Name: げっ歯類での同時のfMRIと脳深部刺激 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-02-15T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 9 s
Description: 学ぶ げっ歯類での同時fMRIと脳深部刺激法。ステレオタクティック電極植込みと機能的MRI取得により、脳刺激に対する全脳応答をマッピングし、神経機能と結合性の理解を深める強力なツールを提供する。

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私たちは、撮影の支援のためにShaili JhaにとヘザーDecotに感謝します。

倫理声明：この手順では、動物実験（実験動物の管理と使用に関する指針）のための健康ガイドラインの国立研究所に従っているとノースカロライナ機関動物実験委員会の大学によって承認されています。 1。電極注入最初のステップは、電極移植である。この工程では、電極は一方的に視床下核（STN）、次の方法を使用してパーキンソン病を治療するための並進意義を有する小核内に注入される。 <ol><li>すべてのオートクレーブを用いて、手術機器、オートクレーブ滅菌が可能ではない消毒液（電極無菌性のためなど ） を殺菌する注 ：これは短期的な生存の手術であるため、無菌技術が不可欠です。手術後、動物は簡単な回復期間（48時間）の後、または数週間後まで画像化することができる。 </li><li>気管内挿管や小動物人工呼吸器を介して投与2.5％イソフルランを用いてラット（成体SDラット250〜400グラム）を麻酔。定位手術用フレームにラットを固定し、無菌技術を使用して、手術部位を準備します。 </li><li>準備し、電極が無菌であることを確認してください。多くのMRI適合性電極の種類が機能するのに自家製の2チャンネルタングステンマイクロワイヤ電極は、この手順のために使用されます。使用される電極の種類は、全体的な実験結果に影響を与え、機械的手順によって損傷を受けた組織の領域、刺激された組織の領域、および移植の精度に影響を与えることができる。電極の種類はオートクレーブ処理することができない場合、可能な限りそのまま電極を滅菌するポビドンヨード防腐剤を使用する。 </li><li>はさみを使用すると、頭蓋骨にブレグマとラムダを明らかに、約1.5cmの直径を有する移植部位にわたって頭皮を削除します。頭蓋骨の上にある筋肉や筋膜を取り除くと電気メスを使用して、すべての出血を止める。 </li><li>歯科用セメントの接着性（ステップ1.8）を向上させるメスで複数の方向に頭蓋骨の表面を傷つける。水平方向のレベルブレグマとラムダ。 </li><li> 、ブレグマ3.6ミリメートル後方および正中線、横2.5ミリメートルで、STNをターゲットに、直径約1.5ミリメートルを測定するバーホールを作成するために、小さなチップ付き電動ドリルを使用して注意すること。定位座標を参考に、STNの正確な場所かもしれないラット系統、体重、および性別によって異なります。同じ性別の成体ラットは、位置の任意の変動を最小にするために使用されるべきである。可能な場合は、事前演算解剖学的スキャンまたは術中の電気記録は、個々の被験者毎にSTN位置を識別するために使用されるべきである。また、電極終結部位を組織学的に目標精度を保証するために検証すべきである。 <ol><li>慎重に硬膜を切開を行い、目の側面に硬膜を移動させるために小さな鈍い鉗子を使用E穴。生理食塩水に浸した滅菌綿棒を使用して、任意の出血を止める。 1つ以上のMR互換のネジ用の穴）を作成し、これらが安定するまで頭蓋骨にそっと挿入します。ネジは、彼らが（ 例えば 。直接ではなく、電極へのSTN同側の後ろ）、DBS電極用外部コネクタの配置に影響を与えることはありません任意の場所に配置することができる。私たちは、理想的に直接ラムダ縫合後方の、頭蓋骨の側縁部に配置することをお勧めします。この時点で、頭蓋骨はネジが皮質を損傷する可能性を低減する、比較的厚い」 注：プラスチックネジも適しているが、長さ4〜5 mmの切断真鍮ねじは、このプロトコルで使用される。 </li></ol></li><li>それはまっすぐ垂直であることを保証する、定位腕に電極を配置します。皮質表面を正中線と触れブレグマおよび横2.5ミリメートルに電極を正確に3.6ミリメートルの後方に移動して、ブレグマ電極をタッチ電極と。皮質表面から腹側電極7.8ミリメートルを挿入します。これらの座標は神経解剖学的ア ​​トラス1を参照することによって決定される。 </li><li>頭蓋骨のネジと電極挿入点を含む頭蓋骨の上に歯科用セメントの層を配置します。セメントが完全に前に定位フレームから電極を除去する硬化するまで待ちます。曲げ後方電極および耐久性のために、電極管とコネクタの残りの部分をカバーするために追加のセメントを使用しています。 </li></ol> 2。 fMRIの準備第二段階は、生理学的監視装置のコイルとセットアップの配置など、fMRIのためのセットアップです。 <ol><li>スキャン中の動きを防ぐために動物の頭を固定します（注）。カスタムプラスチック耳介内バーシステムは、ヘッドの固定のためにここに使用されます。外耳道に棒を置き、ヘッドが目でスムーズに回転するようにヘッドピースへの安全なno水平回転にE垂直方向。装置に上の歯を固定することによりヘッド位置を固定します。 </li><li>すべてのスキャン全体の安定性を確保するために、完全にラットを麻酔し、呼気終末CO 2を監視します。麻酔薬および鎮静剤の様々な類似の様式で用いてもよいが、麻酔、換気及び制御呼気終末CO 2の走査中レベルを維持するために、イソフルラン気化器と組み合わせたMR互換の小動物換気システムは、ここで使用される。起動ボリュームとして、約500ミリリットル/分の空気、適度なボリュームで45回/分の人工呼吸器を設定します。 2％イソフルランを設定し、スキャン室にラットを移す。ラットの気管内チューブに人工呼吸器の出力を接続し、固定するためにしっかりと押してください。カプノメトリは、可能な気管内チューブコネクタにできるだけ近く接続されたチューブを使用して取得する必要があります。 3.3％に2.6％の呼気終末CO 2を生成するために換気量を調整します。 </李&gt; <li>温度制御のための循環湯浴でスキャナにラットを挿入するために、MR互換の小動物ホルダーを使用してください。ホルダーに風呂のパッドをテープとクリーンな吸収紙でそれをカバーしています。温水床にラットを配置します。 </li><li>動脈血酸素飽和度および心拍数もまた有用生理的パラメータでありながら、温度および二酸化炭素レベルのモニタリングは、BOLD fMRIのに必須である。 MR互換の直腸温度プローブ及び尾の基部にテープを挿入し、次いで37℃で正常な体温を維持するために、水浴の温度を調整する使用される麻酔薬の種類に依存して変化してもよく、それぞれ、95〜98％でそれらを維持し、250〜350拍、小動物パルス酸素濃度計システムを使用して、動脈血酸素飽和度と心拍数を監視する。酸素飽和度と心拍数の両方麻酔の深さ、換気量及び換気速度によって影響される。換気量と率が必要な場合があります慎重に、十分な呼気終末CO 2濃度と十分な酸素飽和度を維持するためにバランスをとる。 </li><li>表面コイルは太字fMRIの取得のために必要とされる。できるだけヘッドの表面に近い表面コイルを配置します。一旦固定、脳表面近傍に感受性アーチファクトを低減するために、セメントキャップ上のヘッドの表面に練り歯磨きを配置注 ：より大きな表面コイルであってもよいけれども我々は、約1.6センチ内径自家製トランシーバ表面コイルを使用より深い皮質下領域でのBOLD応答を最適化するために使用。 </li><li>プログラム可能な電気刺激システムに刺激電極を接続します（注）。我々は、MRスキャンからのRF励起に同期した電気パルスを提供するために、バイポーラ刺激装置に接続されたシステムをトリガするカスタムメイドのプログラム可能なTTLを使用しています。 </li><li> fMRIのデータ収集中の鎮静や麻痺のため、デクスメデトミジンのカクテルを使用します（0.1mg / kgの/時間、IP）およびてんかんの活動2を防ぐために、0.5％の低用量イソフルランと組み合わせたパンクロニウム（1 mg / kgの/時間、IP）。ポンプは磁気環境に置かれる場合は薬剤注入のために、MR互換のシリンジポンプを使用しなければならない。あるいは、互換性のないポンプは、拡張カテーテルチューブが使用されていることを条件とする磁気環境の外側に配置されてもよい。 </li></ol> 3。 fMRIのデータ集録 第三段階は、位置決め、シム調整、解剖学的スキャン、機能的なスキャンを含め、fMRIの獲得である。この技術は、他の高磁場システムに適合し、商業的にMRIコイルを製造することができるものの自家製表面コイルを有する9.4テスラシステムは、ここで使用される。 <ol><li>磁石の中心にあるスキャナと位置にラットを挿入します。正確に関心のある脳領域に対する磁石の中にラットを中央に3面スカウト画像を使用し、FASTMAPは均質にシム調整関心のある領域での磁場をnize。 </li><li>矢状T2強調RAREシーケンス（;マトリックスサイズ、256×256、スライス厚、1.5ミリメートル、TR / TE、1500年から1511年MS】RAREファクター、8;フリップ角、180°FOV、2.56 X 2.56センチメートル2）を使用します前交連の位置を見つけて、この場所に次の画像を整列する。ここまで8スライスシングルショットGE-EPIスキャン（TR / TE、1000年から1014年MS】128×128に再構成されたマトリックスサイズ、96×96、、、スライス厚、1ミリメートルFOV、2.56 X 2.56センチメートル2）を合わせます冠状向きで。 </li><li>機能的なスキャンの場合、40秒の残りに続いて20秒の残りの部分に設定した刺激出力に同期した1秒の時間分解能、10秒刺激、と70の連続した​​EPIスキャンを使用しています。スキャンの間の90秒の最小値は神経血管の回復を可能にすることができます。平均することによって信号対雑音比を改善するために、各刺激パラメータに複数の繰り返しスキャンを取得する。 （通常は4-8ダミー一連のスキャンを使用）ノイズ低減のために走査する直前。平均化、coregistrationと頭蓋骨ストリッピングは、この設定では省略してもよいけれども、セクション4で説明した方法を用いた実験の成功を確実にするために、画像取得時のBOLD応答を確認してください。 </li><li>機能的なスキャンが完了すると、T2強調RAREスピンエコーシーケンス（FOV、2.56 X 2.56センチメートル2を使用し、マトリックスサイズ、256×256、スライス厚、1ミリメートル、TR / TE、33分の2500 MS】平均、8 ）in vivoでの電極の解剖学的位置を測定する。前方/後方、内側/外側および背側/腹軸に沿った電極アーティファクトの先端を測定し、電極配置を確認するために、複数の冠状および矢状断面を獲得。高分解能磁気共鳴顕微鏡（FOV、1.8×1.28センチメートル、マトリックスサイズ360×256、スライス厚が0.5mm、TR / TE、2500/12.6ミリ秒、RARE因子、8、平均値、280）を調べるために使用され得るに関して除去後の電極管の正確な位置近くの神経解剖構造にし、電極配置3の正確さを確認。 </li></ol> 4。 fMRIのデータ処理と解析第四のステップは、応答マップおよびパーセントBOLD信号の変化の計算の生成を含むfMRIのデータの処理および分析である。コンピューティング環境（ 例えば、MATLAB）または市販fMRIのソフトウェアツール（ 例えば 。SPM、FSL、又はAFNI）内で実行されているカスタムプログラムを使用することができる。 <ol><li>全体で被写体に続く、周波数によって第被験者内データの画像coregistrationと平均で始まる注 ：私たちは、SPMのコードを使用してこれを実現。 </li><li>信号しきい値に関心のある、手動で定義された領域（ROI）を使用してnonbrain組織を除去するためにストリッピング頭蓋骨を実行します。自動頭蓋骨ストリッピングアルゴリズムを使用することができる。 </li><li> BOLD解像度間の関係の相関係数を計算することによって応答マップをコンパイルする時間と各ボクセルのための刺激パラダイムの上ponse。血行動態応答遅れを考慮して、パラダイム、数秒の遅延が発生することがある必要があるかもしれません。ボンフェローニ補正後、p &lt;0.05で有意水準を設定します。他の統計的方法を用いてもよい。確率場理論を用いて多重比較を補正またはガウス確率場に基づくクラスタレベル補正は、より高感度分析4のためにボンフェローニ補正の代わりに実行することができる（注）。血行動態の遅延が目標と脳領域に基づいて異なる場合があり、薬理学的薬剤は、使用そして生理的パラメータ。これは、被験者内および被験者間での変動を防止するために、これらのパラメータを制御することが重要である。 </li><li>経時データを抽出するROIを定義することによってBOLD応答を定量化する。同じ解剖学的構造内のすべてのボクセル間でのパーセントの信号変化を平均。一般線形モデルを用いたボクセルごとの分析もまた使用されてもよい5。 </li></ol>

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著者らは、開示することは何もありません。

同時DBSとfMRIのは、 生体内で神経回路の刺激に対するグローバル下流応答の同定および特徴のための有望な実験的なツールキットを表します。このような電気生理学的記録のような他の利用可能なツール、上のこの技術の主な利点は、脳組織の大規模で多様な領域を任意のターゲットでDBSに対する応答性を調べることができるのfMRIの比較的公平な自然の中にあります。記載されているプロトコルは、ラットにおいてDBS-fMRIのために固有のものですが、DBS応答の神経画像にも成功豚6を含む他のモデル生物で行われている。 おそらく、この技術のための最も明白な用途は、特定の神経学的および精神医学的障害、 すなわちために治療的に適用されるように、DBSのモデル化である。パーキンソン病7-9。 subthのいずれかでのパーキンソン病患者において、高頻度刺激alamic核（STN）または内部淡蒼球（GPI）は、多くの運動症状10の緩和に効果的である。両方の標準的なモーターと大脳辺縁系の領域S6</sup...

神経回路活動のグローバルな下流の効果を決定することは、システム神経科学の多くの分野の大きな課題と目標を表しています。ツールの不足は、このニーズを満たすことが現在利用可能であるので、適当な実験装置のアクセシビリティの向上が求められている。神経回路の活性化のグローバル結果を評価するためのこのような方法の一つは、脳深部電気刺激（DBS）の同時適用および機能的MRI（fMRIの）に依存している。 DBS-fMRIの空間は、大規模での回路活性化の下流応答の検出を可能にし、実質的に任意の刺激の標的に適用することができる。このツールセットは、治療の高頻度刺激に対する応答の特性評価を含め、翻訳前臨床試験のために非常に適している。 適切なMRIスキャナへのアクセスに加えて、成功したDBS-fMRIの実験はヴァリアブルの数を考慮する必要電極の種類、鎮静法、生理学的パラメータの維持を含むエス。例えば、電極の選択は刺激効力（ 例えばリードサイズとコンダクタンス、モノ対バイポーラ）のほか、MR互換性と電極アーティファクトサイズに関する要因に基づいている必要があります。電極アーチファクトは、電極材料およびサイズ​​、ならびに使用されるスキャン順序に応じて変化し、事前に十分な実験的試験は、各試験に適した電極タイプを決定するために使用されるべきである。一般的には、タングステンマイクロワイヤ電極は、このプロトコルをお勧めします。麻痺や鎮静の選択は、効果的に動物を固定化し、血液酸素レベル依存（BOLD）信号上の特定の鎮静剤の抑制効果を減少させるためになされるべきである。最後に、体温および酸素飽和度を含む最適な生理学的パラメータで動物を維持するために重要である。 私たちは、DBSのために開発したプロトコル-fMRIのは、これらの潜在的な障害の多くを克服し、私たちの手で、堅牢で一貫性のある結果を提供します。さらに、これらの実験手順を容易にoptogenetic刺激を含む代替的な刺激方法とのfMRIとの組み合わせを採用することができる。

<table><tbody><tr><td>イソフルラン(フォラン)</td><td>バクスター</td><td>1001936060</td><td></td></tr><tr><td>デクスメデトミジン(デキスドミトール)</td><td>ファイ</td><td>ザー145108-58-3</td><td></td></tr>臭<tr><td>化パンクロニウム</td><td>Selleckchem</td><td>S2497</td><td></td></tr> BGA-9S勾配<tr><td>ステロタクチックフレーム</td><td>Kopf</td><td></td><td>モデル962</td></tr>スモールを備えた<tr><td>9.4T小動物MRI</td><td>ブルカーBioSpec</td><td></td><td>システム</td></tr><tr><td>動物用人工呼吸器</td><td>CWE株式会社</td><td>12-02100</td><td>モデル SAR-830</td></tr><tr><td>歯科用セメント</td><td>AMシステム</td><td>525000</td><td>TEETS 冷間硬化</td></tr><tr><td>MouseOx Plus システム</td><td>STARR Life Science Corp.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>カプノメーター</td><td>Surgivet, Smith Medical</td><td></td><td>V9004 Series</td></tr><tr><td>Stimulus Isolator</td><td>World Precision Instruments</td><td></td><td>Model A365</td></tr><tr><td>MR-compatible Brass Screws McMaster</td><td>Carr</td><td>94070A031</td><td>0-80 Thread size, 1/4 in.お好みの長さにカットできます。</td></tr><tr><td>タングステンワイヤー</td><td>カリフォルニアファインワイヤーカンパニー</td><td>100211</td><td>MR互換の刺激微小電極</td></tr><tr><td>シリンジポンプ</td><td>ハーバードアパルタス</td><td></td><td>モデルPHD 2000(MRI互換性なし)</td></tr>の構築に使用されます</tbody></table>

げっ歯類での同時のfmriと脳深部刺激

Deep Brain Stimulation with Simultaneous fMRI in Rodents

様々なターゲットに深部脳刺激（DBS）、グローバルおよび下流のニューロンの応答を可視化するために、我々は、血中酸素レベル依存（BOLD）、機能的磁気共鳴画像法（fMRI）の同​​時DBSの画像げっ歯類にを使用するためのプロトコルを開発した。 DBSのfMRIは、電極注入の精度、電極によって作成されたMRアーチファクト、同時に動物の動きを排除し、任意のニューロンの影響を最小限に抑える麻酔および麻痺の選択、及び生理学的パラメータの維持を含む多くの技術的課題、交絡可能な偏差を示すBOLD信号。私たちの研究室では、これらの潜在的な問題のほとんどを解決することのできる一連の手順を開発しました。電気刺激のために、自家製のタングステンバイポーラ微小電極は、麻酔をかけた被験者において刺激部位に定位的に挿入され、使用されています。撮影準備のために、げっ歯類、プラスチックヘッドピースに固定されている磁石ボアに転送される。スキャン中の鎮静や麻痺のために、デクスメデトミジンおよびパンクロニウムのカクテルは、イソフルランの最小量と一緒に、継続的に注入される。この準備には、揮発性麻酔薬のBOLD天井効果を最小限に抑えます。この実験例では、視床下核（STN）の刺激は、運動野を中心に、同側皮質領域で主に観察されたBOLD応答を生成します。同時DBSとfMRIのは、刺激の位置と刺激パラメータに関する神経回路の明確な変調に依存でき、地域の偏りのない、神経変調の観察が可能。この技術は、実験的および臨床的DBSの双方に影響して、ほぼすべての脳領域において神経回路を調節する下流の効果を探索するために使用することができる。

代表的な機能のデータは右側の視床下核に注入された刺激電極を持つ単一のラットにおける上記プロトコルに従って取得した。 DBS fMRIの画像取得のために必須のセットアップの説明図を図1に提供される。刺激は、0.3ミリアンペア、130 Hzおよび0.09ミリ秒のパルス幅の周波数の振幅と、上記のプロトコルと一致し塗布した。同側運動皮質の強い活性化が一貫して刺激対象の視床下核でこのプロトコルを用いて可視化されている。方形波刺激パターンと、BOLD信号は、刺激期間と相関時間経過とともにベースライン（無刺激条件）に対して変調されることが予想される。ここで、正のBOLD応答が考慮αを取って、予想脳領域（ 図2）及び刺激パラダイムによく相関してON / OFFのパターンで観察される<html>簡単な血行動態の遅延（ 図3）。マップ（ 図2）から、オーバーレイ神経解剖学的ア ​​トラス1は、個々の脳領域においてBOLD効果を比較するために、目的の正確な領域を定義するために使用されてもよい。関心領域は...

このプロトコルは、齧歯類における同時機能的磁気共鳴画像法及び深部脳刺激のための標準的な方法を記載している。これらの実験のツールを併用することは事実上すべての脳のターゲットに電気的刺激に反応して世界的な下流の活動の探査が可能になります。

げっ歯類での同時のfMRIと脳深部刺激

In order to visualize the global and downstream neuronal responses to deep brain stimulation (DBS) at various targets, we have developed a protocol for ...

ジョン・ヤーです。そして、ダン・アルバです。本日は、ラットにおける機能的MRIと深部脳刺激の同時施行について実演します。この手法を用いて、さまざまな標的に対する深部脳刺激に対する脳全体の機能的反応をマッピングすることができます。この手順には、定位脳電極植え込み、fMRIデータの取得、および機能的反応の解析が含まれます。最初のステップは電極の植え込みです。電極を視床下核に片側的に植え込みます。まず、動物を完全に麻酔し、処置全体を通して酸素飽和度や体温を含む生理学的パラメータをモニタリングします。除毛して手術部位の準備を行い、動物を脳定位固定フレームに固定します。処置の間、眼軟膏を用いて動物の眼を潤滑に保ちます。患部に消毒剤を塗布し、滅菌野にドレープを掛けます。これで手術部位の準備が完了します。頭蓋骨上の皮膚と筋膜を除去し、ブレグマ（bgma）とラムダが露出していることを確認します。後の工程でセメントの接着性を高めるため、メスを使用して頭蓋骨表面を粗くします。また、骨表面の止血および切除組織の処理には、電気凝固器と滅菌綿を使用します。定位固定装置のアームに取り付けた針を使用して、開頭部位の基準としてbgmaの正確な位置に触れ、視床下核の位置を頭蓋骨上に針でマークします。この位置は、toremaから後方に3.6 millimeters、正中線から外側に2.5 millimetersとなります。小型のドリルビットを使用して頭蓋骨に小さな穴を開け、穴の縁を清掃し、プローブで確認します。細いゲージの針を用いて硬膜表面を十分に刺激し、追加の出血や脳脊髄液の漏出を清拭します。次に、固定用のMRI適合スクリューを頭蓋骨に留置します。将来の電極留置部位から対側かつ後方に、頭蓋骨に穴をあけます。ネジを十分に深く固定しますが、硬膜や皮質を圧迫しないようにしてください。刺激には、MRI互換の自作2チャンネルタングステン微小電極を使用します。電極が直線的であること、およびリード線に裂け目がないことを確認します。電極を立体定位装置のアームに垂直に配置し、先端をbgmaに接触させます。定位固定装置を用いて電極を目的の脳領域まで移動させ、皮質表面に接触させます。定位固定装置を使用して電極を下降させます。この際、電極が曲がっていないことを確認してください。この工程では、まず最初にセメントの初層を塗布し、頭蓋骨の表面が乾燥していることを確認してください。初層が乾燥した後、電極を後方に曲げ、さらにセメントを追加して安定性を高めます。動物を取り出す前に、セメントを完全に乾燥させてください。動物を蘇生させるか、あるいは直ちに機能的MRIスキャンの準備に入ります。次のステップは、fMRIのための動物の準備およびfMRIデータの取得です。これは手術直後、または数日後に行うことができます。コイルに対して動物の頭部を完全に固定するために、ヘッドピースを使用してください。動物には気管内挿管を行い、人工呼吸を管理します。麻酔剤は、さまざまな種類が使用可能です。dme、toine、およびcombinを低用量のisofと共に使用します。筋弛緩はpantoniumを用いて行い、換気チューブと気管内チューブの接合部付近にcap geometryを設置してください。end TAL CO2を安定させるために、ベンチレーターの設定を調整します。通常範囲（一般的に3%付近）において、体温は尾の付け根に固定した直腸プローブを用いてモニタリングする必要があります。循環温水バスを調整し、体温を通常範囲内で安定させてください。パルスオキシメトリは後肢の領域で測定可能であり、スキャンする部位に歯磨き粉を塗布することで画質を向上させることができます。スキャン対象となる脳領域の直上に表面コイルを配置します。コイルをヘッドピースとホルダーにしっかりと固定してください。刺激装置を電極コネクタに接続し、リード線を固定します。マグネット内の冷却環境における断熱性を高めるため、動物を覆います。次に、動物をマグネットの中心に挿入します。スキャナー内における動物の全体的な正確な位置決めのために、3断面のSスカウト画像を使用してください。磁場の均一性を向上させるため、皮質表面を参照してシミングを行います。次に、FMAPを使用して、機能スキャンに使用する脳領域で局所的なシミングを行います。正中矢状面でT2強調スライスを1枚取得します。シングルショット勾配エコーEPIスキャンを作成します。マトリックスサイズは96 × 96、視野（FOV）は2.56 × 2.56 cmに設定します。繰り返し時間は1000 ms、エコー時間は14 ms、スライス幅は1 mmとし、4回のダミー Wereスキャン後に70回の繰り返しを行います。これらのパラメータを用いた各スキャンは1秒間で行います。合計スキャン時間を70秒とするため、被験者間の幾何学的な一貫性を保つよう、このEPIスキャンを以前のT2サジタル画像の前交連に合わせてください。刺激周波数、パルス幅、および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のRF出力と同期させます。ここでは、周波数130 Hz、パルス幅90 µsとし、刺激パラダイムは60秒間の安静、続いて30秒間の刺激、最後に120秒間の安静としています。次に、希望する電流振幅とバイポーラ電流出力ランを含む、刺激電流の種類を設定します。データ収集後に刺激が適切にトリガーされることをEPIスキャンで確認し、次節で説明するデータ解析ツールを用いて、十分な応答が得られているかを確認します。これが起こらない場合は、スティミュレーターの接続を確認してください。すべてのスキャンが完了後、電極の概略位置を測定し、電極が意図したターゲット内に配置されているかを確認するために、解剖学的スキャンを実施する必要があります。その後、ラットを蘇生させ、さらなる実験のために保存することが可能です。最終的に、必要なすべての実験が完了した後、動物を安楽死させ、脳をホルマリンで灌流固定します。電極挿入経路を除去した後、高解像度のT2強調スキャンを2回行い、電極挿入経路と近接構造との位置関係を特定します。本例では、電極挿入経路が内包のすぐ腹側の視床下核で終了しており、植込み精度が確認されました。次に、機能的スキャンの結果を処理し、解析します。ここでは、MATLAB内で動作するカスタム作成のプログラムを使用しますが、他のfMRI解析ソフトウェアパッケージも同様にMATLABで使用可能です。SPMコードを使用して、すべての刺激試行に剛体変換を適用します。次に、スキャン時のタイムコースを保持したまま画像の平均セグメントを作成し、カットオフ閾値を適用した後に手動でスカルストリッピング（頭蓋骨除去）を行います。次に、関心のある脳領域の相関係数マップを作成します。ノイズ除去は、最小クラスターサイズの設定または3×3のローパススムージングを用いて行うことができます。刺激パラダイムを入力し、血流動態の遅延を考慮して、短いパラダイム遅延時間を設定します。次に、各ボクセルについて、刺激パラダイムに対する信号強度の時間的変化の相関係数を算出します。これを各スライスにマッピングすることで、ボールへ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できます。関心領域（ROI）は、手動で定義するか、多角形を用いて近似的に設定します。この関心領域内における信号の変化率は、刺激前の信号をベースラインとして決定できます。これらの値は、その後統計解析のためにエクスポートすることが可能です。ここでは視床下核に深部脳刺激を行い、相関係数マップ上の反応は、その核から離れた脳領域に現れています。ここでは、最も後方のスライスにおいて、刺激部位よりも前方に位置する、正の反応を示し、BOLD信号が強く、皮質である領域が確認できます。サンプルの皮質関心領域について、BOLD信号強度の経時的変化を算出した際に、刺激電極によるアーチファクトが見られます。その結果が画面に表示されており、刺激パラダイムが黄色いバーで示されています。これはbold反応の定量化に使用でき、さらなる解析に役立ちます。本ビデオでは、げっ歯類モデルにおける機能的MRIを用いた同時深部脳刺激について実演しました。ご視聴ありがとうございました。皆様の実験の成功をお祈りいたします。

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Research

JoVE Journal

Neuroscience

神経科学

我々は、神経活動と血中酸素レベル依存（BOLD）MRI信号との関係の調査のためのプラットフォームを提供し、齧歯類の脳における同時機能的磁気共鳴イメージングと電気生理学的記録法を開発した。...

齧歯類の脳における同時fMRIと電気生理学

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げっ歯類での同時のfMRIと脳深部刺激

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