Name: Jednoczesne fMRI i elektrofizjologia w mózgu gryzoni (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2010-08-19T17:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 22 s
Description: Poznaj metodę jednoczesnego fMRI i elektrofizjologii w mózgu gryzoni. Technika ta pozwala badać związki między aktywnością neuronalną a sygnałem BOLD, umożliwiając głębsze zrozumienie funkcji mózgu.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Praca była wspierana przez NIH 1 R21NS057718-01.

1. Jest to operacja nietrwała (non-survival). Pierwszym krokiem jest implantacja elektrod. W tym przykładzie elektrody zostaną zaimplantowane w obszarach przedniej łapy pierwotnej kory somatosensorycznej w obu półkulach.
<ol>
	<li>Zanurz szczura (samiec szczura SD, 200-300 g) w anestezji z użyciem 2% izofluranu i unieruchom w systemie chirurgii stereotaktycznej. Przed rozpoczęciem operacji upewnij się, że zwierzę jest dobrze znieczulone i nie wykazuje reakcji na uciśnięcie palca u nogi. Usuń futro przed otwarciem skóry głowy. Oddziel mięśnie i inne tkanki nad czaszką i zahamuj wszelkie krwawienia na powierzchni kości za pomocą kauteryzatora.</li>
	<li>Przygotuj na powierzchni czaszki (w pobliżu linii środkowej w przednim złączeniu w kształcie litery V) wspornik z cementu dentystycznego, który posłuży jako punkt mocowania trzpienia wszczepionej elektrody. Osadzenie małej nylonowej śruby w kości przed nałożeniem cementu dentystycznego może zwiększyć stabilność. Wspornik uformowany z cementu powinien mieć wysokość około 5 mm i powierzchnię podstawy 3 x 5 mm2 (patrz Rysunek 1).</li>
	<li>Używając wiertarki elektrycznej z cienkim wiertłem, ostrożnie otwórz czaszkę i odsłoń oponę twardą nad reprezentacją przedniej łapy w pierwotnej korze somatosensorycznej każdej półkuli. Średnica każdego otworu powinna wynosić około 1 mm, z lokalizacją 1 mm przed i 4 mm bocznie od bregmy. Pod mikroskopem wykonaj niewielki otwór w oponie twardej za pomocą końcówki igły strzykawki, uważając, aby nie uszkodzić naczyń.</li>
	<li>Przed wprowadzeniem każdej elektrody upewnij się, że w pobliżu nacięć nie występuje krwawienie ani wysięk. Szklane mikroelektrody powinny zostać przygotowane przed operacją z długością trzpienia około 3~4 cm i impedancją 1~5 Mω. Wypełnij kapilarę elektrody sztucznym płynem mózgowo-rdzeniowym (ACSF) i wprowadź każdą elektrodę ukośnie (~45°, od tyłu do przodu) do mózgu w odległości ~0.4 mm od otwartej opony twardej, korzystając z ramienia stereotaktycznego. Przed unieruchomieniem sprawdź sygnał elektryczny. Jeden koniec chlorkowanego drutu srebrnego należy zanurzyć w ACSF, a drugi podłączyć do przewodów wejściowych wzmacniacza. Drut srebrny, przymocowany podskórnie z tyłu otwartej skóry, służy jako elektroda referencyjna.</li>
	<li>Przed utrwaleniem elektrod ponownie sprawdź obszar operacyjny, aby upewnić się, że nie występuje krwawienie ani wysięk, a następnie nałóż pastę do zębów w miejsce usuniętej skóry i mięśni na czaszce. Zastosowanie pasty do zębów poprawia jakość obrazu MR poprzez zmniejszenie niedopasowania podatności na granicy czaszka/powietrze. Przymocuj trzpień elektrody do przygotowanego wspornika za pomocą cementu dentystycznego (patrz Rysunek 1).</li>
	<li>Po utwardzeniu cementu dentystycznego przenieś zwierzę do uchwytu MRI i unieruchom. Monitoruj stan fizjologiczny szczura przez resztę badania, w tym temperaturę ciała, częstość oddechów, SPO2 oraz częstość akcji serca.</li>
	<li>Umieść cewkę powierzchniową (nadawczo-odbiorczą) nad głową, tak aby elektrody wystawały ze środka cewki. Dodatkowa łukowata twarda osłona znajdująca się nad uchwytem służy jako podpora do mocowania przewodów elektrod, aby uniknąć ruchów spowodowanych oddychaniem zwierzęcia. Przewody używane do jednoczesnego obrazowania i rejestracji mają długość do ~5 m (wzmacniacz znajduje się tuż poza pomieszczeniem z magnesem) i są pokryte przewodzącym plastikiem, który służy jako ekran pasywny.</li>
	<li>Jeśli jest to pożądane, można zmienić znieczulenie z izofluranu na medetomidynę, aby zmniejszyć tłumienie aktywności neuronalnej. Przed przeniesieniem zwierzęcia do magnesu sprawdź sygnał elektryczny po raz ostatni. W naszych badaniach parametry rejestracji były następujące: wzmocnienie x 1000, filtr pasmowo-przepustowy 0.1 Hz~5 kHz, filtr notch 60 Hz, częstotliwość próbkowania 12 kHz dla konwersji analogowo-cyfrowej.</li>
</ol>
2. Na tym etapie zwierzę zostaje umieszczone w skanerze MRI w celu jednoczesnego obrazowania i rejestracji. Zwierzęta pozostają pod narkozą przez cały czas trwania procedury obrazowania.
<ol>
	<li>W naszych badaniach wykorzystano system MRI dla małych zwierząt o indukcji 9.4 T (Bruker, Niemcy). Przed rozpoczęciem rejestracji należy ustalić parametry obrazowania. Do pozycjonowania skanów fMRI wykorzystuje się obraz zwiadowczy w trzech płaszczyznach. Aby poprawić jednorodność pola magnetycznego, obszar zainteresowania jest korygowany (shimmed) za pomocą FASTMAP1. Do badań fMRI wybrano czołowy przekrój obrazowania, który obejmował obustronne pierwotne obszary somatosensoryczne przedniej łapy, w których implantowano elektrody. Parametry obrazowania EPI wynosiły: FOV, 1.92 x 1.92 cm2; rozmiar macierzy, 64 x 64; rozdzielczość w płaszczyźnie, 0.3 x 0.3 mm2; grubość warstwy, 2 mm; TR/TE, 500/15 ms.</li>
	<li>Po zakończeniu konfiguracji obrazowania można rozpocząć jednoczesną rejestrację i fMRI. Rycina 2 przedstawia reprezentatywny obraz EPI oraz surowe zapisy podczas obrazowania. Szybka zmiana gradientów podczas akwizycji obrazu prowadzi do nasycenia zapisów, które utrzymuje się jedynie przez niewielką część każdego cyklu skanowania (22/500 ms). Po akwizycji obrazu sygnał elektryczny powraca do linii bazowej w formie nienasyconej oscylacji (patrz Rycina 3). Połączone fMRI i rejestrację można przeprowadzać w stanie spoczynku (jak pokazano w niniejszym badaniu) lub podczas stymulacji. W badaniach nad bodźcami parametry obrazowania są takie same jak w badaniu stanu spoczynku, przy czym stymulacja elektryczna przedniej łapy jest realizowana za pomocą prądu o częstotliwości 9 Hz i natężeniu 1~4 mA. Szczur zostaje poddany eutanazji po ostatnim skanie.</li>
</ol>
3. Po jednoczesnym obrazowaniu i rejestracji dane muszą zostać poddane wstępnemu przetwarzaniu przed końcową analizą.
<ol>
	<li>Zaczynamy od usunięcia artefaktów gradientowych z zapisów elektrofizjologicznych (patrz Rysunek 3).
	<ol>
 	<li>Strukturę szumu wynikającą ze skanowania można wyekstrahować poprzez uśrednienie wszystkich sekcji o długości ~500 ms (TR), z których każda odpowiada odstępowi między dwoma kolejnymi obrazami fMRI.</li>
 		<li>Od oryginalnych zapisów należy odjąć uśrednioną strukturę szumu. Metoda ta koryguje wyłącznie nienasycone segmenty zapisu.</li>
 		<li>Każdy nasycony segment odpowiadający zmianie gradientu podczas akwizycji obrazu zostaje zastąpiony linią łączącą punkt czasowy przed nasyceniem indukowanym gradientem z punktem czasowym po nim.</li>
 </ol>
 </li>
	<li>Odszumione zapisy potencjałów lokalnych (LFP) są następnie przekształcane w przebiegi czasowe mocy, które będą miały tę samą rozdzielczość czasową co przebieg czasowy fMRI. Do obliczenia najniższych częstotliwości (pasmo delta, 1~4 Hz) wykorzystuje się średnią moc w binie 2-sekundowym, dla częstotliwości pasma theta (4~8 Hz) bin 1-sekundowy, a dla częstotliwości wyższych (&gt; 8 Hz, pasma od alfa do gamma) bin o długości ~0,5 s między sąsiednimi sygnałami nasyconymi. Przesuwne okno dla wszystkich pasm częstotliwości było przemieszczane w interwałach 0,5 s, zgodnie z TR danych fMRI.</li>
	<li>W przypadku danych obrazowych wykonuje się standardowe przetwarzanie wstępne fMRI, obejmujące korekcję ruchów głowy, wygładzanie obrazu z FWHM 0,5 mm oraz usuwanie dryftu liniowego.</li>
	<li>Przeprowadza się analizę korelacji krzyżowej między przebiegami czasowymi mocy LFP a przebiegiem czasowym z każdego woksela danych obrazowych. Zmienne opóźnienia czasowe umożliwiają badanie korelacji zależnej od czasu (patrz Rysunek 4).</li>
</ol>
Reprezentatywne wyniki:
Przykładowo, technikę tę można wykorzystać do zbadania związku między spontaniczną aktywnością neuronalną a fluktuacjami BOLD. Rycina 4 przedstawia mapy korelacji między mocą LFP a sygnałem BOLD przy opóźnieniach czasowych od -2,5 do 9,5 s u jednego szczura. Niskoczęstotliwościowe fluktuacje BOLD (&lt; 0,1 Hz) z obszarów kory w pobliżu końcówki elektrody korelują ze zmianami mocy LFP (&lt; 0,1 Hz) z opóźnieniem 2~6 s.
<img src="/files/ftp_upload/1901/1901fig1.jpg" alt="Schemat konfiguracji MRI z elektrodą oraz cewką powierzchniową na mózgu dla wyrównania koronowego przekroju obrazowania." data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rysunek 1"> Rysunek 1. Schematyczna konfiguracja implantacji elektrody i obszaru obrazowania z wykorzystaniem cewki powierzchniowej.
<img src="/files/ftp_upload/1901/1901fig2.jpg" alt="Skan mózgu MRI i wykres sygnału pokazujący artefakty gradientowe podczas analizy procesu obrazowania." data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rycina 2"> Rycina 2. Na lewym panelu przedstawiono reprezentatywny obraz EPI w płaszczyźnie czołowej, obejmujący końcówki elektrod. Prawy panel przedstawia surowe zapisy elektrofizjologiczne przed i w trakcie obrazowania.
<img src="/files/ftp_upload/1901/1901fig3.jpg" alt="Wykres analizy przebiegów elektrofizjologicznych, przedstawiający sygnały napięcia w funkcji czasu dla aktywności neuronalnej." data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rycina 3"> Rycina 3. Po powiększeniu jednego cyklu skanowania widać, że artefakt (zielony) podczas obrazowania może zostać usunięty z oryginalnych zapisów (niebieski). Odszumione przebiegi czasowe (czerwony) zostały wykorzystane do dalszej analizy.
<img src="/files/ftp_upload/1901/1901fig4.jpg" alt="Mapa cieplna aktywności mózgu, dynamiczna analiza danych, progresja czasowa, kolorowa skala wartości." data-altupdatedat="1788235205000" data-alt="Rycina 4"> Rycina 4. Mapy koronalne (pochodzące od jednego typowego szczura) korelacji między mocą spontanicznej aktywności w pasmie delta z jednej elektrody a sygnałem BOLD w stanie spoczynku przy opóźnieniach czasowych od -2,5 do 9,5 s. Maksymalna korelacja jest obserwowana obustronnie w SI przy około 4~5 s u szczura pod narkozą izofluranową. Pasek kolorów przedstawia współczynnik korelacji Pearsona r.

<ol><li>Gruetter, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Automatic%2C+localized+in+vivo+adjustment+of+all+first-+and+second-order+shim+coils%5BTitle%5D)+AND+%22Magn+Reson+Med%22%5BJournal%5D)">Automatic, localized in vivo adjustment of all first- and second-order shim coils.</a> Magn Reson Med. 29 (6), 804-804 (1993).</li>
<li>Logothetis, N. K., Pauls, J., Augath, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neurophysiological+investigation+of+the+basis+of+the+fMRI+signal%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Neurophysiological investigation of the basis of the fMRI signal.</a> Nature. 412 (6843), 150-150 (2001).</li>
<li>Nir, Y., Fisch, L., Mukamel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coupling+between+neuronal+firing+rate%2C+gamma+LFP%2C+and+BOLD+fMRI+is+related+to+interneuronal+correlations%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Biol%22%5BJournal%5D)">Coupling between neuronal firing rate, gamma LFP, and BOLD fMRI is related to interneuronal correlations.</a> Curr Biol. 17 (15), 1275-1275 (2007).</li>
</ol>

Zarówno rejestracja elektrofizjologiczna, jak i funkcjonalny rezonans magnetyczny (fMRI) w trybie BOLD są osobno dobrze rozwiniętymi technikami. Jednakże jednoczesna rejestracja i obrazowanie stanowią wyzwanie ze względu na wzajemne zakłócenia2 obu modalności. Przedstawiamy tutaj możliwe rozwiązanie dla eksperymentów łączonych u gryzoni. Zmodyfikowana metoda implantacji elektrod minimalizuje wpływ na jakość obrazu, natomiast usuwanie artefaktów z zapisów elektrycznych jest niezbędne w celu wyeliminowania szumó...

jednoczesne badanie fmri i elektrofizjologii w mózgu gryzoni

Simultaneous fMRI and Electrophysiology in the Rodent Brain

Aby zbadać neuronalne podstawy sygnału obrazowania rezonansem magnetycznym (MRI) zależnego od poziomu utlenowania krwi (BOLD), opracowaliśmy model gryzoni, w którym dane funkcjonalnego MRI iin vivomożna jednocześnie przeprowadzić rejestrację wewnątrzkorową. Połączenie MRI i rejestracji elektrycznej jest technicznie trudne, ponieważ elektrody używane do rejestracji zniekształcają obrazy MRI, a akwizycja MRI indukuje szum w rejestracji elektrycznej. Aby zminimalizować wzajemne zakłócenia obu modalności, zamiast metalowych zastosowano szklane mikroelektrody oraz zaimplementowano algorytm usuwania szumów dla danych elektrofizjologicznych. W naszych badaniach dwie mikroelektrody zostały oddzielnie implantowane w obustronnych pierwotnych korach somatosensorycznych (SI) szczura i unieruchomione. Do funkcjonalnego MRI wybrano jeden przekrój wieńcowy obejmujący końcówki elektrod. Trzony elektrod oraz miejsca ich mocowania nie zostały uwzględnione w przekroju obrazu, aby uniknąć artefaktów obrazowania. Usunięty skalp zastąpiono pastą do zębów w celu zmniejszenia niedopasowania podatności magnetycznej i zapobiegania artefaktom Gibbsa w obrazach. Strukturę artefaktu indukowaną w rejestracjach elektrycznych przez szybko przełączane pola magnetyczne podczas akwizycji obrazu określono poprzez uśrednienie wszystkich cykli skanowania dla każdego przebiegu. Strukturę szumu podczas obrazowania odjęto następnie od oryginalnych rejestracji. Odszumione przebiegi czasowe wykorzystano później do dalszych analiz w połączeniu z danymi fMRI. Przykładowo, jednoczesna akwizycja została wykorzystana do określenia zależności między spontanicznymi sygnałami fMRI BOLD a ograniczoną pasmem aktywnością elektryczną wewnątrzkorową. Jednoczesna rejestracja fMRI i elektrofizjologiczna u gryzoni zapewni platformę dla wielu ekscytujących zastosowań w neuronauce, poza wyjaśnianiem zależności między sygnałem fMRI BOLD a aktywnością neuronalną.

Opracowaliśmy metodę jednoczesnego wykonywania funkcjonalnego obrazowania rezonansem magnetycznym oraz rejestracji elektrofizjologicznej w mózgu gryzoni, co stanowi platformę do badania zależności między aktywnością neuronalną a sygnałem fMRI zależnym od poziomu utlenowania krwi (BOLD).

Jednoczesne badanie fMRI i elektrofizjologii w mózgu gryzoni

Aby zbadać neuronalne podstawy sygnału obrazowania rezonansem magnetycznym (MRI) zależnego od poziomu utlenowania krwi (BOLD), opracowaliśmy model gryzoni w...

Witajcie, jestem JI Pan z Laboratorium Obrazowania Rezonansem Magnetycznego Neurodynamiki na wydziale inżynierii biomedycznej na Uniwersytecie Emory w Georgia Tech. A ja jestem Garth Thompson, również z Mind Lab. Dzisiaj zaprezentujemy procedurę jednoczesnego badania elektrofizjologii i fMRI u gryzoni.W naszym laboratorium stosujemy tę technikę do badania neuronalnych podstaw sygnału fMRI. fMRI jest czułe na zmiany natlenienia krwi, które są powiązane z wahaniami aktywności neuronalnej. Staramy się ustalić, czy z danych MRI można wyekstrahować konkretne cechy sygnału neuronalnego.Zacznijmy zatem. Rozpoczynamy od procedury implantacji mikroelektrody. Na początek unieruchom szczura znieczulonego izofluranem w systemie chirurgii stereotaktycznej.Wygolić sierść z górnej części głowy zwierzęcia za pomocą maszynki do strzyżenia i nałożyć maść oftalmiczną na oczy, aby zapobiec ich wysychaniu. Przed rozpoczęciem operacji należy upewnić się, że zwierzę jest dobrze znieczulone i nie wykazuje reakcji na uszczypnięcie w palcu. Jest to operacja bez przeżycia. Po usunięciu sierści oddzielić mięśnie i inne tkanki nad czaszką, a następnie użyć kauteryzatora, aby zatamować wszelkie krwawienia na powierzchni kości.Następnie wkręć małą nylonową śrubę w kość, a potem nałóż cement stomatologiczny, aby przygotować wspornik na powierzchni czaszki w pobliżu przedniego złączenia w kształcie litery V w linii środkowej. Wspornik będzie służył jako punkt mocowania trzpienia implantowanej elektrody i powinien mieć około pięciu milimetrów wysokości oraz powierzchnię trzech na pięć milimetrów kwadratowych. U podstawy, pod mikroskopem, użyj wiertarki elektrycznej z cienką końcówką, aby ostrożnie otworzyć czaszkę i odsłonić oponę twardą nad czwartą łapą.Reprezentacja w pierwotnej korze somatosensorycznej każdej półkuli. Średnica każdego otworu powinna wynosić około 1 mm, przy czym otwór pierwszy powinien znajdować się 1 mm przed i 2 mm bocznie od bgma, a otwór drugi 4 mm bocznie od bgma. Następnie za pomocą końcówki igły strzykawki należy wykonać niewielki otwór w oponie twardej.Należy zachować ostrożność, aby uniknąć uszkodzenia naczynia przed wprowadzeniem elektrod. Należy upewnić się, że w okolicy nacięcia nie występuje krwawienie ani wysięk. Przed operacją należy przygotować szklane mikroelektrody o długości szybkiego około czterech centymetrów i impedancji od 1 do 5 MΩ.Napełnij kapilarę elektrody sztucznym płynem mózgowo-rdzeniowym (CSF), a następnie za pomocą ramienia stereotaktycznego wprowadź każdą elektrodę do mózgu pod kątem około 45 stopni z tyłu do przodu; wprowadź elektrody na głębokość około 0,4 mm od otwartej opony twardej przed ich utrwaleniem, aby sprawdzić sygnał elektryczny. Zanurz jeden koniec srebrnego drutu w sztucznym CSF, a drugi koniec podłącz do wkładów wejściowych wzmacniacza. Drut srebrny przymocowany podskórnie z tyłu otwartego naskórka służy jako elektroda referencyjna.Sygnały elektryczne rejestrujemy z częstotliwością próbkowania 12 kilohertz, przy wzmocnieniu 1000.1, z zastosowaniem filtru pasmowo-przepustowego od 1 do 5 kilohertz oraz filtru notch 60 hertz. Następnie należy ponownie sprawdzić pole operacyjne, upewniając się, że nie występuje krwawienie ani wysięk, a następnie nałożyć pastę do zębów w miejsce usuniętej skóry i mięśni na czaszce. Użycie pasty do zębów poprawia jakość obrazu MR poprzez redukcję niedopasowania podatności na granicy styku czaszki z powietrzem.Następnie przymocuj trzpień elektrody za pomocą cementu stomatologicznego. Po utwardzeniu cementu stomatologicznego przenieś zwierzę do kolebki MRI i unieruchom je. Przez pozostałą część badania monitoruj stan fizjologiczny zwierzęcia, w tym temperaturę ciała, częstość oddechów, natlenienie oraz czynność serca.Po umieszczeniu zwierzęcia w odpowiedniej pozycji, należy ustawić cewkę powierzchniową nad głową, tak aby elektrody wystawały ze środka cewki. Dodatkowa łukowata twarda osłona znajdująca się na szczycie podstawki służy jako wsparcie dla przewodów elektrod w celu zredukowania ruchów związanych z oddychaniem. Przewody stosowane do jednoczesnego obrazowania i rejestracji są pokryte przewodzącym plastikiem, który pełni funkcję ekranu pasywnego.Mają one długość około pięciu metrów, aby dotrzeć do wzmacniacza znajdującego się poza pomieszczeniem z magnesem. Przed przeniesieniem znieczulonego zwierzęcia do magnesu należy po raz ostatni sprawdzić sygnał elektryczny. Zwierzę z implantowanymi elektrodami musi pozostawać pod narkozą przez cały czas trwania procedury obrazowania.Przejdźmy do omówienia sposobu jednoczesnego przeprowadzania elektrofizjologii i obrazowania. Dane obrazowe są gromadzone za pomocą systemu MRI dla małych zwierząt o natężeniu pola 9,4 Tesla. Rozpocznij od wykonania obrazu orientacyjnego w trzech płaszczyznach, aby odpowiednio ustawić warstwy względem gradientu.Badanie Echo EPI. Ustaw jeden przekrój w płaszczyźnie czołowej, obejmujący obustronne pierwotne obszary somatosensoryczne czterech łap, w których zaimplantowano elektrody. Następnie ustaw pole widzenia na 1,92 centimeters, rozmiar macierzy na 64 by 64, rozdzielczość na 300 by 300 microns, grubość przekroju na two millimeters, czas relaksacji na 500 milliseconds oraz czas echa na 15 milliseconds, aby poprawić jednorodność shimowania pola magnetycznego.Obszar zainteresowania w oprogramowaniu FastMap po zakończeniu konfiguracji obrazowania. Można rozpocząć jednoczesną rejestrację i fMRI. Przygotowaliśmy długą sesję rejestracyjną.Następnie rozpoczyna się akwizycję obrazów. Na początku każdej akwizycji generowany i rejestrowany jest impuls TTL, aby dane elektryczne można było łatwo zsynchronizować ze skanerem MRI. Po zakończeniu eksperymentu szczur zostaje uśpiony.Przed rozpoczęciem analizy dane muszą zostać poddane wstępnemu przetwarzaniu. Zobaczmy, jak to zrobić. Rozpocznij od usunięcia artefaktów gradientowych z zapisów elektrofizjologicznych w programie matlab.Struktura szumu wynikająca ze skanowania może zostać wyodrębniona poprzez uśrednienie wszystkich sekcji TR, z których każda odpowiada odstępowi między dwoma kolejnymi obrazami fMRI. Metoda ta koryguje jedynie nienasycone segmenty rejestracji. Każdy nasycony segment zostaje zastąpiony linią przechodzącą między punktem czasowym poprzedzającym a punktem czasowym następującym.Po nasyceniu indukowanym gradientem. Odszumione zapisy są następnie konwertowane na przebiegi czasowe mocy, które mają tę samą rozdzielczość czasową co przebieg czasowy fMRI. Przesuwne okno dla wszystkich pasm częstotliwości jest przesuwane w interwałach 0,5 sekundy, co odpowiada TR danych fMRI w przypadku danych obrazowych.Przeprowadzono standardowe przetwarzanie wstępne fMRI, obejmujące korekcję ruchów głowy, wygładzanie obrazu oraz usuwanie dryftu liniowego. Analizę korelacji wzajemnej przeprowadzono pomiędzy przebiegami czasowymi mocy LFP a przebiegami czasowymi z każdego voxela danych obrazowych. Zastosowanie zmiennych opóźnień czasowych umożliwiło zbadanie korelacji zależnej od czasu.W tej części zaprezentujemy reprezentatywne wyniki jednoczesnego rejestrowania i obrazowania. Jako przykład wykorzystamy połączone techniki do określenia zależności między LFP a sygnałami BOLD w fMRI podczas spontanicznej aktywności kory mózgowej. Fluktuacje mocy LFP wykazują istotną korelację ze zmianami sygnału BOLD w niewielkim obszarze, w pobliżu końcówki elektrody, z opóźnieniem wynoszącym kilka sekund.Przebiegi czasowe w obszarze zainteresowania wykazują spójne w czasie fluktuacje między LFP a opóźnionym sygnałem BOLD. Przedstawiliśmy sposób jednoczesnego rejestrowania danych elektrofizjologicznych i obrazowania fMRI w trakcie eksperymentu. Należy pamiętać o minimalizowaniu zakłóceń między polem magnetycznym a sprzętem do rejestracji elektrycznej na każdym etapie.To wszystko. Dziękujemy za oglądanie i życzymy powodzenia w eksperymentach.

simultaneous-fmri-and-electrophysiology-in-the-rodent-brain

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neuronauka

Jednoczesne badanie fMRI i elektrofizjologiczne w mózgu gryzoni

Opisano procedurę optogenetycznej manipulacji aktywnością neuronów piramidowych kory mózgowej przy jednoczesnym monitorowaniu elektroencefalogramu, elektromiogramu oraz stężenia mleczanu w mózgu. Rejestracje eksperymentalne są przeprowadzane u myszy z podłączonymi przewodami podczas spontanicznych cykli snu i czuwania. Sprzęt do optogenetyki został zbudowany w naszym laboratorium; sprzęt pomiarowy jest dostępny w sprzedaży.

Symultaniczna elektroencefalografia, pomiar stężenia mleczanu w czasie rzeczywistym i optogenna manipulacja aktywnością neuronalną w korze mózgowej gryzoni

Wideo demonstruje jednoczesny zapis elektrofizjologiczny z wielu obszarów mózgu u szczura przy użyciu zintegrowanego układu mikronapędów. Elektrody rejestrujące są umieszczone w opuszce węchowej, elektrody referencyjne w korze czołowej, a elektrody układu mikronapędów w hipokampie. Szczur może swobodnie żerować, a jednoczesny zapis ze wszystkich wszczepionych elektrod jest rejestrowany za pomocą matrycy.

Metoda Micro-drive Array do zapisu elektrofizjologicznego z wielu obszarów mózgu

Ten film demonstruje procedurę jednoczesnego rejestrowania kolokalizowanej elektroencefalografii (EEG) i lokalnych potencjałów pola (LFP) u znieczulonego szczura. Proces polega na przygotowaniu szczura i przymocowaniu elektrod stymulujących do jego opuszków wąsów. Elektroda pająka EEG jest umieszczana na czaszce szczura w celu powierzchniowych pomiarów EEG. W tym samym czasie wielokanałowa mikroelektroda jest wprowadzana do określonego obszaru mózgu przez otwór w czaszce, aby rejestrować...

Równoczesne zapisy potencjału elektroencefalograficznego i lokalnego potencjału pola u znieczulonego szczura

Źródło: Lai, J., et al. Jednoczesny zapis elektrofizjologiczny i mikroiniekcje środków hamujących do mózgu gryzonia. J. Vis. Exp. (2015)Ten film demonstruje technikę opartą na mikroiniekcjach do jednoczesnego rejestrowania i hamowania neuronów w wzgórku górnym szczura. Procedura obejmuje celowanie stereotaktyczne, wiercenie czaszki i wprowadzenie iniekrody, która dostarcza neuroprzekaźnik hamujący, jednocześnie rejestrując aktywność neuronów. Stymulacja światłem wywołuje potencjały...

Hamowanie aktywności neuronalnej i jej wykrywanie za pomocą elektrofizjologii u szczura

Ten protokół opisuje standardową metodę jednoczesnego funkcjonalnego obrazowania metodą rezonansu magnetycznego i głębokiej stymulacji mózgu u gryzonia. Połączone wykorzystanie tych narzędzi eksperymentalnych pozwala na badanie globalnej aktywności w odpowiedzi na stymulację elektryczną w praktycznie każdym miejscu w mózgu.

Głęboka stymulacja mózgu z jednoczesnym fMRI u gryzoni

Tutaj tworzymy szklaną pipetę o podwójnej funkcji: hamowaniu głębokich struktur mózgu za pomocą mikroiniekcji leków i monitorowaniu ich efektów w czasie rzeczywistym poprzez jednoczesne zapisy elektrofizjologiczne.

Jednoczesny zapis elektrofizjologiczny i mikroiniekcja środków hamujących do mózgu gryzonia

Instrukcje dotyczące taniego konstruowania i chirurgicznego wszczepiania myszom przewlekłego przezczaszkowego montażu elektroencefalograficznego o dużej gęstości są dostarczone. Opisano również techniki nagrywania, ekstrakcji i przetwarzania sygnału.

Akwizycja elektroencefalograficzna o dużej gęstości w modelu gryzoni przy użyciu tanich zasobów typu open source

Ten protokół opisuje prostą metodę jednoczesnego rejestrowania kolokalizowanej elektroencefalografii (EEG) i wielolaminarnego potencjału pola lokalnego u znieczulonego szczura. Wykazano, że otwór w czaszce wywiercony w czaszce w celu wprowadzenia mikroelektrody powoduje znikome zniekształcenia sygnału EEG.

Jednoczesna rejestracja kolokalizowanej elektroencefalografii i lokalnego potencjału pola u gryzoni

To badanie wprowadza metodę jednoczesnego rejestrowania lokalnych potencjałów pola w mózgu, elektrokardiogramów, elektromiogramów i sygnałów oddechowych swobodnie poruszającego się szczura. Technika ta, która obniża koszty eksperymentów i upraszcza analizę danych, przyczyni się do zrozumienia interakcji między mózgiem a narządami obwodowymi.

Jednoczesne zapisy lokalnych potencjałów pola korowego, elektrokardiogram, elektromiogram i rytm oddychania swobodnie poruszającego się szczura

Ten artykuł przedstawia prosty protokół pozyskiwania dobrej jakości danych elektroencefalograficznych (EEG) podczas jednoczesnego obrazowania EEG i funkcjonalnego rezonansu magnetycznego za pomocą łatwo dostępnych produktów medycznych.

Niezawodna akwizycja danych elektroencefalograficznych podczas jednoczesnej elektroencefalografii i funkcjonalnego rezonansu magnetycznego

Tutaj prezentujemy dwa protokoły do rejestracji mikro-elektrokortykografii o wysokiej gęstości (μEcoG) u szczurów i myszy, w tym metody chirurgiczne, implantacyjne i rejestracyjne. Zapisy μECoG są wykonywane w połączeniu z zapisem laminarnej politrody w korze słuchowej szczura lub z optogenetycznym manipulowaniem aktywnością neuronalną w korze somatosensorycznej myszy.

Wieloskalowe badania przetwarzania kory mózgowej poprzez integrację politrod laminarnych i optogenetyki z mikroelektrokortykografią u gryzoni

Poznaj metodę jednoczesnego fMRI i elektrofizjologii w mózgu gryzoni. Technika ta pozwala badać związki między aktywnością neuronalną a sygnałem BOLD, umożliwiając głębsze zrozumienie funkcji mózgu.

Jednoczesne badanie fMRI i elektrofizjologii w mózgu gryzoni

Przeglądaj więcej filmów