げっ歯類での同時のfMRIと脳深部刺激

こんにちは、私はジョン・ヤです。そして、私はダン・アルバです。今日は、機能的MRIのデモンストレーションを行います。ラットにおける脳深部同時刺激療法。

この手法を使用して、脳全体の機能的応答をさまざまなターゲットでの脳深部刺激にマッピングできます。この手順には、定位電極の埋め込みFMRI取得、機能応答の分析が含まれます。最初のステップは電極の埋め込みです。

視床下核に一方的に電極を埋め込みます。まず、動物を完全に麻酔し、手順全体を通して酸素化や体温などの生理学的パラメーターを監視します。手術部位の準備は、脱毛から始め、動物を定位フレームに取り付けます。

処置中に動物の目を滑らかにするために軟膏を使用してください。部位に消毒剤を塗布し、滅菌したフィールドにドレープを塗布します。手術部位の準備を完了するため。

頭蓋骨の上にある皮膚と筋膜を取り除き、bgmaとラムダが覆われていることを確認します。メスを使用して頭蓋骨の表面を粗くし、手順の後半でセメントの付着を改善します。また、骨表面の止血のために電気焼灼で滅菌綿を使用し、組織を切断します。

定位アームに取り付けられた針を使用して、開頭術の位置の基準として bgma の正確な位置に触れ、視床下核の針で頭蓋骨の位置をマークします。これは、正中線から3.6ミリメートル後方トレマと2.5ミリメートル横になります。小さなビットドリルを使用して、頭蓋骨に小さな穴を開け、穴の端を清掃して調査します。

小さなゲージ針を使用して硬膜表面を完全に摂動し、脳脊髄液の追加の出血や漏れを取り除きます。次に、MRI対応のネジを頭蓋骨に装着して固定します。頭蓋骨の反対側と将来の電極位置の後方に穴を開けます。

ネジをしっかりと固定するのに十分な深さに配置しますが、硬膜や皮質を押さずに、MRI対応の自家製2チャンネルタングステンマイクロ電極を使用して刺激します。電極を点検して、電極がまっすぐで、リード線が裂けていないことを確認します。定位アームに電極を垂直位置に置き、先端をbgmaに接触させます。

測定用の定位フレームを使用して電極を目的の脳領域の位置に移動させ、皮質表面に触れます。定位フレームを使用して電極を下げて測定します。電極が曲がっていないことを確認してください。

このプロセスでは、最初にセメントの最初の層を配置し、乾いた頭蓋骨のサービスを確保します。最初の層が乾いたら、電極を後方に曲げてから、安定性を高めるために追加のセメントを塗布します。動物を取り除く前に、セメントを完全に乾かしてください。

動物は、蘇生されるか、またはすぐに機能的MRIスキャンのために準備されてもよい。2番目のステップは、FMRIおよびFMRIの取得のために動物を準備することです。これは、手術直後または数日後に行うことができます。

ヘッドピースを使用して、動物の頭をコイルに対して完全に固定する必要があります。動物は気管内治療、挿管、換気を行う必要があります。さまざまな麻酔薬を使用できます。

dme、toine、combinを低用量のisofで使用しています。フッ素麻痺は、換気チューブと気管内チューブの接合部付近にあるパントニウムアクイジットキャップ形状を使用して実行する必要があります。.換気装置の設定を調整して、TAL CO2を安定させます。

正常範囲では、通常、尾部の基部に固定された直腸プローブを使用して、3%近くの温度を監視する必要があります。循環式温水浴は、体温を正常範囲内に安定させるために調整する必要があります。パルスオキシメトリーは、後足の領域で取得し、スキャンする領域に歯磨き粉を置いて画質を向上させることもできます。

スキャンする脳領域の真上に表面コイルを置きます。コイルをヘッドピースとホルダーにしっかりと固定します。刺激システムを電極コネクタに接続し、リード線を所定の位置に固定します。

磁石の冷却環境での断熱性を向上させるために、動物を覆います。次に、動物を磁石の中心に挿入します。3つのプレーンSスカウト画像を使用して、スキャナー内の動物をグローバルに正確に配置します。

皮質表面を基準としたシムにより、磁場の均質性を改善します。次に、FMAP を使用して、機能スキャンに使用する脳領域を局所的にシムします。中央矢状面に 1 つの T 2 加重スライスを取得します。

シングルショットのグラデーションを作成します。マトリックスサイズ96 x 96、視野角2.56 x 2.56センチメートルのエコーEPIスキャン。繰り返し時間1000ミリ秒、エコー時間14ミリ秒、スライス幅1ミリメートル、4回のダミースキャンと70回の繰り返し

これらのパラメータを使用した各スキャンは、1 秒間続く必要があります。合計スキャン時間70秒の場合、このEPIスキャンを前のTの2つの矢状画像の前方交連に合わせ、被験者間の幾何学的一貫性を確保し、刺激、周波数、パルス幅、刺激パラダイムを設定し、刺激トリガーをスキャンシーケンスからのRF出力に同期させます。ここでは、130 ヘルツのパルス幅 90 マイクロ秒の周波数と、60 秒の休止、30 秒の刺激、最後に 120 秒の休息の刺激パラダイムを使用します。

次に、目的の電流振幅とバイポーラ電流出力の実行を含む刺激電流タイプを設定します。EPIスキャンでは、取得後に刺激が適切にトリガーされることを確認して、次のセクションで説明するデータ解析ツールを使用して堅牢な応答を確認します。これが発生しない場合は、刺激装置の接続を確認してください。

すべてのスキャンが必要になったら、解剖学的スキャンを実行しておおよその電極位置を測定し、目的のターゲット内の電極位置を確認する必要があります。その後、ラットは蘇生され、さらなる実験のために保存される場合があります。最後に、必要なすべての実験が行われた後、動物はホルマリンで脳灌流で安楽死させることができます。

電極管を取り外した状態で、隠蔽分解能Tの2つの重み付きスキャンを実行して、電極管とその近くの構造との関係を特定できます。この場合、電極管は視床下核の内部カプセルに対してちょうど腹側で終了し、移植精度を確認します。次に、機能スキャンの結果を処理して分析します。

このために、matlab内で実行されるカスタム記述プログラムを使用しますが、FMRI分析用の他のソフトウェアパッケージは、matlabで同様の方法で使用できます。SPMコードを使用して、すべてのスティミュラス試行に剛体を適用します。次に、スキャンの時間経過を節約して画像の平均セグメントを作成し、カットオフしきい値の適用後に頭蓋骨のストリッピングを手動で実行します。

次に、関心のある脳領域の相関係数マップを生成します。ノイズリダクションは、最小クラスターサイズまたは3×3のローパススムージングを使用して実行できます。刺激パラダイムを入力する必要があり、血行動態遅延を考慮して短いパラダイム遅延を設定できます。

各ボクセルについて、時間の経過に伴う信号強度変化の相関係数を、刺激パラダイムに関して計算してもよい。これを各スライスにマッピングして、ボールの反応が実験プロトコルと強く相関する神経解剖学的領域を特定することができます。関心領域は手動で定義することも、近似としてポリゴンを使用することもできます。

この関心領域内の信号変化の割合は、その後、事前刺激信号をベースラインとして使用して決定できます。これらの値は、統計分析のためにエクスポートできます。ここでは、視床下核で脳深部刺激療法を行い、相関係数マップ上の応答は、その核から離れた脳領域にあります。

ここでは、最も後部のスライスの刺激の位置よりも前方に、ポジティブで太字の皮質領域が見られます。刺激電極からのアーチファクトは、関心のあるサンプル皮質領域について、時間の経過に伴う太字の信号強度の変化を計算するときに見ることができます。結果は画面に表示され、ここでは黄色のバーで刺激パラダイムが表示されます。

これは、大胆な反応を定量化するために使用でき、さらなる分析のために、げっ歯類モデルで同時機能的MRIによる脳深部刺激療法を実証したばかりです。ご覧いただきありがとうございます、そしてあなたの実験に頑張ってください。