הפעלה תלת-ממדית של המוח כולו ומיפוי קישוריות תפקודית בעכברים באמצעות הדמיית אולטרסאונד תפקודית טרנס-ת-רה-אופן

פרוטוקול זה מתאר את הכימות של וריאציות המודינמיות המוח נפחיות במוח העכבר באמצעות אולטרסאונד פונקציונלי (fUS). נהלים עבור מפת הפעלה פונקציונלית תלת-ממדית בעקבות גירוי חושי כמו גם קישוריות תפקודית של מצב מנוחה מסופקים כדוגמאות להמחשה, בעכברים מרדים וערים.

אולטרסאונד פונקציונלי הוא דימות מוחי חדש המאפשר מיפוי של נפח הדם המוחי במוח מכרסם חי. באמצעות הדמיית גלים אולטרה מהירה של מטוס, אנו יכולים למדוד תגובות המודינמיות של המוח כולו ברזולוציה זמנית מיוחדת ללא תחרות ורגישות. פרוטוקול זה מסביר כיצד לבצע הדמיית אולטרסאונד פונקציונלית transcranial בעכברים, הן עבור ניסויים בבעלי חיים מרדים וער.

בהשוואה לטכניקות דימות תפקודיות אחרות של המוח, כגון FMRI, אולטרסאונד פונקציונלי מספק ניידות גבוהה, קלות שימוש ומאפשר ניסויים בנושאים ערים ונעים בחופשיות, הימנעות הטיית הרדמה ומאפשרת מחקרים התנהגותיים. עד לאחרונה, הדמיית FUS שימשה רק בשיתוף פעולה עם מומחה אולטרסאונד. עכשיו, טכנולוגיה זו זמינה לקהילת מדעי המוח הרחבה, הודות לסורקים זמינים מסחרית ותוכנה ייעודית להדמיית מוח פרה-אקלינית, מה שהופך את FUS לקל למדי לשימוש ללא כל רקע באולטרסאונד.

עבור מפגש הדמיה מרדים, יש למרוח משחת עיניים על עיני העכבר כדי למנוע נזק לקרנית ולגלח את ראש העכבר באמצעות רעד. יש למרוח קצת קרם דפילטורי ולשטוף לאחר מספר דקות. חזור על זה עד שהשיער מוסר לחלוטין.

הכנס סיכות תת עוריות בגפיים להקלטת אלקטרוקרדיוגרמה והנח ג'ל אולטרסאונד צנטריפוגה על הראש. לניסויי עכברים ערים, נדרש ניתוח ראשוני עבור קיבוע ראש. מניחים את העכבר המרדים ואת מסגרת סטריאוטקטית על כרית חימום של 37 מעלות צלזיוס.

החל ג'ל מגן על העיניים ולנהל לידוקאין תת עורית מתחת לקרקפת באמצעות מחט 26 מד, ולאחר מכן לחכות כמה דקות. בצע חתך בעקבות התפר הקשתי מאחורי העצם העורפית לתחילת עצם האף, ולאחר מכן השתמש במספריים כירורגיים כדי לחתוך את העור מעל שתי ההמיספרות. נקה את הגולגולת עם תמיסת יוד אחוז אחד ולהסיר כל periosteum הנותרים.

באמצעות צלחת הראש כתבנית, לסמן שני חורים בגולגולת כדי למקם את ברגי העיגון. מקם את צלחת הראש עם הברגים והשתמש במלט דנטלי כדי לתקן את הברגים ואת צלחת הראש בחלק הקדמי והחלק האחורי של המסגרת כדי לשמור על אחיזה טובה של השתל. הסר את החיה מן המסגרת סטריאוטקטית לאחר המלט יבש ולהפוך את ההרדמה באמצעות הזרקה תת עורית של מיליגרם אחד לכל קילוגרם של atipamezole.

לנהל meloxicam מניעתי לכאב לאחר הניתוח. הנח מכסה מודפס בתלת-ממד מגנטי מעל צלחת הראש להגנה ואפשר לעכבר להתאושש במשך ארבעה עד שישה ימים לפני תחילת ההרגל לכלוב הבית הנייד. מניחים את החיה בכלוב התאוששות על כרית חימום לכמה שעות, ואז מחזירים את העכבר לכלוב הביתי שלו עם בני זוג.

ביום הרביעי והחמש לאחר ההתאוששות, הידקו שוב ושוב את העכבר לכלוב הביתי הנייד והגדילו בהדרגה את זמן קבוע הראש, החל מחמש דקות ועד 30 דקות. החל כמה מלוחים וג'ל אולטרסאונד על חלון ההדמיה כדי להרגיל את העכבר. חזור על תהליך זה ביום השישי לאחר ההתאוששות.

הפעל את התוכנה וצור הפעלת ניסוי. עבור לתפריט בדיקה לזוז כדי להתאים את המיקום של בדיקה אולטרסאונד באמצעות מקלדת הניווט. התחל את רכישת התצוגה החיה ולהתאים את מיקום הבדיקה במידת הצורך באמצעות הדמיה בזמן אמת של נפח הדם במוח החי, או CBV.

יישר את המוח במרכז התמונה ולאחר מכן מטב את פרמטרי ההדמיה כדי ללכוד את יחס האות לרעש הגבוה ביותר. פתח את האפשרות 3D אנג'יו של תוכנת הרכישה. בחלונית המוגדרת מראש, התאימו את הפרוסה הראשונה, הפרוסה האחרונה ואת פרמטרי הסריקה בגודל הצעד כדי לסרוק את כל המוח ולהתחיל את הרכישה.

השאר את תוכנת הרכישה פתוחה והתחל את התוכנה לניתוח נתונים ופריטים חזותיים, ולאחר מכן טען את סריקת Angio 3D. נווט בנפח הרכישה באמצעות לוח שלוש התצוגות ובחר את כיוון הסריקה, anteroposterior או יציבה. עבור אל לוח רישום המוח וטען את תבנית ההפניה לעכבר עבור תהליך הרישום.

רשום את הסריקה במסגרת הקואורדינטות המשותפות של אלן עכבר באמצעות מצבי הרישום האוטומטיים או הידניים במלואם. בדוק את התוצאה על ידי התבוננות בסופרפוזיציה של סריקת 3D Angio ותבנית הייחוס, או על ידי התבוננות בסופרפוזיציה של הסריקה ואת אטלס הייחוס של אלן באמצעות החלונית Atlas manager. שמור את הרישום כקובץ BPS.

בתוכנת הסטודיו של ICO, ודא שהסריקה האנגיוגרפית וקובץ ה- BPS שלה נטענים. עבור ללוח הניווט במוח. בחלונית Atlas Manager, נווט דרך העכבר אלן אטלס המוח עם נווט עץ הצאצא האב.

מצא את האזורים הממוקדים האנטומיים ובחר אותם כדי להנחית אותם לסריקה בשלוש התצוגות. דמיינו את האזורים המיועדים בלוח שלושת הצפייה ובחרו מישור הדמיה החופף לאזורים המיועדים לניסוי על-ידי הגדרה ידנית של שני סמנים על המיקום העגמומי הכולל את אזור העניין. לחץ על מערכת מיקום המוח, או BPS, כדי לחלץ את הקואורדינטות המוטוריות המתקבלות התואמות למיקום הבדיקה כדי לדמיין את המטוס הממוקד.

בדוק את התצוגה המקדימה של התמונה אשר מחושבת מתוך סריקת אנגיו. בתוכנת הסריקה של ICO, הזן את לוח מיקום הבדיקה ולחץ על הזן קואורדינטות BPS, ולאחר מכן להחיל את הקואורדינטות שחולצו, מה שגורם לגשוש לנוע וליישר במישור ההדמיה הממוקד. בצע רכישה של תצוגה חיה ובדוק שמישור ההדמיה הנוכחי מתאים לתחזית.

הגדירו מראש את רצף הגירוי, כולל זמן הגירוי, זמן גירוי הריבית ומספר החזרות. הפעל רצף FUS תלת-ממדי על-ידי הגדרת זמן הרכישה הכולל, מספר הפוזיציות והזמן המת בין עמדות. עבור גירוי אוטומטי המסונכרן עם מערכת הרכישה באמצעות קלט TTL, בחר באפשרות הטריגונומטריה ב לפני תחילת הרכישה.

פתח את הרכישה בתוכנת סטודיו ICO והזן את תפריט מפת ההפעלה ולאחר מכן מלא את שדה תבנית ההפעלה בזמני התחלה וסיום וחשב את מפת ההפעלה. התאם את פרמטרי התצוגה עבור תצוגה חזותית וייצוא מפת ההפעלה כקובץ H5 לניתוח לא מקוון. הפעל רצף FUS תלת-ממדי על-ידי הגדרת זמן הרכישה הכולל, מספר עמדות מטוס ההדמיה והזמן המת בין עמדות.

שמור את הרכישה וטען אותה בתוכנת סטודיו ICO. במידת הצורך, טען את קובץ ה- BPS ואת מסגרת תיאום המוח של אלן עכבר. במנהל האטלס, בחר אזורים של האטלס כאזורים בעלי עניין.

הזן את תפריט מוליכות פונקציונלי ובחר את האזורים הרצויים ואת מנהל ROI. הצג את התוצאות כמטריצת קישוריות או כמפת מתאם מבוססת זרעים, ולאחר מכן בחר והתאם את מסנני רוחב הפס לפי הצורך וייצוא תוצאות מתאם לניתוח סטטיסטי. פרוטוקול זה שימש לכימות תלת-ממדי של וריאציות המודינמיות במוח העכבר.

גירוי שפם נבחר כדוגמה לגירוי חושי שעורר תגובה. הפעלה משמעותית נקבעה ברזולוציה של מודל ליניארי כללי, או GLM, באמצעות פונקציית תגובה המודינמית של העכבר המוגדרת כברירת מחדל. זמן הניסיון הכולל היה 760 שניות, עם קו בסיס של 60 שניות, גירוי של 80 שניות וזמן התאוששות של 60 שניות שחוזר על עצמו חמש פעמים.

באמצעות מסלול זמן חכם ווקסל של קליפת המוח הסומטוסנסורית הראשית הנגדית, אזור שדה החביות, או S1BF, חשף עלייה של 15 עד 20% של CBV בהשוואה לקו הבסיס. אותה פרדיגמה הוחלה בעכבר שמתנהג בראש קבוע בכלוב הבית הנייד באמצעות הקביעה המוגדרת מראש של סריקת ICO. מפת ההפעלה לאחר ניסוי גירוי שפם מרובים מוצגת כאן.

הפעלה משמעותית נקבעה ברזולוציה של GLM באמצעות פונקציית תגובה המונמית של עכבר המוגדרת כברירת מחדל. המתאם הזמני נרמל תנודות CBV ספונטניות בתדר נמוך בין אזורי מוח תלת-ממדיים בעכבר מרדים קטמין קסילסין מוצגים כאן. ניתוח מבוסס זרעים וההיפוקמפוס העל-חלל חשפו את המוליכות הבין-הומיספירית המשמעותית בין ההיפוקמפוס הימני והשמאלי, כמו גם אזורי היפוקמפוס רטרו עמוקים יותר ותחנוניות פיריפורם.

אזור זרע שנבחר ב- S1BF הביא גם לתבנית מתאם סימטרית. הנקודה הקריטית לניסויים מוצלחים היא הכנת בעלי חיים, ובמיוחד רמת ההרדמה לניסויים הכוללים בעלי חיים מורדמים והגנה על גולגולת בניסויים בבעלי חיים ערים. אם ארה"ב אפשרה לנו לחקור תפקודי מוח חשובים בבעלי חיים ערים המתמודדים עם שאלות בסיסיות על שינה, למידה או התנהגות, אלא גם אפנון פרמקולוגי של קישוריות תפקודית לגילוי תרופות.