Funkcjonalna spektroskopia rezonansu magnetycznego kory lufy szczura podczas stymulacji wąsów

Streszczenie

Źródło: Blanc, J., et al. Funkcjonalna spektroskopia rezonansu magnetycznego przy 7 t w korze lufy szczura podczas aktywacji wąsów. J. Vis. Exp. (2019 rok)

Film ten przedstawia metodę analizy zmian metabolicznych w korze beczki szczura za pomocą funkcjonalnej spektroskopii rezonansu magnetycznego podczas stymulacji wąsów. Wyjściowe widma metabolitów są porównywane z widmami stymulowanymi w celu wykrycia wzrostu mleczanu w korze beczkowatej, potwierdzając pomyślną aktywację neuronów.

Protokół

Wszystkie procedury z udziałem modeli zwierzęcych zostały zweryfikowane przez lokalną instytucjonalną komisję ds. opieki nad zwierzętami oraz weterynaryjną komisję rewizyjną JoVE.

1. Akwizycja funkcjonalnego rezonansu magnetycznego zależnego od poziomu tlenu we krwi (BOLD fMRI)

1. Umieść mózg szczura tak, aby znajdował się w pozycji pionowej i użyj nauszników, aby go utrzymać. Umieść cewkę objętości nad głową szczura (Rysunek 1A) i przymocuj ją za pomocą taśmy. Sprawdź, czy żagiel porusza się prawidłowo (ruch przednio-tylny, brak obrotu i tarcia żagla), gdy system zaciągania się powietrzem jest włączony; następnie wyłącz go.
2. Włóż łóżko i cewkę do środka magnesu. Sprawdź, czy żagiel nadal porusza się prawidłowo, gdy łóżko znajdzie się wewnątrz magnesu, gdy system zaciągania się powietrzem jest włączony; następnie wyłącz go. Całkowicie przestawić się z izofluranu na medetomidynę (szybkość perfuzji: 20 μl/min).
3. Sprawdź, czy szczur jest dobrze zlokalizowany, korzystając z sekwencji lokalizacyjnej (czas echa, TE = 2,5 ms; czas powtarzania, TR = 100 ms; średnia = 1; powtórzenie = 1; plasterek = 1 mm; rozmiar obrazu = 256 x 256; pole widzenia (FOV) = 50 x 50 mm; czas skanowania = 12 s 800 ms). Przeciągnij zakładkę Sekwencja lokalizatora do nazwy instrukcji i kliknij Kontynuuj.
4. Przeciągnij zakładkę sekwencji T2_Star_FID_EPI (T2*-weighted free induction decay echo planar imaging) do nazwy instrukcji, wyśrodkuj pole widzenia na środku mózgu i kliknij kartę Platforma regulacyjna, aby otworzyć edytowaną instrukcję skanowania. Nagraj mapę B0 i przejdź do podkładki skanowania.
   UWAGA: W przypadku mapy jednorodności pola magnetycznego (B0) należy użyć następujących parametrów: czas pierwszego echa = 1,65 ms; TR = 20 ms, średnia = 1; kąt odwrócenia = 30°; odstęp echa = 3,805 ms; plasterek = 58 mm; rozmiar obrazu = 64 x 64 x 64; Pole widzenia = 58 x 58 x 58 mm; Czas skanowania = 1 m 24 s 920 ms. W przypadku podkładki skanowania należy użyć następujących parametrów: selektywne wzbudzenie woksela = impuls gaussowski w trybie wymuszonej akwizycji echa (STEAM); TE = 5 ms; czas mieszania = 10 ms; czas akwizycji = 204,8 ms; szerokość pasma = 10 000 Hz; czas przebywania = 50 μs).
5. Rozpocznij sekwencję Star_FID_EPI T2 (TE = 16,096 ms; TR = 500 ms; średnia = 1; powtórzenie = 600; plasterek = 1 mm; cztery kolejne plasterki; rozmiar obrazu = 128 x 128; Pole widzenia = 20 x 20 mm; szerokość pasma = 333,333,3 Hz; czas skanowania = 5 min 00 s).
   UWAGA: Ze względu na port logiki tranzystor-tranzystor (TTL), zewnętrzny sygnał wyzwalający uruchomi system zaciągania się powietrzem w tym samym czasie. Paradygmat = [aktywacja 20 s + 10 s spoczynku] x 10, dla całkowitego czasu trwania 600 skanów, 500 ms na skan. Plastry są wyśrodkowane w środku obszaru pola beczkowego.
6. Uzyskaj inną sekwencję lokalizacyjną (taką samą jak ta opisana w kroku 5.3), aby porównać ją z pierwszą i sprawdzić, czy szczur poruszył się podczas sekwencji T2_Star_FID_EPI.
7. Ustaw złoże w pozycji wyjściowej, wyjmij cewkę macierzy objętości i podłącz cewkę powierzchniową.

2. Odważne przetwarzanie

1. Otwórz plik T2 Star_FID_EPI i odczytaj obraz Star_FID_EPI T2 w oknie Wyświetlanie obrazu. Otwórz okno startowe kontrolera funkcjonalnego o nazwie FunController.
2. W tej zakładce Przetwarzanie wybierz okno obrazowania funkcjonalnego i zdefiniuj protokół stymulacji (czas trwania i naprzemienność okresów włączania/wyłączania odpowiadający zastosowanemu paradygmatowi).
3. Wybierz okno protokołu (zestaw danych z 600 ramkami) i wstaw wartość 40 w zakładce On Period i 20 w zakładce Off Period. Kliknij zakładkę Invert Attribution i przeciągnij suwak Stimulation States w lewo, aby wybrać wartość 1.
4. W oknie przetwarzania wstępnego kliknij filtr Mediana w płaszczyźnie przetwarzania wstępnego i filtr Mediana (2D, 3D) dla przetwarzania końcowego.
5. Kliknij kartę Wykonaj i przeciągnij kursory, aby dostosować tabelę przeglądową nakładki. Wizualizuj aktywowany obszar mózgu (ryc. 1B).

3. Akwizycja spektroskopii rezonansu magnetycznego protonów (1H-MRS)

1. Aby prawidłowo ustawić cewkę powierzchniową, zmodyfikuj położenie głowy szczura. Obróć głowicę (około 30° zgodnie z ruchem wskazówek zegara) tak, aby cewka powierzchniowa (Rysunek 1A) mogła być umieszczona tuż nad lewą korą lufy, będąc w pozycji poziomej i znajdując się w środku magnesu, gdy znajduje się wewnątrz magnesu.
2. Umieść cewkę powierzchniową, przymocuj ją do mózgu szczura za pomocą taśmy (Rysunek 2B) i sprawdź, czy żagiel porusza się prawidłowo (ruch przednio-tylny, brak obrotu i tarcia żagla), gdy system zaciągania się powietrzem jest włączony; następnie wyłącz go za pomocą głównego wyłącznika.
3. Sprawdź, czy żagiel porusza się prawidłowo, gdy łóżko znajdzie się wewnątrz magnesu, gdy system zaciągania się powietrzem jest włączony. Następnie wyłącz go.
4. Sprawdź, czy szczur jest prawidłowo ustawiony, korzystając z sekwencji lokalizacyjnej. Ustaw parametry w następujący sposób: TE = 2,5 ms; TR = 100 ms; średnia = 1; powtórzenie = 1; plasterek = 1 mm; rozmiar obrazu = 256 x 256; Pole widzenia = 50 x 50 mm; czas skanowania = 12 s 800 ms.
   1. Przeciągnij zakładkę Sekwencja lokalizatora do okna Nazwa instrukcji i kliknij zakładkę Kontynuuj, aby uruchomić program skanowania.
5. Gdy lokalizacja mózgu jest poprawna, przeciągnij zakładkę sekwencji sekwencji turbo rapid acquisition with relaxation enhancement (T2_TurboRARE) ważonej T2 w oknie Nazwa instrukcji i kliknij Kontynuuj, aby uruchomić program skanowania. Te obrazy anatomiczne, wraz z poprzednią akwizycją BOLD fMRI, pozwolą na prawidłową lokalizację woksela w pierwotnym somatosensorycznym polu beczkowym lub S1BF, dla MRS.
   UWAGA: Parametry T2_TurboRARE to 14 plastrów po 2 mm na plasterek, FOV = 2,5 x 2,5 cm, TE = 100 ms, TR = 5,000 ms, matryca = 128 x 128, czas sekwencji = 2 min 40 s.
6. Przeciągnij zakładkę Lokalizacja za pomocą sekwencji adiabatycznego selektywnego ponownego ogniskowania (LASER) do okna Nazwa instrukcji i umieść woksel (2 mm wysokości, 2,5 mm długości, 3 mm głębokości) w środku obszaru S1BF.
   1. Użyj atlasu mózgu szczura i ulepszenia BOLD fMRI, aby zlokalizować strefę na obrazach T2 (Rysunek 3). Kliknij zakładkę Platforma regulacyjna, aby otworzyć edytowane instrukcje skanowania. Kliknij zakładkę Wobble i zmień nieznacznie impedancję (obciążenie elektroniczne) cewki odbiorczej, aby ją dostroić. Kliknij kartę Zastosuj po zakończeniu strojenia, aby zamknąć edytor instrukcji i zastosować zmiany w edytowanej instrukcji.
7. Nagraj mapę B0 i przystąp do skanowania podkładki, a następnie wykonaj lokalną podkładkę.
   UWAGA: W przypadku mapy B0 użyj następujących parametrów: czas pierwszego echa = 1,65 ms; TR = 20 ms, średnia = 1; kąt odwrócenia = 30°; odstęp echa = 3,805 ms; plasterek = 58 mm; rozmiar obrazu = 64 x 64 x 64; Pole widzenia = 58 x 58 x 58 mm; Czas skanowania = 1 m 24 s 920 ms. Dla podkładki skanowania należy użyć następujących parametrów: selektywne wzbudzenie woksela, impuls Gaussa STEAM; TE = 5 ms; czas mieszania = 10 ms; czas akwizycji = 204,8 ms; szerokość pasma = 10 000 Hz; czas przebywania = 50 μs. Dla podkładki lokalnej należy użyć następujących parametrów: tłumienie wody, zmienna moc i czas trwania akwizycji zoptymalizowanej relaksacji (VAPOR) = 1 363,15 ms; punkty = 4,096; szerokość pasma w Hz = 3 004,81 Hz; szerokość pasma w ppm (parts per million) = 10 ppm; czas przebywania = 166,40 μs; rozdzielczość spektralna = 0,37 Hz/punkty. Parametry LASERA to: czas echa = 19,26 ms; TR = 2 500 ms; średnie = 128 lub 32; czas skanowania = 5 min 20 s lub 1 min 20 s; punkty akwizycji = 4,096.
8. Wykonaj 1H-MRS.
   1. Rozpocznij akwizycję 1H-MRS jako pierwszy podczas okresu spoczynku (4 x 32 skany LASEROWE + 128 skanów LASEROWYCH; 2,500 ms na skan).
   2. Uzyskaj inną sekwencję lokalizacyjną (taką samą jak ta opisana w kroku 5.3), aby porównać ją z pierwszą zarejestrowaną sekwencją i upewnij się, że szczur nie poruszył się podczas akwizycji laserowej.
   3. Wykonaj 1H-MRS podczas aktywacji wąsów za pomocą sekwencji LASER (4 x 32 skany LASEROWE + 128 skanów LASEROWYCH; 2,500 ms na skan) przy włączonym systemie zaciągania się powietrzem (paradygmat = 20 s aktywacji i 10 s spoczynku).
   4. Ponownie wykonaj sekwencję lokalizacyjną, aby sprawdzić, czy szczur się poruszył.
      UWAGA: Liczba skanów i okresów spoczynku/aktywacji może być dostosowywana i modyfikowana, ale zawsze upewnij się, że szczur się nie porusza, regularnie wykonując sekwencję lokalizacyjną.

Wyniki

Rysunek 1: BOLD fMRI. (A) Umiejscowienie cewki w układzie objętościowym. Głowa szczura jest w pozycji poziomej i zablokowana przez nauszniki. Sprawdź, czy żagiel porusza się swobodnie i czy nie jest zablokowany przez cewkę lub łóżko rezo...

Materiały