La mappatura funzionale del cervello animale può trarre vantaggio dalla configurazione sperimentale di risonanza magnetica funzionale in tempo reale (fMRI). Utilizzando il più recente software implementato nel sistema di risonanza magnetica animale, abbiamo creato una piattaforma di monitoraggio in tempo reale per la fMRI dei piccoli animali.
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Articolo metodologico
Mappatura cerebrale fMRI in tempo reale negli animali
In questo articolo
Sommario
Abstract
Le risposte fMRI dinamiche variano in gran parte in base alle condizioni fisiologiche degli animali sia in anestesia che in stato di veglia. Abbiamo sviluppato una piattaforma fMRI in tempo reale per guidare gli sperimentatori a monitorare istantaneamente le risposte fMRI durante l'acquisizione, che può essere utilizzata per modificare la fisiologia degli animali per ottenere le risposte emodinamiche desiderate nel cervello animale. La configurazione fMRI in tempo reale si basa su un sistema di risonanza magnetica preclinica 14.1T, che consente la mappatura in tempo reale delle risposte fMRI dinamiche nella corteccia somatosensoriale primaria della zampa anteriore (FP-S1) di ratti anestetizzati. Invece di un'analisi retrospettiva per indagare le fonti confondenti che portano alla variabilità dei segnali fMRI, la piattaforma fMRI in tempo reale fornisce uno schema più efficace per identificare le risposte fMRI dinamiche utilizzando macro-funzioni personalizzate e un software di analisi delle neuroimmagini comune nel sistema MRI. Inoltre, fornisce una fattibilità immediata per la risoluzione dei problemi e un paradigma di stimolazione del biofeedback in tempo reale per gli studi funzionali del cervello negli animali.
Introduzione
La risonanza magnetica funzionale (fMRI) è un metodo non invasivo per misurare le risposte emodinamiche 1,2,3,4,5,6,7,8,9, ad esempio, il volume del sangue cerebrale dipendente dal livello di ossigeno nel sangue (BOLD), il volume del sangue cerebrale e il segnale di flusso, associati all'attività neurale nel cervello. Negli studi sugli animali, i segnali emodinamici po....
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Protocollo
Questo studio è stato condotto in conformità con la legge tedesca sul benessere degli animali (TierSchG) e l'ordinanza sugli animali da laboratorio per il benessere degli animali (TierSchVersV). Il protocollo sperimentale qui descritto è stato esaminato dalla commissione etica (§15 TierSchG) e approvato dall'autorità statale (Regierungspräsidium, Tübingen, Baden-Württemberg, Germania).
1. Preparazione del set-up sperimentale BOLD-fMRI per lo studio su piccoli animali
- Accendere il software della console per controllare i parametri di imaging e acquisire i dati MRI.
NOTA: La configurazione fMRI in tempo reale proposta viene imple....
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Risultati
La Figura 3 e la Figura 4 mostrano un percorso temporale BOLD-fMRI rappresentativo in tempo reale e mappe funzionali con stimolazione elettrica della zampa anteriore (3 Hz, 4 s, larghezza dell'impulso 300 us, 2,5 mA). Il paradigma di progettazione fMRI comprende 10 scansioni di pre-stimolazione, 3 scansioni di stimolazione e 12 scansioni di inter-stimolazione con un totale di 8 epoche (130 scansioni). Il tempo di scansione totale è di 3 min 15 sec (195 sec).
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Discussione
Il monitoraggio in tempo reale del segnale fMRI aiuta gli sperimentatori a regolare la fisiologia degli animali per ottimizzare la mappatura funzionale. Gli artefatti di movimento negli animali svegli, così come l'effetto anestetico, sono i principali fattori che mediano la variabilità dei segnali fMRI, confondendo l'interpretazione biologica del segnale da solo 31,32,33,34,35,36,37,38
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Dichiarazioni
Sascha Köhler è un dipendente di Bruker BioSpin MRI GmbH.
Ringraziamenti
Ringraziamo il Dr. D. Chen e il Dr. C. Yen per aver condiviso lo script AFNI per impostare la fMRI in tempo reale per PV 5 e il team AFNI per il supporto software. Questa ricerca è stata supportata dal finanziamento NIH Brain Initiative (RF1NS113278-01, R01 MH111438-01), e dalla sovvenzione dello strumento S10 (S10 RR023009-01) al Martinos Center, German Research Foundation (DFG) Yu215 / 3-1, BMBF 01GQ1702 e dal finanziamento interno della Max Planck Society.
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Materiali
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| 14.1T Sistema di risonanza magnetica Bruker Bruker | BioSpin MRI GmbH | N/A | |
| A365 Isolatore di stimolo | World Precision Instruments | N/A | |
| Software AcqKnowledge | Biopac | RRID:SCR_014279, http://www.biopac.com/product/acqknowledge-software/ | |
| AFNI | Cox, 1996 | RRID:SCR_005927, http://afni.nimh.nih.gov | |
| CO2SMO ( Monitor ETCO2/SpO2), Modello 7100 | Novametrix Medical Systems Inc | N/A | |
| Isoflurano | CP-Pharma | Cat# 1214 | |
| Master-9 | A.M.P.I | N/A | |
| Iniettore di nanolitri | World Precision Instruments | Cat# NANOFIL | |
| Bromuro di pancuronio | Inresa Arzneimittel | Cat# 34409.00.00 | |
| ParaVision 6 | Bruker BioSpin MRI GmbH | RRID:SCR_001964 | |
| Soluzione salina tamponata con fosfato (PBS) | Gibco | Cat# 10010-023 | |
| Ratto: Sprague Dawley ratto | Charles River Laboratories | Crl:CD(SD) | |
| SAR-830/AP Ventilatore | CWE | N/A | |
| &alfa;-cloralosio | Sigma-Aldrich | Cat# C0128-25G; RRID |
Riferimenti
- Ogawa, S., Lee, T. M., Kay, A. R., Tank, D. W. Brain magnetic resonance imaging with contrast dependent on blood oxygenation. Proceedings of the National Academy of Sciences U.S.A. 87 (24), 9868-9872 (1990).
- Belliveau, J. W., et al.
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Ristampe e permessi
