설치류에 동시 fMRI를 깊은 뇌 자극

안녕하세요, 저는 John Ya.그리고 Dan Alba입니다. 오늘은 기능적 MRI의 기능을 시연해 보겠습니다. 쥐에서 동시 뇌 심부 자극.

우리는 이 기술을 사용하여 다양한 대상에서 뇌 심부 자극에 대한 뇌 전체의 기능적 반응을 매핑할 수 있습니다. 이 절차에는 정위 전극 이식 FMRI 획득, 기능 반응 분석이 포함됩니다. 첫 번째 단계는 전극 이식입니다.

우리는 시상하핵(subthalamic nucleus)에 전극을 일방적으로 이식할 것입니다. 우리는 동물을 완전히 마취하고 절차 전반에 걸쳐 산소 공급 및 체온을 포함한 생리학적 매개변수를 모니터링하는 것으로 시작할 것입니다. 털을 제거하고 동물을 정위 프레임에 부착하여 수술 부위 준비를 시작합니다.

시술 중에 연고를 사용하여 동물의 눈을 윤활하십시오. 부위에 방부제를 바르고 멸균 된 필드에 커튼을 바릅니다. 수술 부위의 준비를 완료합니다.

두개골 위에 있는 피부와 근막을 제거하여 bgma와 lambda가 드러나도록 합니다. 메스를 사용하여 두개골 표면을 거칠게 하여 절차의 후반부에서 시멘트 부착을 개선합니다. ᆞ 전기 소작기에 멸균 목화를 사용 하 여 뼈 표면의 지혈을 실시 하 고 조직을 잘라 사용 합니다.

정위 팔에 부착된 바늘을 사용하여 개두술 위치에 대한 참조로 bgma의 정확한 위치를 터치하고 시상하핵에 대한 바늘로 두개골의 위치를 표시합니다. 이것은 후방에서 3.6mm, 정중선에서 2.5mm 측면입니다. 작은 비트 드릴을 사용하여 두개골에 작은 구멍을 만들고 구멍 가장자리를 청소하고 조사합니다.

작은 게이지 바늘을 사용하여 경막 표면을 철저히 교란하고 뇌척수액의 추가 출혈이나 누출을 청소합니다. 이제 고정을 위해 두개골에 MRI 호환 나사를 배치합니다. 두개골에 미래 전극 위치의 반대쪽 및 뒤쪽에 구멍을 뚫습니다.

나사를 단단히 고정할 수 있을 만큼 충분히 깊숙이 놓되 경막이나 피질을 누르지 않고 자극을 위해 MRI 호환 수제 2채널 텅스텐 마이크로 전극을 사용합니다. 전극을 검사하여 전극이 직선이고 리드가 갈라지지 않았는지 확인하십시오. 정위 암의 전극을 수직 위치에 놓고 팁을 bgma에 터치합니다.

측정을 위해 정위 프레임을 사용하여 전극을 대상 뇌 영역의 위치로 이동하고 피질 표면을 만집니다. 측정을 위해 정위 프레임을 사용하여 전극을 내립니다. 전극에 구부러짐이 없는지 확인하십시오.

이 과정에서 먼저 시멘트의 초기 층을 배치하여 건조한 두개골 서비스를 보장합니다. 첫 번째 층이 건조된 후 전극을 후방으로 구부린 다음 시멘트를 추가로 적용하여 안정성을 높입니다. 동물을 옮기기 전에 시멘트를 완전히 건조시키십시오.

이제 동물을 소생시키거나 즉시 기능적 MRI 스캔을 준비할 수 있습니다. 두 번째 단계는 FMRI 및 FMRI 획득을 위해 동물을 준비하는 것입니다. 이것은 수술 직후 또는 며칠 후에 수행할 수 있습니다.

코일에 대해 동물의 머리를 완전히 고정하기 위해 투구를 사용해야 합니다. 동물은 기관내막, 삽관 및 인공호흡을 해야 합니다. 다양한 마취제를 사용할 수 있습니다.

우리는 저용량 isof와 함께 dme, toine 및 combin을 사용합니다. 불소 마비는 환기 튜브와 기관내관의 접합부 근처에서 판토늄 획득 캡 형상을 사용하여 수행해야 합니다. 말단 TAL CO2를 안정화하기 위해 인공호흡기 설정을 조정합니다.

정상 범위에서는 일반적으로 3%에 가까운 온도를 꼬리 바닥에 고정된 직장 프로브를 사용하여 모니터링해야 합니다. 순환 온수 욕조는 체온을 정상 범위 내에서 안정화하기 위해 조정해야 합니다. 맥박 산소 측정법은 뒷발 부위에서도 얻을 수 있으며, 이미지 품질을 개선하기 위해 스캔할 부위에 치약을 놓을 수 있습니다.

스캔할 뇌 영역 바로 위에 표면 코일을 놓습니다. 코일을 헤드피스와 홀더에 단단히 고정합니다. 자극 시스템을 전극 커넥터에 연결하고 리드를 제자리에 고정합니다.

자석의 차가운 환경에서 단열을 개선하기 위해 동물을 덮으십시오. 이제 동물을 자석 중앙에 삽입할 차례입니다. 스캐너 내에서 동물의 정확한 위치를 찾기 위해 전체적으로 3개의 일반 S 스카우트 이미지를 사용합니다.

자기장의 균질성을 향상시키기 위해 피질 표면과 관련하여 심. 그런 다음 FMAP을 사용하여 기능 스캔에 사용할 뇌 영역에서 국소적으로 심(shim)을 수행합니다. 중간 시상면에서 단일 T 2 가중치 슬라이스를 획득합니다.

단일 샷 그라데이션을 만듭니다. 매트릭스 크기가 96 x 96이고 시야가 2.56 x 2.56cm인 에코 EPI 스캔. 반복 시간 1000밀리초, 에코 시간 14밀리초, 슬라이스 너비 1mm(4개의 더미 스캔 후 70회 반복).

이러한 매개변수를 사용한 각 스캔은 1초 동안 지속되어야 합니다. 총 스캔 시간이 70초인 동안 이 EPI 스캔을 이전 T 두 시상상 이미지의 전방 커미셔너에 정렬하여 피사체 간의 기하학적 일관성을 유지하고, 자극, 주파수, 펄스 폭 및 자극 패러다임을 설정하고, 자극 트리거를 스캔 시퀀스의 RF 출력과 동기화합니다. 여기서 우리는 90마이크로초의 130헤르츠 펄스 폭의 주파수와 60초 휴식, 30초 동안 자극, 마지막으로 120초 휴식의 자극 패러다임을 사용합니다.

그런 다음 원하는 전류 진폭 및 바이폴라 전류 출력 실행을 포함하여 자극 전류 유형을 설정합니다. EPI 스캔은 다음 섹션에 설명된 데이터 분석 도구를 사용하여 강력한 응답을 보장하기 위해 획득 확인 후 자극이 적절하게 트리거되는지 확인합니다. 이것이 발생하지 않으면 자극기 연결을 확인하십시오.

모든 스캔이 필요한 후에는 대략적인 전극 위치를 측정하고 의도한 표적 내에서 전극 위치를 확인하기 위해 해부학적 스캔을 실행해야 합니다. 그 후, 쥐는 추가 실험을 위해 소생하고 보존될 수 있습니다. 마지막으로, 필요한 모든 실험이 실행된 후, 그 동물은 포르말린과 함께 뇌 관류에서 안락사될 수 있다.

전극관을 제거한 상태에서 해상도 T를 숨기고 전극관과 주변 구조와의 관계를 식별하기 위해 두 개의 가중 스캔을 수행할 수 있습니다. 이 경우, 전극관(electrode tract)은 시상하핵(subthalamic nucleus)의 내부 캡슐에 대한 복부만 끝나 이식 정확도를 확인합니다. 다음으로, 기능 스캔 결과를 처리하고 분석합니다.

이를 위해 matlab 내에서 실행되는 사용자 정의 작성 프로그램을 사용하지만 FMRI 분석을 위한 다른 소프트웨어 패키지가 matlab에서 유사한 방식으로 사용될 수 있습니다. SPM 코드를 사용하여 모든 자극 시도에 강체를 적용할 수 있습니다. 그런 다음 이미지의 평균 세그먼트를 생성하여 스캔 시간 경과를 보존하고 컷오프 임계값을 적용한 후 수동으로 두개골 박리를 수행합니다.

이제 우리는 관심 있는 뇌 영역에 대한 상관 계수 맵을 생성할 것입니다. 노이즈 감소는 최소 클러스터 크기 또는 3x3 저역 통과 평활화를 사용하여 수행할 수 있습니다. 자극 패러다임이 입력되어야 하며, 혈역학적 지연을 설명하기 위해 짧은 패러다임 지연이 설정될 수 있습니다.

각 복셀에 대해, 시간 경과에 따른 신호 강도 변화의 상관 계수는 자극 패러다임에 대해 계산될 수 있습니다. 이것은 공 반응이 실험 프로토콜과 밀접한 관련이 있는 신경 해부학적 영역을 식별하기 위해 각 슬라이스에 매핑될 수 있습니다. 관심 영역은 수동으로 정의하거나 다각형을 근사치로 사용할 수 있습니다.

그런 다음 이 관심 영역 내의 백분율 신호 변화는 사전 자극 신호를 기준선으로 사용하여 결정될 수 있습니다. 그런 다음 통계 분석을 위해 이러한 값을 내보낼 수 있습니다. 여기에서 우리는 시상하핵에서 뇌심부 자극을 수행했으며 상관 계수 맵의 반응은 해당 핵에서 멀리 떨어진 뇌 영역에 있습니다.

여기서 우리는 가장 뒤쪽 절편에서 자극 위치 앞쪽에 있는 긍정적이고 대담한 피질 영역을 볼 수 있습니다. 자극 전극의 아티팩트는 관심 있는 샘플 피질 영역에 대해 시간 경과에 따른 굵�은 신호 강도의 변화를 계산할 때 볼 수 있습니다. 결과는 여기에 노란색 막대로 표시된 자극 패러다임과 함께 화면에 표시됩니다.

이것은 대담한 반응을 정량화하는 데 사용될 수 있으며 추가 분석을 위해 설치류 모델에서 동시 기능적 MRI를 통한 뇌 심부 자극을 입증했습니다. 시청해주셔서 감사드리며 실험에 행운을 빕니다.I.