ウィスカー刺激中のラットバレル皮質の機能的磁気共鳴分光法

要約

出典: Blanc, J., et al. ウィスカ活性化中のラット樽皮質における7Tでの機能的磁気共鳴分光法J. Vis. 経験。 (2019年)

このビデオは、ウィスカー刺激中の機能的磁気共鳴分光法を使用してラットバレル皮質の代謝変化を分析する方法を示しています。ベースライン代謝物スペクトルを刺激スペクトルと比較して、バレル皮質の乳酸増加を検出し、ニューロンの活性化が成功したことを確認します。

プロトコル

動物モデルを含むすべての手順は、地元の施設動物管理委員会とJoVE獣医審査委員会によって審査されています。

1. 血中酸素濃度依存型機能磁気共鳴画像法 (BOLD fMRI) 取得

1. ラットの脳を直立位置に置き、イヤーバーを使用して維持します。ボリュームアレイコイルをラットの頭の上に置き(図1A)、テープで固定します。エアパフシステムをオンにしたときに、セイルが正しく動いていることを確認してください(前後移動、回転なし、セイルの摩擦なし)。次に、スイッチをオフにします。
2. ベッドとコイルをマグネットの中央に挿入します。エアパフシステムがオンのときにベッドが磁石の内側に入った後も、セイルが正しく動いていることを確認してください。次に、スイッチをオフにします。イソフルランからメデトミジンに完全に切り替えます(灌流速度:20 μL/分)。
3. ローカリゼーションシーケンス(エコー時間、TE = 2.5 ms、繰り返し時間、TR = 100 ms、平均= 1、繰り返し= 1、スライス= 1 mm、画像サイズ= 256 x 256、視野(FOV)= 50 x 50 mm、スキャン時間= 12秒800 ms)を使用して、ラットが適切に配置されていることを確認してください。[ローカライザシーケンス]タブを[命令名]にドラッグし、[続行]をクリックします。
4. T2_Star_FID_EPI (T2*-weighted free induction decay echo planar imaging) シーケンスタブを [命令名] にドラッグし、FOV を脳の中央に配置し、[調整プラットフォーム] タブをクリックして、編集したスキャン命令を開きます。B0マップを記録し、スキャンシムに進みます。
   注:磁場均質性(B0)マップの場合は、次のパラメータを使用します。最初のエコー時間= 1.65ミリ秒。TR = 20 ミリ秒、平均 = 1;反転角度= 30°;エコー間隔 = 3.805 ミリ秒。スライス= 58 mm;画像サイズ = 64 x 64 x 64;FOV = 58 x 58 x 58 mm;スキャン時間 = 1 分 24 秒 920 ミリ秒。スキャンシムの場合は、次のパラメータを使用します。ボクセル選択励起=誘導エコー取得モード(STEAM)ガウスパルス。TE = 5ミリ秒;混合時間= 10ミリ秒;取得時間 = 204.8 ミリ秒。帯域幅 = 10,000 Hz;滞留時間 = 50 μs)。
5. T2 Star_FID_EPIシーケンスを開始します(TE = 16.096 ms;TR = 500ミリ秒;平均= 1;繰り返し = 600;スライス= 1 mm;4つの連続したスライス。画像サイズ = 128 x 128;FOV = 20 x 20 mm;帯域幅 = 333,333.3 Hz;スキャン時間 = 5 分 00 秒)。
   注: トランジスタ トランジスタ ロジック (TTL) ポートにより、外部トリガー信号がエアパフ システムを同時に起動します。パラダイム = [20 秒のアクティブ化 + 10 秒の休憩] x 10、600 スキャンの合計期間、スキャンあたり 500 ミリ秒。スライスは、バレルフィールド領域の中央に配置されます。
6. 別の局在化シーケンス(ステップ5.3で説明したものと同じ)を取得して最初の位置特定シーケンスと比較し、T2_Star_FID_EPIシーケンス中にラットが移動したかどうかを確認します。
7. ベッドを初期位置に戻し、ボリュームアレイコイルを取り外し、表面コイルを接続します。

2. 太字処理

1. T2 Star_FID_EPI ファイルを開き、画像表示で T2 Star_FID_EPI 画像を読み取ります。FunController という機能コントローラーの起動ウィンドウを開きます。
2. この処理タブで、機能イメージングウィンドウを選択し、刺激プロトコル(使用するパラダイムに対応するオン/オフ期間の期間と交代)を定義します。
3. プロトコルウィンドウ(600フレームのデータセット)を選択し、[オン期間]タブに値40を挿入し、[オフ期間]タブに20の値を挿入します。[アトリビューションの反転]タブをクリックし、[刺激状態]スライダーを左にドラッグして値1を選択します。
4. 前処理ウィンドウで、前処理のために平面の中央値フィルターをクリックし、後処理のために中央値フィルター(2D、3D)をクリックします。
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5. 実行] タブをクリックし、カーソルをドラッグしてオーバーレイ ルックアップ テーブルを調整します。活性化された脳領域を視覚化します(図1B)。

3. 陽子磁気共鳴分光法 (1H-MRS) 取得表面

1. コイルを正しく配置するには、ラットの頭の位置を変更します。ヘッドを回転させ(時計回りに約30°)、表面コイル(図1A)を水平にしながら左バレル皮質のすぐ上に配置し、磁石の内側では磁石の中心に配置できるようにします。
2. 表面コイルを置き、テープを使用してラットの脳に固定し(図2B)、エアパフシステムをオンにしたときにセイルが正しく動いていることを確認します(前後移動、回転なし、セイルの摩擦なし)。次に、メインスイッチでオフにします。
3. エアパフシステムがオンのときに、ベッドが磁石の中に入ると、セイルが正しく動いていることを確認してください。次に、スイッチをオフにします。
4. ローカリゼーションシーケンスを使用して、ラットが正しく配置されていることを確認してください。パラメータを次のように設定します: TE = 2.5 ms;TR = 100ミリ秒;平均= 1;繰り返し = 1;スライス= 1 mm;画像サイズ = 256 x 256;FOV = 50 x 50 mm;スキャン時間 = 12 秒 800 ms.
   1. [ローカライザ シーケンス] タブを [命令名] ウィンドウにドラッグし、[続行] タブをクリックしてスキャン プログラムを実行します。
5. 脳の局在化が正しい場合は、命令名ウィンドウの T2 強調ターボ リラクセーション エンハンスメント (T2_TurboRARE) シーケンス タブをドラッグし、続行をクリックしてスキャン プログラムを実行します。これらの解剖学的画像は、以前の BOLD fMRI 取得とともに、MRS の一次体性感覚バレル フィールドまたは S1BF におけるボクセルの正しい位置特定を可能にします。
   注: T2_TurboRARE パラメータは 14 スライス、スライスあたり 2 mm、FOV = 2.5 x 2.5 cm、TE = 100 ms、TR = 5,000 ms、マトリックス = 128 x 128、 シーケンス時間 = 2 分 40 秒。
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6. 熱選択的再焦点合わせ(LASER)シーケンスによるローカライゼーションタブを命令名ウィンドウにドラッグし、ボクセル(高さ2 mm、長さ2.5 mm、奥行き3 mm)をS1BF領域の中央に配置します。
   1. ラット脳アトラスとBOLD fMRIエンハンスメントを使用して、T2画像上のゾーンを位置特定します(図3)。[調整プラットフォーム]タブをクリックして、編集したスキャン手順を開きます。「ぐらつき」タブをクリックし、受信コイルのインピーダンス(電子負荷)を少し変更して調整します。チューニングが終了したら、[適用]タブをクリックして命令エディターを閉じ、編集した命令に変更を適用します。
7. B0マップを記録し、シムのスキャンに進み、ローカルシムを実行します。
   注:B0マップには、次のパラメータを使用します:最初のエコー時間= 1.65ミリ秒。TR = 20 ミリ秒、平均 = 1;反転角度= 30°;エコー間隔 = 3.805 ミリ秒。スライス= 58 mm;画像サイズ = 64 x 64 x 64;FOV = 58 x 58 x 58 mm;スキャン時間 = 1 分 24 秒 920 ミリ秒。スキャンシムには、次のパラメータを使用します:ボクセル選択励起、STEAMガウスパルス。TE = 5ミリ秒;混合時間= 10ミリ秒;取得時間 = 204.8 ミリ秒。帯域幅 = 10,000 Hz;滞留時間 = 50 μs。ローカルシムには、次のパラメータを使用します:水抑制、可変電力、および最適化緩和(VAPOR)取得時間 = 1,363.15ミリ秒。ポイント = 4,096;帯域幅(Hz)= 3,004.81 Hz;ppm(百万分率)の帯域幅= 10ppm。滞留時間 = 166.40 μs;スペクトル分解能 = 0.37 Hz/ポイント。LASERパラメータは、エコー時間= 19.26ミリ秒です。TR = 2,500ミリ秒;平均= 128または32。スキャン時間 = 5 分 20 秒または 1 分 20 秒。獲得ポイント=4,096。
8. 1H-MRSを実行します。
   1. 休止期間中に最初に 1H-MRS 取得を開始します (4 x 32 LASER スキャン + 128 LASER スキャン、スキャンあたり 2,500 ミリ秒)。
   2. 別の局在化シーケンス(ステップ5.3で説明したものと同じ)を取得して、記録された最初のものと比較し、レーザー取得中にラットが動いていないことを確認します。
   3. エアパフシステムをオンにした状態で、レーザーシーケンス(4 x 32 LASERスキャン+ 128 LASERスキャン、スキャンあたり2,500ミリ秒)を使用して、ウィスカー活性化中に1H-MRSを実行します(パラダイム=20秒の活性化と10秒の休憩)。
   4. もう一度、ローカリゼーションシーケンスを実行して、ラットが動いたかどうかを確認します。
      注:スキャンの数と安静/活性化期間は調整および変更できますが、定期的にローカリゼーションシーケンスを実行することにより、ラットが動いていないことを常に確認してください。

結果

図1:BOLD fMRI。(A)ボリュームアレイコイルの配置。ネズミの頭は水平位置にあり、イヤーバーでブロックされています。セイルが自由に動いており、コイルやMRIベッドによってブロックされていないことを確認してください。(B)活性化された左バレル皮質(赤い矢印)の典型的なBOLD信号。対側右半球では信号は検出されません(青い矢印)。しきい値は最大強度値の76.5%に設定されています。

材料