La stimolazione cerebrale profonda con simultanea fMRI in Roditori

Ciao, sono John Ya.E sono Dan Alba. Oggi dimostreremo la volontà di risonanza magnetica funzionale. Stimolazione cerebrale profonda simultanea in un ratto.

Possiamo usare questa tecnica per mappare le risposte funzionali in tutto il cervello alla stimolazione cerebrale profonda in una varietà di obiettivi. Questa procedura prevede l'impianto di elettrodi stereotassici, l'acquisizione FMRI, un'analisi delle risposte funzionali. Il primo passo è l'impianto di elettrodi.

Impianteremo unilateralmente un elettrodo nel nucleo subtalamico. Inizieremo anestetizzando completamente l'animale e monitorando i parametri fisiologici, tra cui l'ossigenazione e la temperatura corporea durante tutta la procedura. Inizia a preparare il sito chirurgico rimuovendo i peli e attacca l'animale a un telaio stereotassico.

Usa un unguento per lubrificare gli occhi dell'animale durante la procedura. Applicare un antisettico sul sito e applicare teli sul campo sterilizzato. Per completare la preparazione del sito chirurgico.

Rimuovere la pelle e la fascia sovrastante il cranio, assicurandosi che bgma e lambda siano scoperti. Usa un bisturi per irruvidire la superficie del cranio per migliorare l'attacco del cemento più avanti nella procedura. E utilizzare cotone sterile nell'elettrocauterizzazione per l'emostasi sulla superficie ossea e l'uso di tessuti tagliati.

Utilizzare un ago attaccato al braccio stereotassico per toccare la posizione esatta del bgma come riferimento per la posizione della craniotomia e segnare la posizione sul cranio con l'ago per il nucleo subtalamico. Questo sarà di 3,6 millimetri di torema posteriore e 2,5 millimetri lateralmente dalla linea mediana. Usa un piccolo trapano per fare un piccolo foro nel cranio pulendo e sondando i bordi del foro.

Utilizzare un ago di piccolo calibro per perturbare a fondo la superficie durale e pulire eventuali ulteriori sanguinamenti o perdite di liquido cerebrospinale. Ora posizioneremo una vite compatibile con la risonanza magnetica nel cranio per l'ancoraggio. Praticare un foro nel cranio controlaterale e posteriore alla posizione futura dell'elettrodo.

Posizionare la vite abbastanza in profondità da essere sicura, ma senza premere sulla dura madre o sulla corteccia, utilizziamo un micro elettrodo di tungsteno a due canali fatto in casa compatibile con la risonanza magnetica per la stimolazione. Ispezionare l'elettrodo per assicurarsi che sia dritto e che i cavi non siano divisi. Posizionare l'elettrodo sul braccio stereotassico in posizione verticale e toccare la punta su bgma.

Spostare l'elettrodo nella posizione della regione cerebrale bersaglio utilizzando il telaio stereotassico per la misurazione e toccare la superficie corticale. Abbassare l'elettrodo utilizzando il telaio stereotassico per la misurazione. Assicurarsi che l'elettrodo non si pieghi.

Durante questo processo, posizionare prima uno strato iniziale di cemento, garantendo un servizio del cranio asciutto. Dopo che il primo strato è asciutto, piegare l'elettrodo posteriormente, quindi applicare altro cemento per aumentare la stabilità. Lasciare asciugare completamente il cemento prima di rimuovere l'animale.

L'animale può ora essere rianimato o immediatamente preparato per la risonanza magnetica funzionale. Il secondo passo è preparare l'animale per l'FMRI e l'acquisizione FMRI. Questo può essere eseguito immediatamente dopo l'intervento chirurgico o diversi giorni dopo.

Un copricapo dovrebbe essere utilizzato per immobilizzare completamente la testa dell'animale rispetto alla bobina. L'animale deve essere endotracheale, intubato e ventilato. Può essere utilizzata una varietà di anestetici.

Usiamo dme, toine, e combiniamo con basso dosaggio isof. La paralisi del fluoro deve essere eseguita utilizzando la geometria del tappo di acquisizione del pantonio vicino alla giunzione del tubo di ventilazione con il tubo endotracheale. Regolare le impostazioni del ventilatore per stabilizzare la CO2 TAL.

Nell'intervallo normale, generalmente vicino al 3%, le temperature devono essere monitorate utilizzando una sonda rettale fissata alla base della coda. Un bagno di acqua calda circolante deve essere regolato per stabilizzare la temperatura corporea entro l'intervallo normale. La pulsossimetria può anche essere acquisita nell'area della zampa posteriore, posizionando il dentifricio sull'area da scansionare per migliorare la qualità dell'immagine.

Posizionare una bobina di superficie direttamente sopra le regioni del cervello da scansionare. Fissare saldamente la bobina al copricapo e al supporto. Collegare il sistema di stimolazione al connettore dell'elettrodo e fissare i cavi in posizione.

Coprire l'animale per un migliore isolamento nell'ambiente freddo del magnete. Ora è il momento di inserire l'animale al centro del magnete. Usa un'immagine di ricognizione a tre S per un posizionamento preciso dell'animale all'interno dello scanner a livello globale.

Spessore con riferimento alla superficie corticale per migliorare l'omogeneità del campo magnetico. Quindi utilizzare FMAP per spessorare localmente le regioni del cervello da utilizzare per le scansioni funzionali. Acquisisci una singola fetta pesata T due in un piano sagittale medio.

Crea una sfumatura a scatto singolo. Scansione Echo EPI con dimensione della matrice di 96 x 96, campo visivo di 2,56 x 2,56 centimetri. Tempo di ripetizione di 1000 millisecondi, tempo di eco di 14 millisecondi e larghezza della fetta di un millimetro con quattro scansioni fittizie seguite da 70 ripetizioni.

Ogni scansione con questi parametri dovrebbe durare un secondo. Per un tempo di scansione totale di 70 secondi, allineare questa scansione EPI alla commessura anteriore della precedente immagine sagittale T two per la coerenza geometrica tra i soggetti impostati sulla stimolazione, la frequenza, l'ampiezza dell'impulso e il paradigma di stimolazione e sincronizzare l'attivazione delle stimolazioni con le uscite RF dalla sequenza di scansione. Qui utilizziamo una frequenza di 130 hertz, un'ampiezza dell'impulso di 90 microsecondi e un paradigma di stimolazione di 60 secondi di riposo, seguiti da 30 secondi di stimolazione e infine 120 secondi di riposo.

Quindi impostare il tipo di corrente di stimolazione, inclusa l'ampiezza di corrente desiderata e il percorso di uscita della corrente bipolare. La scansione EPI garantisce che la stimolazione si attivi in modo appropriato dopo il controllo dell'acquisizione per garantire una risposta robusta utilizzando gli strumenti di analisi dei dati descritti nella sezione seguente. Se ciò non si verifica, controllare i collegamenti dello stimolatore.

Dopo che tutte le scansioni sono state richieste, è necessario eseguire scansioni anatomiche per misurare la posizione approssimativa dell'elettrodo e garantire la posizione dell'elettrodo all'interno del target previsto. Successivamente, il ratto può essere rianimato e conservato per ulteriori esperimenti. Infine, dopo che tutti gli esperimenti necessari sono stati eseguiti, l'animale può essere soppresso nel perfuso cerebrale con formalina.

Con il tratto di elettrodo rimosso, la risoluzione della pelle T possono essere eseguite due scansioni pesate per identificare il tratto di elettrodi e la sua relazione con le strutture vicine. In questo caso, il tratto di elettrodo termina appena ventrale alla capsula interna nel nucleo subtalamico, confermando l'accuratezza dell'impianto. Successivamente, elaboreremo e analizzeremo i risultati delle nostre scansioni funzionali.

Per questo, utilizzeremo un programma scritto su misura che viene eseguito all'interno di matlab, sebbene altri pacchetti software per l'analisi FMRI possano essere utilizzati in modo simile in matlab. Utilizza i codici SPM per applicare il corpo rigido a tutte le prove di stimolo. Quindi creare un segmento medio di immagini, conservando l'andamento temporale delle scansioni, eseguire manualmente lo stripping del cranio dopo l'applicazione di una soglia di cutoff.

Ora genereremo mappe dei coefficienti di correlazione per le regioni cerebrali di interesse. La riduzione del rumore può essere eseguita utilizzando una dimensione minima del cluster o il livellamento passa-basso tre per tre. Il paradigma di stimolazione dovrebbe essere inserito e un breve ritardo del paradigma può essere impostato per tenere conto del ritardo emodinamico.

Per ogni voxel, il coefficiente di correlazione della variazione dell'intensità del segnale nel tempo può quindi essere calcolato rispetto al paradigma di stimolazione. Questo può essere mappato su ogni fetta per identificare le regioni neuro anatomiche in cui la risposta della palla è fortemente correlata al protocollo sperimentale. Le regioni di interesse possono essere definite manualmente o utilizzare un poligono come approssimazione.

La variazione percentuale del segnale all'interno di questa regione di interesse può quindi essere determinata utilizzando il segnale di pre-stimolazione come linea di base. Questi valori possono quindi essere esportati per l'analisi statistica. Qui abbiamo eseguito la stimolazione cerebrale profonda al nucleo subtalamico e le risposte sulla nostra mappa del coefficiente di correlazione sono in regioni cerebrali distanti da quel nucleo.

Qui vediamo regioni positive, grassetto e corticali anteriori alla posizione della stimolazione nella fetta più posteriore. L'artefatto dell'elettrodo stimolante è visibile quando si calcola la variazione dell'intensità del segnale in grassetto nel tempo per una regione corticale di interesse del campione. Il risultato viene visualizzato sullo schermo con il paradigma di stimolazione visualizzato qui da una barra gialla.

Questo può essere utilizzato per quantificare la risposta audace e per ulteriori analisi, abbiamo appena dimostrato la stimolazione cerebrale profonda con risonanza magnetica funzionale simultanea nel modello di roditore. Grazie per aver guardato e buona fortuna con i tuoi esperimenti.