Real-time fMRI Brain Mapping bij dieren
24 september 2020
Functionele mapping van dierlijke hersenen kan profiteren van de real-time functionele magnetische resonantie beeldvorming (fMRI) experimentele opzet. Met behulp van de nieuwste software die is geïmplementeerd in het MRI-systeem voor dieren, hebben we een real-time monitoringplatform voor fMRI voor kleine dieren opgezet.
In plaats van retrospectieve analyse om samengestelde bronnen te onderzoeken. Het voorgestelde leader time fMRI platform biedt een effectievere methode voor het identificeren van dynamische fMRI-reacties met behulp van de nieuwste consolesoftware. Deze techniek kan onmiddellijke probleemoplossingsmogelijkheden en een real-time biofeedback simulatieparadigma bieden voor functionele hersenstudies bij dieren Om anatomische beelden te verkrijgen die de hele hersenen in de coronale weergave beslaan, klik op de doorgaan-knop om een T2 gewogen zeldzame sequentie uit te voeren.
Om de realtime fMRI software in te stellen. Open een terminalvenster en gebruik de opdracht om te navigeren naar het realtime AFNI plugin pad. Gebruik de opdrachten zoals aangegeven om de AFNI software met de realtime plugin uit te voeren.
Gebruik de diamantopdracht en opties om de aankomende AFNI brick bestanden te bewaken. Gebruik de PVC MD opdracht met de aangegeven opties om het macro script op de achtergrond uit te voeren. Gebruik de opdracht exec PVC MD en de opties om de EPI-acquisitieparameters te verkrijgen.
Om de 3D ECHO planar imaging ruwe gegevens te converteren naar AFNI bestanden, in real time, in de achtergrond macro script. Gebruik de opdracht exec TOD-3D en de opties, ervoor zorgen dat EPI geometrische informatie consistent is met de anatomische oriëntatie. Klik op de doorgaan-knop om een T2 Star Gewogen 3D EPI Sequence voor bold fMRI imaging uit te voeren.
Om de EPI-beelden te overlappen met de anatomische zeldzame beelden. Gebruik eerst de opdracht om de zeldzame beelden om te zetten naar een AFNI Brick dataset en gebruik het script en de opties om de EPI-beelden te registreren op de anatomische beelden. Om rusttoestand functionele connectiviteits kaarten van de bold reacties te verwerken.
Gebruik AFNI opties om de zaadgebaseerde correlatie van de 3D plus tijd dataset te berekenen, zoals rusttoestand fMRI tijdreeksen. Selecteer vervolgens de gedefinieerde overlapoptie en gebruik de clustersfunctie, vanuit het AFNI gebruikersinterfacemenu, om een interactieve clustering in de AFNI software te genereren. Om respons elektrische stimulatiereacties door fMRI te visualiseren.
Schakel een elektrische stimulus isolator in en gebruik stimulatieblokken om elektrische vier-poots stimulatie uit te voeren voor één geëvokeerd fMRI-analyse. In deze representatieve Real-Time Voxel-Wise Bold fMRI Tijdsverloop. De voxel-gewijze tijdsverloop van de contralaterale primaire vier-poots somatosensorische cortex, overeenkomend met het blok ontwerp paradigma in het real-time acquisitieformaat, na elektrische vier-poots stimulatie kan worden waargenomen.
Zoals geïllustreerd, kunnen geactiveerde bold kaarten corresponderend met de elektrische vier-poots stimulatie ook worden gegenereerd met de gedetecteerde geactiveerde regio's en weergegeven als gekleurde clusters. Zorg ervoor dat de 3D EPI Reconstructie optie voorafgaand aan de 3D activiteit wordt geactiveerd en voer het macro uit in het gegevensconstructie gebruikersinterfacemenu. En koppel aan de vooraf gedefinieerde macro script set-up RT 3D API vóór het scannen.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze studie vestigt een platform voor real-time functionele magnetische resonantie-imaging (fMRI) voor het in kaart brengen van de hersenen van dieren, waardoor de identificatie van dynamische responsen wordt verbeterd. Door gebruik te maken van geavanceerde software binnen het MRI-systeem voor dieren, worden onmiddellijke probleemoplossing en biofeedback-simulatie voor functionele hersenstudies bij kleine dieren mogelijk gemaakt.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk gebied
- Neurowetenschappen
- Beeldvormingstechnieken
- Mapping van hersenfuncties
Achtergrond
- Real-time fMRI maakt onmiddellijke monitoring van hersenactiviteit mogelijk.
- Traditionele analyse vereist retrospectieve evaluatie, wat snelle feedback beperkt.
- Dynamische responsen in hersenactiviteit kunnen effectief worden gemonitord met real-time protocollen.
- Elektrische stimulatietechnieken kunnen worden gebruikt om hersenresponsen te observeren.
Doel van de studie
- Het implementeren van een platform voor real-time monitoring van fMRI bij kleine dieren.
- Het verbeteren van het onderzoek naar de dynamische reacties van de hersenen tijdens stimuli.
- Het bieden van mogelijkheden voor probleemoplossing en real-time biofeedbacksimulatie.
Gebruikte methoden
- De studie maakt gebruik van een real-time fMRI-platform om hersenactiviteit vast te leggen.
- De focus ligt op kleine diermodellen om functionele hersenresponsen te evalueren.
- Er worden verschillende commando's uitgevoerd om de AFNI-software in te stellen voor beeldverwerking.
- Sequenties zoals T2-gewogen en EPI-beeldvorming worden gebruikt voor het vastleggen van gegevens.
- Elektrische vierpotenstimulatie wordt toegepast om opgewekte fMRI-responsen te analyseren.
Belangrijkste resultaten
- Het platform maakt realtime visualisatie van de reactie van de hersenen op stimuli mogelijk.
- Voxelgewijze tijdseriegegevens van specifieke hersengebieden kunnen worden geobserveerd.
- Responsmapping toont geactiveerde gebieden van interesse tijdens stimulatie.
- Belangrijke beeldvormingstechnieken maken het mogelijk om functionele gegevens over anatomische beelden heen te leggen.
Conclusies
- Deze studie demonstreert het vermogen van real-time fMRI om onmiddellijke feedback in neurowetenschappelijk onderzoek te faciliteren.
- De verkregen inzichten kunnen het begrip van hersendynamiek tijdens functionele studies aanzienlijk verbeteren.
- De aanpasbaarheid van het platform biedt een waardevol instrument voor toekomstige studies in neuroimaging bij dieren.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie
Real-time fMRI maakt onmiddellijke identificatie van dynamische hersenresponsen mogelijk, waardoor de afhankelijkheid van retrospectieve analyse wordt verminderd en hypothesetests in de preklinische neurowetenschappen worden versneld. Deze mogelijkheid ondersteunt targetvalidatie door snelle feedback te geven over de activering van neurale circuits onder gecontroleerde fysiologische omstandigheden. Het platform vergroot het voorspellend vertrouwen in vroege ontdekking door real-time aanpassing van experimentele variabelen toe te staan om de gewenste hemodynamische resultaten te bereiken.
Strategische toepassingen in biofarmaceutisch R&D
Vroege ontdekking & targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het toetsen van therapeutische hypothesen mogelijk door real-time monitoring van neurale activatiepatronen als reactie op stimulatie.
- Operationele waarde: Maakt onmiddellijke probleemoplossing van experimentele condities mogelijk, waardoor verspilde scantijd wordt verminderd en de datakwaliteit wordt verbeterd.
- Predictieve waarde: Ondersteunt de validatie van functionele targets door stimulatieparadigma's te koppelen aan meetbare hemodynamische responsen in ziekterelevante hersengebieden.
Screening & Assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Genereert kwantitatieve, tijdopgeloste fMRI-uitlezingen die een gestandaardiseerde beoordeling van neurale responsen over verschillende experimentele condities mogelijk maken.
- Operationele waarde: Faciliteert de gereedheid van assays door reproduceerbare signaaldetectie in de primaire somatosensorische cortex, wat schaalbare screening-workflows ondersteunt.
- Translationele waarde: Levert voxel-gewijze tijdsklassen en activatiekaarten die dienen als functionele biomarkers voor target engagement.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Slaat een brug tussen ontdekking en preklinische validatie door consistente, real-time neurale read-outs te leveren over verschillende stimulatieparadigma's heen.
- Operationele waarde: Maakt longitudinale monitoring van de hersenfunctie mogelijk, wat risico-gecorrigeerde beslissingen ter ondersteuning van de voortgang in therapeutische ontwikkeling faciliteert.
- Mechanistische risicoreductie: Vermindert ambiguïteit in het doelmechanisme door directe observatie van de dynamiek van de hersenrespons op farmacologische of fysiologische modulatie mogelijk te maken.
Pipeline- & Workflowintegratie
Het real-time fMRI-platform integreert in vroege discovery-workflows door snelle iteratie van stimulatie- en fysiologische parameters mogelijk te maken, om zo doelhypotheses te verfijnen voordat men overgaat tot compound screening.
- Discovery Biology: Ondersteunt hypothesetesten en de verduidelijking van signaalpaden door real-time observatie van de activatie van neurale circuits in reactie op gedefinieerde stimuli mogelijk te maken.
- Screening: Levert reproduceerbare, kwantitatieve hemodynamische resultaten die een betrouwbare vergelijking van neurale responsen tussen verschillende condities mogelijk maken.
- Analytics: Biedt voxel-gewijze tijdreeksgegevens en activatiekaarten die statistische vergelijking en functionele connectiviteitsanalyse faciliteren.
- Translationeel Onderzoek: Verbindt vroege neurale responsgegevens met preklinische continuïteit via consistente, fysiologisch gefundeerde read-outs.
- Enterprise Hergebruik: Functioneert als een herbruikbare neuroimaging-capaciteit voor meerdere validatiecampagnes van targets over diverse therapeutische gebieden.
Operationele en zakelijke impact
- Wetenschappelijke waarde: Verhoogt het voorspellende vertrouwen in targetvalidatie door mechanistische ambiguïteit te verminderen via directe monitoring van de neurale respons.
- Operationele waarde: Verbetert de reproduceerbaarheid en standaardisatie van fMRI-acquisitie door geautomatiseerde real-time verwerking en feedbackloops.
- Strategische waarde: Verbetert de efficiëntie van go/no-go-beslissingen door een snelle beoordeling van target-engagement en pathway-modulatie mogelijk te maken.
- Impact op portfolio: Ondersteunt risico-gecorrigeerde prioritering door vroege, functionele bewijzen te leveren voor de relevantie van het target in neurale circuits.
Overwegingen voor de implementatie
- Vereist expertise in neuro-imaging, AFNI-software en real-time dataprocessing-pipelines.
- Afhankelijk van hoogveld preklinische MRI-infrastructuur (bijv. 14.1T-systeem) en compatibele pulssequenties.
- Vereist standaardisatie van stimuleringsprotocollen en fysiologische monitoring tussen teams voor reproduceerbare resultaten.
- Houdt rekening met aanpassingen bij het vertalen van protocollen naar verschillende diermodellen of stimuleringsparadigma's.
- Beperkt door de noodzaak van nauwkeurige synchronisatie tussen de timing van de stimulatie en de beeldacquisitie om hemodynamische confounders te vermijden.
Veelgestelde vragen over biofarma
Chapters in this video
0:04
Introduction
0:43
Anatomical Magnetic Resonance (MR) Image Measurement and Real-Time Functional MR Imaging (fMRI) Software Setup
1:46
fMRI Response Visualization
2:54
Results: Representative Real-Time Voxel-Wise fMRI and Functional Maps of BOLD Responses
3:29
Conclusion
