Spettroscopia di risonanza magnetica funzionale della corteccia del fusto di ratto durante la stimolazione dei baffi

Abstract

Fonte: Blanc, J., et al. Spettroscopia di risonanza magnetica funzionale a 7 t nella corteccia del barile di ratto durante l'attivazione dei baffi. J. Vis. Exp. (2019)

Questo video mostra il metodo di analisi dei cambiamenti metabolici nella corteccia del barile di ratto utilizzando la spettroscopia di risonanza magnetica funzionale durante la stimolazione dei baffi. Gli spettri dei metaboliti al basale vengono confrontati con gli spettri stimolati per rilevare l'aumento del lattato nella corteccia del barile, confermando il successo dell'attivazione neuronale.

Protocollo

Tutte le procedure che coinvolgono modelli animali sono state esaminate dal comitato istituzionale locale per la cura degli animali e dal comitato di revisione veterinaria JoVE.

1. Acquisizione della risonanza magnetica funzionale dipendente dal livello di ossigeno nel sangue (BOLD fMRI)

1. Posizionare il cervello del ratto in modo che sia in posizione verticale e utilizzare le barre auricolari per mantenerlo. Posizionare la bobina dell'array di volume sopra la testa del topo (Figura 1A) e fissarla con del nastro adesivo. Verificare che la vela si muova correttamente (movimento anteroposteriore, nessuna rotazione e nessun attrito della vela) quando il sistema air-puff è acceso; quindi, spegnerlo.
2. Inserire il letto e la bobina al centro del magnete. Verificare che la vela si muova ancora correttamente una volta che il letto è all'interno del magnete quando il sistema air-puff è acceso; quindi, spegnerlo. Passare completamente dall'isoflurano alla medetomidina (velocità di perfusione: 20 μL/min).
3. Verificare che il ratto sia ben localizzato utilizzando una sequenza di localizzazione (tempo di eco, TE = 2,5 ms; tempo di ripetizione, TR = 100 ms; media = 1; ripetizione = 1; fetta = 1 mm; dimensione dell'immagine = 256 x 256; campo visivo (FOV) = 50 x 50 mm; tempo di scansione = 12 s 800 ms). Trascinare la scheda Sequenza localizzatore nel nome dell'istruzione e fare clic su Continua.
4. Trascinare la scheda della sequenza T2_Star_FID_EPI (T2*-weighted free induction decay echo planar imaging) nel nome dell'istruzione, centrare il FOV al centro del cervello e fare clic sulla scheda Piattaforma di regolazione per aprire l'istruzione di scansione modificata. Registrare una mappa B0 e procedere a uno spessore di scansione.
   NOTA: Per una mappa di omogeneità del campo magnetico (B0), utilizzare i seguenti parametri: tempo di prima eco = 1,65 ms; TR = 20 ms, media = 1; angolo di ribaltamento = 30°; spaziatura dell'eco = 3,805 ms; fetta = 58 mm; dimensione dell'immagine = 64 x 64 x 64; Campo visivo = 58 x 58 x 58 mm; Tempo di scansione = 1 m 24 s 920 ms. Per lo shim di scansione, utilizzare i seguenti parametri: eccitazione selettiva voxel = impulso gaussiano in modalità di acquisizione dell'eco stimolato (STEAM); TE = 5 ms; tempo di miscelazione = 10 ms; durata dell'acquisizione = 204,8 ms; larghezza di banda = 10.000 Hz; tempo di permanenza = 50 μs).
5. Avviare la sequenza di Star_FID_EPI T2 (TE = 16,096 ms; TR = 500 ms; media = 1; ripetizione = 600; fetta = 1 mm; quattro fette consecutive; dimensione dell'immagine = 128 x 128; Campo visivo = 20 x 20 mm; larghezza di banda = 333.333,3 Hz; tempo di scansione = 5 min 00 s).
   NOTA: A causa della porta TTL (Transistor-transistor logic), un segnale di trigger esterno avvierà contemporaneamente il sistema air-puff. Il paradigma = [20 s di attivazione + 10 s di riposo] x 10, per la durata totale delle 600 scansioni, 500 ms per scansione. Le fette sono centrate al centro dell'area del campo del barile.
6. Acquisire un'altra sequenza di localizzazione (uguale a quella descritta nel passaggio 5.3) da confrontare con la prima e verificare se il ratto si è spostato durante la sequenza T2_Star_FID_EPI.
7. Portare il letto nella posizione iniziale, rimuovere la bobina dell'array di volume e collegare la bobina di superficie.

2. Elaborazione BOLD

1. Aprire il file T2 Star_FID_EPI e leggere l'immagine del Star_FID_EPI T2 in Image Display. Aprire la finestra di avvio del controller funzionale, denominato FunController.
2. In questa scheda Elaborazione, selezionare la finestra di imaging funzionale e definire il protocollo di stimolazione (durata e alternanza dei periodi di On/Off corrispondenti al paradigma utilizzato).
3. Selezionare la finestra del protocollo (set di dati con 600 fotogrammi) e inserire il valore di 40 nella scheda Periodo di attivazione e 20 nella scheda Periodo di disattivazione. Fare clic sulla scheda Inverti attribuzione e trascinare il cursore Stati di stimolazione verso sinistra per selezionare il valore 1.
4. Nella finestra di pre-elaborazione, fare clic sul filtro Mediano nel piano per la pre-elaborazione e sul filtro Mediano (2D, 3D) per la post-elaborazione.
5. Fare clic sulla scheda Esegui e trascinare i cursori per regolare la tabella di ricerca in sovrimpressione. Visualizza l'area cerebrale attivata (Figura 1B).

3. Acquisizioni della spettroscopia di risonanza magnetica protonica (1H-MRS)

1. Per posizionare correttamente la bobina superficiale, modificare la posizione della testa del ratto. Ruotare la testa (circa 30° in senso orario) in modo che la bobina superficiale (Figura 1A) possa essere posizionata appena sopra la corteccia del barilotto sinistro pur essendo orizzontale e situata al centro del magnete quando si trova all'interno del magnete.
2. Posizionare la bobina di superficie, fissarla al cervello di ratto con del nastro adesivo (Figura 2B) e verificare che la vela si muova correttamente (movimento anteroposteriore, nessuna rotazione e nessun attrito della vela) quando il sistema air-puff è acceso; quindi, spegnerlo tramite l'interruttore principale.
3. Verificare che la vela si muova correttamente una volta che il letto è all'interno del magnete quando il sistema air-puff è attivo. Quindi, spegnilo.
4. Verificare che il ratto sia posizionato correttamente utilizzando una sequenza di localizzazione. Impostare i parametri come segue: TE = 2,5 ms; TR = 100 ms; media = 1; ripetizione = 1; fetta = 1 mm; dimensione dell'immagine = 256 x 256; Campo visivo = 50 x 50 mm; tempo di scansione = 12 s 800 ms.
   1. Trascina la scheda Sequenza localizzatore nella finestra Nome istruzione e fai clic sulla scheda Continua per eseguire il programma di scansione.
5. Quando la localizzazione cerebrale è corretta, trascinare la scheda della sequenza di acquisizione rapida turbo pesata in T2 con miglioramento del rilassamento (T2_TurboRARE) nella finestra Nome istruzione e fare clic su Continua per eseguire il programma di scansione. Queste immagini anatomiche, insieme alla precedente acquisizione BOLD fMRI, consentiranno la corretta localizzazione del voxel nel campo del barilotto somatosensoriale primario o S1BF, per MRS.
   NOTA: I parametri T2_TurboRARE sono 14 fette, 2 mm per fetta, FOV = 2,5 x 2,5 cm, TE = 100 ms, TR = 5.000 ms, matrice = 128 x 128, tempo di sequenza = 2 min 40 s.
6. Trascinare la scheda della sequenza di rifocalizzazione selettiva adiabatica (LASER) nella finestra Nome istruzione e posizionare il voxel (2 mm di altezza, 2,5 mm di lunghezza, 3 mm di profondità) al centro dell'area S1BF.
   1. Usa un atlante del cervello di ratto e il miglioramento BOLD fMRI per localizzare la zona sulle immagini T2 (Figura 3). Fare clic sulla scheda Piattaforma di regolazione per aprire le istruzioni di scansione modificate. Fare clic sulla scheda Wobble e modificare leggermente l'impedenza (carico elettronico) della bobina di ricezione per sintonizzarla. Fare clic sulla scheda Applica al termine dell'accordatura per chiudere l'editor delle istruzioni e applicare le modifiche nell'istruzione modificata.
7. Registrare una mappa B0 e procedere alla scansione dello spessore e quindi eseguire uno spessore locale.
   NOTA: Per la mappa B0, utilizzare i seguenti parametri: tempo di prima eco = 1,65 ms; TR = 20 ms, media = 1; angolo di ribaltamento = 30°; spaziatura dell'eco = 3,805 ms; fetta = 58 mm; dimensione dell'immagine = 64 x 64 x 64; Campo visivo = 58 x 58 x 58 mm; Tempo di scansione = 1 m 24 s 920 ms. Per lo spessore di scansione, utilizzare i seguenti parametri: eccitazione selettiva voxel, impulso gaussiano STEAM; TE = 5 ms; tempo di miscelazione = 10 ms; durata dell'acquisizione = 204,8 ms; larghezza di banda = 10.000 Hz; tempo di permanenza = 50 μs. Per lo spessore locale, utilizzare i seguenti parametri: soppressione dell'acqua, potenza variabile e rilassamento ottimizzato (VAPOR) durata dell'acquisizione = 1.363,15 ms; punti = 4.096; larghezza di banda in Hz = 3.004,81 Hz; larghezza di banda in ppm (parti per milione) = 10 ppm; tempo di permanenza = 166,40 μs; risoluzione spettrale = 0,37 Hz/punti. I parametri del LASER sono: tempo di eco = 19,26 ms; TR = 2.500 ms; medie = 128 o 32; tempo di scansione = 5 min 20 s o 1 min 20 s; Punti di acquisizione = 4.096.
8. Eseguire 1H-MRS.
   1. Inizia l'acquisizione 1H-MRS prima durante un periodo di riposo (4 x 32 scansioni LASER + 128 scansioni LASER; 2.500 ms per scansione).
   2. Acquisire un'altra sequenza di localizzazione (uguale a quella descritta al punto 5.3) da confrontare con la prima registrata e assicurarsi che il ratto non si sia mosso durante l'acquisizione LASER.
   3. Eseguire 1H-MRS durante l'attivazione dei baffi utilizzando la sequenza LASER (4 x 32 scansioni LASER + 128 scansioni LASER; 2.500 ms per scansione) con il sistema air-puff On (paradigma = 20 s di attivazione e 10 s di riposo).
   4. Ancora una volta, eseguire una sequenza di localizzazione per verificare se il ratto si è mosso.
      NOTA: Il numero di scansioni e i periodi di riposo/attivazione possono essere adattati e modificati, ma assicurarsi sempre che il ratto non si muova eseguendo regolarmente una sequenza di localizzazione.

Risultati

Figura 1: BOLD fMRI. (A) Posizionamento della bobina dell'array di volume. La testa del topo è in posizione orizzontale e bloccata da barre auricolari. Verificare che la vela si muova liberamente e non sia bloccata dalla bobina o dal let...

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