טכניקה זו סלל את הדרך עבור מדעני מוח לחקור קישוריות תפקודית במוח חי ושלם. אין לשכוח כי עבודה עם סורק MRI עלולה להיות מסוכנת ביותר.במהלך ביצוע הליך זה, יש להקפיד תמיד על אמצעי זהירות, כגון שמירה על מרחק מספיק בין הציוד המגנטי לסורק.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

מדעי המוח

מאמר זה מתאר שיטות לביצוע ברזולוציה גבוהה תהודה מגנטי תפקודי עם הדגימה 1.2 מ"מ המוח התיכון האדם מבנים קורטיקליים באמצעות סורק 3T. שימוש בטכניקות הללו כדי לפתור מפות טופוגרפיות של גירוי חזותי של אדם מעולה colliculus (SC) ניתנת כדוגמה.

ברזולוציה גבוהה תהודה מגנטית פונקציונלית שיטות המוח התיכון האדם

הטכניקה מתוארת בהרחבה על פתיחת מחסום דם מוח של עכבר באמצעות microbubbles ו אולטרסאונד. באמצעות טכניקה זו, מנגן יכול להינתן למוח עכבר. כי הוא מנגן חומר ניגוד MRI שמצטבר בנוירונים depolarized, גישה זו מאפשרת הדמיה של הפעילות העצבית.

הדמייה תפקודית באמצעות שיבוש Ultrasonic הדם למוח הגדר מנגן משופרת MRI

מקור: } גלנצ'יק-צ'אן, א.,  ואחרים. הדמיית תהודה מגנטית תפקודית (fMRI) של קליפת המוח הראייתית עם גירוי רטינוטופי בתצוגה רחבה. J. Vis. Exp. (2023).  הסרטון מדגים דימות תהודה מגנטית תפקודי (fMRI) של קליפת המוח הראייתית כדי למפות פעילות בהתבסס על רמות החמצון בדם. תמונות MRI מבניות נרכשות כהפניות אנטומיות, ולאחר מכן סריקות fMRI. גירויים חזותיים מוצגים כדי להפעיל נוירונים רטינוטופיים בקליפת המוח הראייה. דרישת האנרגיה המוגברת של נוירונים מגורים אלה מניעה את זרימת הדם המחומצן, מפחיתה דאוקסיהמוגלובין...

הדמיית תהודה מגנטית תפקודית תלויה ברמת החמצן בדם של קליפת המוח הראייתית

אנו מתארים שיטה לאפיון הטופוגרפיה התפקודית והתכונות הסינפטיות של מעגלי המוח הקדמי באמצעות גישה אופטוגנטית לגירוי אוכלוסיות עצביות במבחנה.

Photostimulation לייזר לסריקת של מעגלים מוח קדמי ממוקדים Optogenetically

פרוטוקול זה מתאר שיטה סטנדרטית להדמיה תפקודית בתהודה המגנטית בו זמנית וגירוי מוחי עמוק במכרסמים. השימוש בשילוב של כלים ניסיוניים האמורים, מאפשר החקירה של פעילות במורד הזרם העולמית בתגובה לגירוי חשמלי בכמעט כל יעד במוח.

גירוי מוחי עמוק עם fMRI סימולטני במכרסמים

סרטון זה מדגים שיטה, באמצעות סורק T קליני 3, לMR הדמיה משופר לעומת זאת, של ההשלכה החזותית העכבר הנאיבית ובמחקרי vivo חוזר על עצמו ואורך של ניוון עצב ראייה קשור עם פציעה למחוץ עצב ראייה חריפה וניוון עצב ראייה כרוני ב עכברים עקום החוצה (p50 KO).

בהדמית vivo של יושרה סיבי עצב הראייה על ידי contrast-enhanced MRI בעכברים

כאן, אנו מדגימים תהודה מגנטית (MR)-הסעה מודרך משופרת משלוח (משופר) של וקטורים ויראלי לתוך קליפת המוח כגישה יעילה ומפושטת להשגת ביטוי אלקטרואופטיקה על פני אזורים קורטיקליים גדולים במוחו של מקוק.

הסעה משופר משלוח אלקטרואופטיקה Adeno-וקטור ויראלי הקשורים לקליפת מקוק רזוס תחת הדרכה של תמונות MRI מקוונות

אנו ביצעו MRI פונקציונלי באמצעות התקן MRI המושרה ביד המכשיר רובוטית להעריך את השירות שלה עבור ניטור מנוע יד פונקציה אצל אנשים שמתחלים מפני חסרונות נוירולוגיים.

MRI פונקציונלי בשילוב עם ה-MRI הרומן תואם יד המכשיר הרובוטי כדי להעריך שיקום של אנשים התאוששות מאחוז אחיזת ידיים

עם מניפולציה אופטוגנטית של אוכלוסיות עצביות ספציפיות או אזורים במוח, התנהגות ניתן לשנות עם רזולוציה זמנית ומרחבית גבוהה בבעלי חיים נעים בחופשיות. באמצעות כלים אופטוגנטיים שונים בשילוב עם סיבים אופטיים מושתלים כרונית, ניתן לבצע מגוון של אפנון עצבי ובדיקות התנהגותיות.

מניפולציה אופטוגנטית של פעילות עצבית לווסת את ההתנהגות בעכברים נעים בחופשיות

פיתחנו טכניקות למיפוי תפקוד קליפת המוח הראייתית תוך ניצול גדול יותר של שדה הראייה ממה שנהוג להשתמש. גישה זו יש פוטנציאל לשפר את ההערכה של הפרעות ראייה ומחלות עיניים.

דימות תהודה מגנטית תפקודי (fMRI) של קליפת המוח הראייתית עם גירוי רטינוטופי רחב

למד את שיטת ה-ofMRI לתיאור מעגלים עצביים תפקודיים במוח חי. טכניקה זו משלבת גירוי אופטוגנטי עם דימות MRI לרזולוציה גבוהה וספציפיות לסוג תאים.

MRI פונקציונלי optogenetic

גלה סרטונים נוספים