Funkcjonalna spektroskopia rezonansu magnetycznego przy 7 t w korze lufy szczura podczas aktywacji wąsów

Po sprawdzeniu za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego zależnego od poziomu tlenu we krwi (BOLD fMRI), że odpowiedni obszar kory somatosensorycznej pola beczkowego (zwany S1BF) jest prawidłowo aktywowany, głównym celem tego badania jest ilościowe określenie wahań zawartości mleczanu w aktywowanych mózgach szczurów za pomocą zlokalizowanej spektroskopii rezonansu magnetycznego protonów (¹H-MRS) przy 7 T.

Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania z zakresu neurogenetyki i rozszyfrować zmiany metaboliczne, które zachodzą między stanami spoczynku a stanem aktywowanym. Główną zaletą tej techniki jest śledzenie tej zmienności in vivo w czasie rzeczywistym w sposób nieinwazyjny. W szczególności technika ta może być stosowana u zwierząt patologicznych lub modyfikowanych genetycznie, na przykład w celu określenia roli określonego białka w interakcji metabolicznej między neuronami a liokomórkami. Zacznij od umieszczenia czujnika oddechu na łóżku magnesu i przeniesienia szczura na łóżko magnetyczne w pozycji leżącej z nosem w masce izofluranowej i z czujnikiem oddechowym umieszczonym między klatką piersiową a łożem magnesu. Upewnij się, że prawe wąsy są wolne i zabezpiecz szczura taśmą. Użyj taśmy, aby dokonać sprzedaży, która uwięzi wszystkie prawe wąsy i wyrównaj elastyczną rurę wylotową systemu zaciągania się powietrzem wzdłuż łóżka MRI szczura tak, aby część wychodząca z rurki była prostopadła i znajdowała się około półtora centymetra od sprzedaży. Następnie przymocuj rurę na miejsce za pomocą większej ilości taśmy. Następnie podłącz elastyczną rurę wlotową ze źródła sprężonego powietrza do wejścia elektromagnetycznego zaworu sterującego, a rurę wylotową do wyjścia elektromagnetycznego zaworu sterującego, uważając, aby elektromagnetyczny zawór sterujący pozostał poza pomieszczeniem magnesu. Użyj portu tranzystorowego tranzystora-logiki, aby podłączyć urządzenie pulsujące do zaworu elektromagnetycznego i magnesu i skonfigurować urządzenie tak, aby częstotliwość pulsowania wynosiła osiem Hz, czas pulsowania wynosił 20 sekund, a czas spoczynku wynosił 10 sekund. W celu stymulacji wąsów umieść szczura z mózgiem w pozycji pionowej i zabezpiecz zwierzę prętami do uszu. Umieść cewkę tablicy woluminów nad głowicą i przymocuj ją taśmą. Włącz system zaciągania się powietrzem, aby sprawdzić, czy sprzedaż porusza się w kierunku przednio-tylnym bez obrotu i tarcia. Następnie wyłącz system zaciągania się powietrzem i umieść cewkę na końcu łóżka w środku magnesu. W przypadku obrazowania rezonansu funkcjonalnego zależnego od poziomu tlenu we krwi ponownie sprawdź ruch sprzedaży i użyj sekwencji lokalizacji, aby potwierdzić, że szczur jest dobrze ustawiony. Przeciągnij zakładkę sekwencji lokalizatora do nazwy instrukcji i kliknij przycisk kontynuuj. Jeśli lokalizacja jest w porządku, przeciągnij zakładkę sekwencji T2 Star FID EPI do nazwy instrukcji, wyśrodkuj pole view na środku mózgu i kliknij platformę regulacyjną, aby otworzyć edytowaną instrukcję skanowania. Następnie nagraj mapę B0 i rozpocznij sekwencję T2 Star FID EPI. Uzyskaj inną sekwencję lokalizacyjną, jak właśnie pokazano, aby porównać ją z pierwszą i sprawdź, czy szczur poruszał się podczas sekwencji T2 Star FID EPI. Następnie przywróć łóżko do pozycji wyjściowej i wyjmij cewkę układu głośności. Aby przetworzyć obrazy, otwórz plik T2 Star FID EPI i odczytaj obraz T2 Star FID EPI na wyświetlaczu obrazu. Otwórz okno startowe sterownika funkcjonalnego i w zakładce przetwarzania wybierz okno obrazowania funkcjonalnego. Zdefiniuj protokół stymulacji i wybierz okno protokołu, ustawiając okres włączenia na 40, a okres wyłączenia na 20.Kliknij przycisk Odwróć atrybucję i przeciągnij suwak stanu stymulacji w lewo, aby wybrać wartość jeden. W oknie przetwarzania wstępnego ustaw filtr mediany w trybie zwykłym do przetwarzania wstępnego i filtr mediany 2D 3D do przetwarzania końcowego. Następnie kliknij przycisk Execute (Wykonaj). Przeciągnij kursory, aby dostosować tabelę wyszukiwania nakładki i zwizualizować aktywowany obszar mózgu. Aby prawidłowo ustawić cewkę powierzchniową do spektroskopii rezonansu magnetycznego protonów lub MRS, obróć głowicę o około 30 stopni zgodnie z ruchem wskazówek zegara, tak aby cewka powierzchniowa mogła być umieszczona tuż nad korą lewej lufy w pozycji poziomej i umieszczona w środku magnesu, gdy znajduje się wewnątrz magnesu. Podłącz cewkę powierzchniową i przymocuj cewkę na miejscu za pomocą taśmy. Sprawdź, czy sprzedaż może nadal przebiegać prawidłowo, gdy system zaciągania się powietrzem jest włączony. Następnie umieść łóżko w magnesie i ponownie sprawdź ruch sprzedaży. Potwierdź prawidłową pozycję zwierzęcia za pomocą sekwencji lokalizacyjnej, jak pokazano, i przeciągnij zakładkę sekwencji T2-TurboRARE do okna z nazwą instrukcji. Następnie kliknij przycisk Kontynuuj, aby uruchomić program skanujący i umożliwić prawidłową lokalizację woksela w korze somatosensorycznej beczki. Pod koniec skanowania przeciągnij zakładkę sekwencji laserowej do okna nazwy instrukcji i umieść woksel w środku obszaru kory somatosensorycznej pola beczkowego. Kliknij platformę regulacyjną, aby otworzyć edytowaną instrukcję skanowania i kliknij chybotanie, aby nieznacznie zmienić impedancję cewki odbiornika do strojenia. Po zakończeniu dostrajania kliknij przycisk Zastosuj, aby zamknąć edytor instrukcji i zastosować zmiany w edytowanej instrukcji. Nagraj mapę B0 i rozpocznij akwizycję pro diem MRS w okresie spoczynku. Uzyskaj inną sekwencję lokalizacyjną, aby porównać ją z pierwszą i potwierdź, że szczur nie poruszał się podczas akwizycji laserowej. Następnie włącz system zaciągania się powietrzem i użyj sekwencji laserowej, aby wykonać drugi proton MRS. Wykonaj końcową sekwencję lokalizacyjną, aby sprawdzić, czy szczur się poruszył, zanim przywrócisz łóżko do początkowej pozycji. Następnie usuń cewkę powierzchniową i wróć szczura na ławkę z monitorowaniem aż do pełnego wyzdrowienia. Aby przetworzyć obrazy MRS, otwórz kombinację liniową widm modelu lub oprogramowania do modelowania LC i wybierz odpowiedni typ danych i plik. Kliknij przycisk OK i w sekcji tytułu ręcznie wprowadź tytuł i zdefiniuj odpowiedni zakres części na mililitr. Następnie kliknij przycisk uruchom model LC, aby rozpocząć kwantyfikację modelu LC. Kiedy prawe wąsy są stymulowane za pomocą domowego systemu zaciągania się powietrzem, jak pokazano, w lewej korze lufy wykrywany jest dodatni sygnał BOLD, zwany również sonatosensorycznym polem beczkowym. Korzystając z anatomicznych obrazów rezonansu magnetycznego i schematu atlasu mózgu szczura, aktywowany obszar mózgu wizualizowany za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego BOLD pozwala na umieszczenie woksela w obszarze somatosensorycznego pola beczkowego, który jest aktywowany podczas stymulacji wąsów. Po włączeniu paradygmatu stymulacji wąsów obserwuje się wzrost zawartości mleczanu w lewym polu beczki somatosensorycznej. Aby lepiej zobrazować fluktuacje metaboliczne między okresami spoczynku i aktywacji, można przeprowadzić odejmowanie spektralne. Z tego odjętego spektrum wzrost zawartości mleczanu wraz z aktywacją mózgu można znacznie łatwiej zwizualizować. Na przykład u tego szczura sygnał N-acetylolaparaginianu był nieznacznie zmniejszony. Podczas gdy pik mleczanu jest prawie nie wykrywany w tym widmie dekonwolucji in vivo w spoczynku, model LC był w stanie określić ilościowo pik z dobrą dokładnością i Cram