Optogenetic 기능 MRI

이 이미징 절차의 전반적인 목표는 F-MRI를 광유전학적 자극과 결합하여 살아있는 전체 뇌에 걸쳐 기능적 신경 회로와 그 역학의 세포 유형별 매핑을 위해 하는 것입니다. 이 방법은 전반적인 뇌 활동을 주도하는 데 있어 특정 뇌 회로 요소의 역할을 결정하는 것과 같은 신경 과학 분야의 주요 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 세포 유형별 자극과 전체 뇌 활동에 대한 상대적으로 높은 공간 해상도 판독이 가능하다는 것입니다.

이 절차를 시연하는 사람은 제 연구실의 대학원생인 Jia Liu와 Zhongnan Fang입니다. 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 동물을 마취한 후 전기 면도기로 머리를 면도하고 베타딘과 70% 에탄올 린스를 사용하여 피부에 삼중 수술 스크럽을 수행합니다. 다음으로, 동물의 두개골을 입체 기구로 고정시킵니다.

메스를 사용하여 15-20mm 두피 정중선을 절개합니다. 골막에 부착된 외과적 지혈기를 사용하여 두피를 수축시킵니다. 두개골에서 Lambda 및 Bregma 위치를 식별한 다음 관심 영역 또는 ROI 위에 드릴 비트를 배치합니다.

치과 드릴로 ROI 위에 작은 개두술을 뚫고 뇌에 구멍을 뚫지 않도록 주의하십시오. 개두술을 통해 마이크로리터 주사기에 부착된 바늘을 뇌의 ROI에 천천히 삽입합니다. 그런 다음 마이크로시린지 펌프 컨트롤러를 사용하여 2마이크로리터의 벡터 용액을 ROI에 주입합니다.

주입이 완료되면 10분 정도 기다렸다가 분당 0.5mm의 속도로 주사기를 천천히 제거합니다. 주사 후 두개골 표면을 건조시킵니다. ROI에 대한 좌표를 확인하고 페룰 임플란트를 분당 0.5mm의 속도로 목표 깊이에 삽입합니다.

마지막으로 치과용 시멘트를 사용하여 페룰 임플란트를 두개골에 장착합니다. 치과용 시멘트가 굳은 후 치과용 시멘트 캡 주위에 봉합사로 절개 부위를 밀봉합니다. 광섬유 패치 케이블을 레이저 광원에 연결하여 시작하고 파워 미터로 패치 케이블 배럴 끝의 출력을 측정합니다.

뇌 내부에 이식된 광섬유 케이블의 끝에서 원하는 출력을 생성하도록 적절한 전력 수준을 조정합니다. 동물의 눈을 덮어 임플란트에서 빛이 새는 것을 방지합니다. 그런 다음 코일을 동물의 머리 위에 놓습니다.

페룰 슬리브를 사용하여 광섬유 케이블을 페룰 임플란트에 컵으로 고정합니다. 동물이 있는 요람을 스캐너의 구멍에 삽입합니다. 생리학적 수치를 적절한 한계 내로 유지하기 위해 인공 호흡기를 조정하여 실험 전반에 걸쳐 호흡 속도, 일회 호흡 CO2 및 체온을 모니터링합니다.

MRI 스캐너의 트리거링 포트에서 함수 발생기로 BNC 케이블을 연결합니다. 포지셔닝 순서를 선택하고 작업 창에서 스캔을 클릭합니다. 계속'을 클릭하여 동물의 머리 위치를 이미지화합니다.

뇌가 등중심에 있지 않으면 동물의 머리 위치를 조정하고 뇌가 등중심에 올 때까지 위치 검사를 반복합니다. 고해상도 해부학적 이미지를 획득하여 뇌의 전반적인 무결성을 확인하고 광섬유 임플란트의 위치를 확인합니다. 그런 다음 T2 가중 시퀀스를 선택합니다.

슬라이스 수를 조정한 다음 scan'을 클릭하여 T2 가중치의 고해상도 코로나 해부학적 이미지를 획득합니다. 마지막으로, echo-sequence를 불러온 다중 슬라이스 그래디언트를 선택한 다음 continue'를 클릭하여 기능 이미지를 획득합니다. 이 프로토콜은 광유전학 F-MRI를 사용하여 동물 모델에서 운동 피질을 자극합니다.

이 활성화 맵은 운동 피질과 시상에서 활성화된 복셀을 보여주며, 이는 이 영역 사이의 장거리 시냅스 연결을 나타냅니다. 여기서, 굵은 신호는 운동 피질의 광유전학적 자극 동안 운동 피질과 시상의 활성 복셀에 대해 표시됩니다. 시상 혈역학적 반응 함수는 자극 후 운동 피질의 반응에 비해 지연된 반응을 보여줍니다.

이 비디오를 시청한 후에는 이식 수술 및 광유전학적 기능적 자기 공명 영상을 수행하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. 이 이미징 절차를 마스터하면 2시간 안에 완료할 수 있습니다. 이 절차를 시도하는 동안 동물을 모니터링하고 생리학을 정상 한계 내로 유지하는 것이 매우 중요합니다.

이 절차에 따라 신경 활동의 시간적 역학을 조사하기 위한 전기생리학 또는 옵신의 발현과 특이성을 검증하기 위한 면역조직화학과 같은 보완적인 방법을 사용할 수 있습니다. 이 기술의 개발은 신경과학자들이 손상되지 않고 살아있는 뇌의 기능적 연결성을 조사할 수 있는 길을 열었습니다. MRI 스캐너로 작업하는 것은 매우 위험할 수 있다는 것을 잊지 마십시오.

이 절차를 따르는 동안 자기 장비를 스캐너에서 충분히 멀리 유지하는 것과 같은 예방 조치를 항상 취해야 합니다.