경두개 기능 적 초음파 이미징을 사용하여 마우스의 전신 뇌 3D 활성화 및 기능 적 연결 매핑

기능성 초음파는 살아있는 설치류 두뇌에 있는 대뇌 혈액 량의 매핑을 허용하는 새로운 신경 화상 진찰 양식입니다. 초고속 평면 웨이브 이미징을 사용하여 타의 추종을 불허하는 특수 임시 해상도와 감도로 전체 뇌 혈역학 적 반응을 측정 할 수 있습니다. 이 프로토콜은 마취 및 깨어 있는 동물 실험을 위해 마우스에서 경두개 기능 초음파 이미징을 수행하는 방법을 설명합니다.

FMRI와 같은 다른 전체 뇌 기능 적 이미징 기술에 비해 기능성 초음파는 높은 휴대성, 사용 용이성을 제공하며 마취 편향을 피하고 행동 연구를 가능하게하는 깨어 자유롭게 움직이는 피사체의 실험을 허용합니다. 최근까지 FUS 이미징은 초음파 전문가와 공동으로만 사용되었습니다. 이제 이 기술은 시판되는 스캐너와 전임상 뇌 이미징전용 소프트웨어 덕분에 광범위한 신경과학 커뮤니티에서 사용할 수 있으므로 FUS는 초음파에 대한 배경 없이 사용하기가 매우 쉽습니다.

마취 된 이미징 세션의 경우 각막 손상을 피하기 위해 마우스 눈에 눈 연고를 바르고 떨림을 사용하여 마우스 머리를 면도하십시오. 몇 분 후 약간의 depilatory 크림을 바르고 헹구어. 머리카락이 완전히 제거될 때까지 이 것을 반복합니다.

심전도 기록을 위해 사지에 피하 핀을 삽입하고 머리에 원심 분리 된 초음파 젤을 배치하십시오. 깨어 있는 마우스 실험의 경우, 머리 고정을 위해 예비 수술이 필요합니다. 마취 된 마우스와 37섭씨 가열 패드에 스테레오데스트 프레임을 놓습니다.

눈에 보호 젤을 바르고 26 게이지 바늘을 사용하여 두피 아래에 리도카인을 피하한 다음 몇 분 간 기다립니다. 후두 뼈 뒤에서 비강 뼈의 시작부분에 이르는 처탈 봉합사에 따라 절개를 한 다음 외과 가위를 사용하여 두 반구를 통해 피부를 소비합니다. 1%의 요오드 용액으로 두개골을 청소하고 남은 골막을 제거합니다.

헤드 플레이트를 템플릿으로 사용하여 두개골에 두 개의 구멍을 표시하여 고정 나사를 배치합니다. 헤드 플레이트를 나사로 배치하고 치과 시멘트를 사용하여 프레임의 앞면과 뒷면에 나사와 헤드 플레이트를 고정하여 임플란트의 좋은 그립을 유지합니다. 시멘트가 건조 한 후 스테레오 전술 프레임에서 동물을 제거하고 atipamezole의 킬로그램 당 1 밀리그램의 피하 주입을 통해 마취를 반전.

수술 후 통증에 대한 예방 멜록시캄을 투여. 마그네틱 3D 프린트 캡을 헤드 플레이트 위에 놓고 마우스가 이동식 홈 케이지에 대한 습관이 시작되기 4~6일 전에 회수할 수 있도록 합니다. 동물을 몇 시간 동안 난방 패드에 복구 케이지에 넣고 쓰레기를 동료와 함께 홈 케이지로 돌려 놓습니다.

4일과 5일 사후 복구에서는 마우스를 모바일 홈 케이지에 반복적으로 고정하고 5분에서 최대 30분까지 점진적으로 헤드 고정 시간을 늘립니다. 마우스를 습관화하기 위해 이미징 창에 식염수 및 초음파 젤을 바치면 됩니다. 6일째 사후 복구일에 이 프로세스를 반복합니다.

소프트웨어를 시작하고 실험 세션을 만듭니다. 이동 프로브 메뉴로 이동하여 내비게이션 키보드를 사용하여 초음파 프로브의 위치를 조정합니다. 동물 대뇌 혈액 부피 또는 CBV의 실시간 이미징을 통해 필요한 경우 라이브 뷰 수집을 시작하고 프로브 위치를 조정합니다.

이미지의 중심에 뇌를 정렬한 다음 이미징 매개 변수를 최적화하여 가장 높은 신호 대 잡음 비율을 캡처합니다. 인수 소프트웨어의 Angio 3D 옵션을 엽니다. 사전 설정 패널에서 첫 번째 슬라이스, 마지막 슬라이스 및 단계 크기 스캐닝 매개변수를 조정하여 전체 뇌를 스캔하고 인수를 시작합니다.

수집 소프트웨어를 열어 두고 데이터 분석 및 시각화를 위한 소프트웨어를 시작한 다음 Angio 3D 스캔을 로드합니다. 세 개의 뷰 패널을 사용하여 획득 볼륨을 탐색하고 관상 스캔 방향, 전방 또는 자세 전방을 선택합니다. 뇌 등록 패널로 이동하여 등록 프로세스에 대한 마우스 참조 템플릿을 로드합니다.

완전 자동 또는 수동 등록 모드를 사용하여 Allen Mouse 공통 좌표 프레임워크에 스캔을 등록합니다. Angio 3D 스캔 및 참조 템플릿의 중첩을 보거나 아틀라스 관리자 패널을 사용하여 스캔 및 Allen Reference Atlas의 중첩을 확인하여 결과를 확인합니다. 등록을 BPS 파일로 저장합니다.

ICO 스튜디오 소프트웨어에서 혈관 검사와 BPS 파일이 로드되어 있는지 확인합니다. 뇌 탐색 패널로 이동합니다. 아틀라스 매니저 패널에서, 부모 자식 나무 네비게이터와 마우스 앨런 브레인 아틀라스를 통해 이동합니다.

해부학 적 대상 지역을 찾아 세 가지 보기에서 스캔에 중첩하도록 선택합니다. 3개의 뷰 패널에서 표적 영역을 시각화하고 관심 영역을 포함하는 관상 위치에 두 개의 마커를 수동으로 설정하여 실험대상 영역과 겹치는 이미징 평면을 선택합니다. 뇌 포지셔닝 시스템(BPS)을 클릭하여 프로브 위치에 해당하는 결과 모터 좌표를 추출하여 대상 평면을 이미지화합니다.

angio 검사에서 계산된 이미지의 미리 보기를 확인합니다. ICO 스캔 소프트웨어에서 프로브 위치 패널을 입력하고 BPS 좌표를 입력한 다음 추출된 좌표를 적용하여 프로브가 표적 이미징 평면에서 이동하고 정렬합니다. 라이브 뷰 수집을 수행하고 현재 이미징 평면이 예측에 해당하는지 확인합니다.

자극 시간, 관심 자극 시간 및 반복 횟수를 포함하여 자극 순서를 미리 정의합니다. 총 획득 시간, 위치 수 및 위치 간의 데드 타임을 정의하여 3D FUS 시퀀스를 실행합니다. TTL 입력을 통해 획득 시스템과 동기화된 자동 자극의 경우 인수를 시작하기 전에 트리그 옵션을 선택합니다.

ICO 스튜디오 소프트웨어에서 인수를 열고 활성화 맵 메뉴를 입력한 다음 활성화 패턴 필드를 시작 및 종료 시간으로 채우고 활성화 맵을 계산합니다. 시각화를 위해 표시 매개 변수를 조정하고 활성화 맵을 오프라인 분석을 위한 H5 파일로 내보냅니다. 총 획득 시간, 이미징 평면 위치 수 및 위치 간의 데드 타임을 정의하여 3D FUS 시퀀스를 실행합니다.

인수를 저장하고 ICO 스튜디오 소프트웨어에 로드합니다. 필요한 경우 BPS 파일과 앨런 마우스 뇌 조정 프레임워크를 로드합니다. 아틀라스 관리자에서 아틀라스 지역을 관심 지역으로 선택합니다.

기능 전도도 메뉴를 입력하고 원하는 영역과 ROI 관리자를 선택합니다. 결과를 연결 행렬 또는 시드 기반 상관 관계 맵으로 시각화한 다음 대역폭 필터를 원하는 대로 선택하고 조정하고 통계 분석을 위한 상관 관계 결과를 내보냅니다. 이 프로토콜은 마우스 뇌에서 뇌 혈역학 적 변이의 3D 정량화에 사용되었다.

수염 자극은 감각 자극의 예로 선택되었다 응답을 불러 일으켰다. 기본 마우스 혈역학 응답 함수를 사용하여 일반 선형 모델 또는 GLM의 해상도로 상당한 활성화가 결정되었습니다. 총 시험 시간은 760초였고, 60초 기준선, 80초 자극, 60초 회복 시간이 5회 반복되었습니다.

콘트라탈 1차 소마토감각 피질의 복셀 현명한 시간 과정을 사용하여, 배럴 필드 영역 또는 S1BF는 기준선에 비해 CBV의 15~20% 증가를 나타냈다. 동일한 패러다임은 ICO 스캔의 깨어있는 사전 설정을 사용하여 모바일 홈 케이지의 헤드 고정 행동 마우스에 적용되었습니다. 여러 수염 자극 실험 후 활성화 맵이 여기에 표시됩니다.

기본 마우스 혈역학 응답 함수를 사용하여 GLM의 해상도로 상당한 활성화가 결정되었습니다. 측두엽 상관관계는 케타민 자일라진 마취 마우스에서 3D 뇌 영역 간의 저주파 자발적 CBV 변동을 정규화하여 여기에 도시된다. 종자 기반 분석 및 등대 해마는 오른쪽과 왼쪽 해마 사이의 중요한 상호 전도성뿐만 아니라 더 깊은 복고풍 해마 영역과 piriform 예의를 밝혔습니다.

S1BF에서 선택된 종자 영역도 대칭 상관 관계 패턴을 초래했다. 성공적인 실험의 중요한 점은 동물 제제, 특히 마취 된 동물과 관련된 실험에 대한 마취 수준과 깨어있는 동물의 실험에서 두개골보호입니다. 미국이 수면, 학습 또는 행동에 대한 근본적인 질문을 다루는 깨어있는 동물에서 중요한 뇌 기능을 연구할 수 있게 해주었을 때, 약물 발견을 위한 기능적 연결의 약리학적 변조도 할 수 있게 되었습니다.