Artykuł metodologiczny

Mapowanie mózgu fMRI w czasie rzeczywistym u zwierząt

DOI:

10.3791/61463

⸱

24 września 2020

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Max Planck Institute for Biological Cybernetics, 2Graduate Training Centre of Neuroscience, 3MGH/MIT/HMS Athinoula A. Martinos Center for Biomedical Imaging, Department of Radiology, Harvard Medical School, Massachusetts General Hospital, 4Bruker BioSpin

W tym artykule

Podsumowanie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Mapowanie funkcjonalne mózgu zwierzęcia może skorzystać z eksperymentalnego systemu funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI) w czasie rzeczywistym. Korzystając z najnowszego oprogramowania wdrożonego w systemie MRI zwierząt, stworzyliśmy platformę monitorowania w czasie rzeczywistym fMRI małych zwierząt.

Streszczenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dynamiczne reakcje fMRI różnią się znacznie w zależności od warunków fizjologicznych zwierząt, zarówno w znieczuleniu, jak i w stanie czuwania. Opracowaliśmy platformę fMRI w czasie rzeczywistym, aby pomóc eksperymentatorom w natychmiastowym monitorowaniu reakcji fMRI podczas akwizycji, co można wykorzystać do modyfikacji fizjologii zwierząt w celu osiągnięcia pożądanych odpowiedzi hemodynamicznych w mózgach zwierząt. Konfiguracja fMRI w czasie rzeczywistym opiera się na przedklinicznym systemie MRI 14,1T, umożliwiającym mapowanie w czasie rzeczywistym dynamicznych odpowiedzi fMRI w pierwotnej korze somatosensorycznej przedniej łapy (FP-S1) znieczulonych szczurów. Zamiast analizy retrospektywnej w celu zbadania źródeł zakłócających prowadzących do zmienności sygnałów fMRI, platforma fMRI w czasie rzeczywistym zapewnia bardziej efektywny schemat identyfikacji dynamicznych odpowiedzi fMRI przy użyciu niestandardowych funkcji makr i wspólnego oprogramowania do analizy neuroobrazów w systemie MRI. Zapewnia również natychmiastową możliwość rozwiązywania problemów i paradygmat stymulacji biofeedbacku w czasie rzeczywistym do badań funkcjonalnych mózgu u zwierząt.

Wprowadzenie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Funkcjonalne obrazowanie metodą rezonansu magnetycznego (fMRI) to nieinwazyjna metoda pomiaru odpowiedzi hemodynamicznych1,2,3,4,5,6,7,8,9, np. zależny od poziomu tlenu we krwi (BOLD), sygnał objętości i przepływu krwi w mózgu, związany z aktywnością neuronalną w mózgu. W badaniach na zwierzętach na sygnały hemodynamiczne mogą mieć wpływ znieczulenie10....

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

To badanie zostało przeprowadzone zgodnie z niemiecką ustawą o dobrostanie zwierząt (TierSchG) oraz rozporządzeniem w sprawie dobrostanu zwierząt w laboratoriach (TierSchVersV). Opisany tutaj protokół eksperymentalny został zweryfikowany przez komisję etyczną (§ 15 TierSchG) i zatwierdzony przez organ państwowy (Regierungspräsidium, Tybinga, Badenia-Wirtembergia, Niemcy).

1. Przygotowanie zestawu doświadczalnego BOLD-fMRI do badań na małych zwierzętach

  1. Włącz oprogramowanie konsoli, aby kontrolować parametry obrazowania i pobierać dane MRI.
    UWAGA: Proponowana konfiguracja fMRI w czasie rzeczywistym jest realizowana z wykor....

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Rysunek 3 i Rysunek 4 pokazuje reprezentatywny przebieg czasowy BOLD-fMRI w czasie rzeczywistym oraz mapy funkcjonalne z elektryczną stymulacją przedniej łapy (3 Hz, 4 s, szerokość impulsu 300 us, 2,5 mA). Paradygmat projektowania fMRI składa się z 10 skanów przed stymulacją, 3 skanów stymulacji i 12 skanów między stymulacjami, co daje łącznie 8 epok (130 skanów). Całkowity czas skanowania wynosi 3 min 15 s (195 s). Rysunek 3 pokazuje przebie.......

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Monitorowanie sygnału fMRI w czasie rzeczywistym pomaga eksperymentatorom dostosować fizjologię zwierząt w celu optymalizacji mapowania funkcjonalnego. Artefakty ruchu u obudzonych zwierząt, a także efekt znieczulający, są głównymi czynnikami, które pośredniczą w zmienności sygnałów fMRI, zakłócając biologiczną interpretację sygnału samego w sobie31,32,33,34,35,36,37,38

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Sascha Köhler jest pracownikiem firmy Bruker BioSpin MRI GmbH.

Podziękowania

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dziękujemy Dr. D. Chen i Dr. C. Yenowi za udostępnienie skryptu AFNI do konfiguracji fMRI w czasie rzeczywistym dla PV 5 oraz zespołowi AFNI za wsparcie oprogramowania. Badania te były wspierane przez finansowanie NIH Brain Initiative (RF1NS113278-01, R01 MH111438-01) oraz grant instrumentu S10 (S10 RR023009-01) dla Martinos Center, Niemieckiej Fundacji Badawczej (DFG) Yu215/3-1, BMBF 01GQ1702 oraz wewnętrzne finansowanie z Towarzystwa Maxa Plancka.

....

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
14.1T System MRI BrukerBioSpin MRI GmbHN/A
A365 Izolator bodźcówWorld Precision InstrumentsN/A
AcqKnowledge SoftwareBiopacRRID:SCR_014279, http://www.biopac.com/product/acqknowledge-software/
AFNICox, 1996RRID:SCR_005927, http://afni.nimh.nih.gov
CO2SMO ( Monitor ETCO2/SpO2), model 7100Novametrix Medical Systems IncN/A
IsofluraneCP-PharmaCat# 1214
Master-9A.M.P.IN/A
Nanolitr injectorWorld Precision InstrumentsCat# NANOFIL Pancuronium
BromekInresa ArzneimittelCat# 34409.00.00
ParaVision 6Bruker BioSpin MRI GmbHRRID:SCR_001964
Sól fizjologiczna buforowana fosforanami (PBS)GibcoCat# 10010-023
Szczur: Sprague Dawley ratCharles River LaboratoriesCrl:CD(SD)
SAR-830/AP RespiratorCWEN/A
α-chloralozaSigma-AldrichCat# C0128-25G; RYD

Bibliografia

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Ogawa, S., Lee, T. M., Kay, A. R., Tank, D. W. Brain magnetic resonance imaging with contrast dependent on blood oxygenation. Proceedings of the National Academy of Sciences U.S.A. 87 (24), 9868-9872 (1990).
  2. Belliveau, J. W., et al.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Zanarkonizowane szczurypierwotna kora somatosensoryczna przedniej apysekwencja wa ona T2oprogramowanie AFNIelektryczna stymulacja czterech apvoxel wise BOLD fMRIfunkcjonalna konektywno w stanie spoczynkuprekliniczny MRI 141T

Powiązane artykuły