Espectroscopia de ressonância magnética funcional do córtex do barril de rato durante a estimulação do bigode

Resumo

Fonte: Blanc, J., et al. Espectroscopia de ressonância magnética funcional a 7 t no córtex do barril de rato durante a ativação do bigode. J. Vis. Exp. (2019)

Este vídeo demonstra o método de análise de alterações metabólicas no córtex do barril de rato usando espectroscopia de ressonância magnética funcional durante a estimulação do bigode. Os espectros de metabólitos basais são comparados com os espectros estimulados para detectar o aumento do lactato no córtex do barril, confirmando a ativação neuronal bem-sucedida.

Protocolo

Todos os procedimentos envolvendo modelos animais foram revisados pelo comitê institucional local de cuidados com animais e pelo conselho de revisão veterinária do JoVE.

1. Aquisição de ressonância magnética funcional dependente do nível de oxigênio no sangue (BOLD fMRI)

1. Coloque o cérebro do rato na posição vertical e use as barras auriculares para mantê-lo. Coloque a bobina da matriz de volume acima da cabeça do rato (Figura 1A) e fixe-a com fita adesiva. Verifique se a vela está se movendo corretamente (movimento ântero-posterior, sem rotação e sem atrito da vela) quando o sistema de sopro de ar estiver ligado; em seguida, desligue-o.
2. Insira a cama e a bobina no centro do ímã. Verifique se a vela ainda está se movendo corretamente quando o leito estiver dentro do ímã quando o sistema de sopro de ar estiver ligado; em seguida, desligue-o. Mude completamente de isoflurano para medetomidina (taxa de perfusão: 20 μL / min).
3. Verifique se o rato está bem localizado usando uma sequência de localização (tempo de eco, TE = 2,5 ms; tempo de repetição, TR = 100 ms; média = 1; repetição = 1; corte = 1 mm; tamanho da imagem = 256 x 256; campo de visão (FOV) = 50 x 50 mm; tempo de varredura = 12 s 800 ms). Arraste a guia Sequência do localizador para o nome da instrução e clique em Continuar.
4. Arraste a guia de sequência T2_Star_FID_EPI (imagem planar de eco de decaimento por indução livre ponderada em T2*) para o nome da instrução, centralize o FOV no meio do cérebro e clique na guia Plataforma de ajuste para abrir a instrução de varredura editada. Registre um mapa B0 e prossiga para um shim de varredura.
   NOTA: Para um mapa de homogeneidade do campo magnético (B0), use os seguintes parâmetros: tempo de primeiro eco = 1.65 ms; TR = 20 ms, média = 1; ângulo de inversão = 30°; espaçamento entre eco = 3,805 ms; fatia = 58 mm; tamanho da imagem = 64 x 64 x 64; FOV = 58 x 58 x 58 mm; Tempo de varredura = 1 m 24 s 920 ms. Para o shim de varredura, use os seguintes parâmetros: excitação seletiva de voxel = modo de aquisição de eco estimulado (STEAM) Pulso gaussiano; TE = 5 ms; tempo de mistura = 10 ms; duração da aquisição = 204,8 ms; largura de banda = 10.000 Hz; tempo de permanência = 50 μs).
5. Iniciar a sequência de Star_FID_EPI T2 (TE = 16,096 ms; TR = 500 ms; média = 1; repetição = 600; fatia = 1 mm; quatro fatias consecutivas; tamanho da imagem = 128 x 128; FOV = 20 x 20 mm; largura de banda = 333.333,3 Hz; tempo de varredura = 5 min 00 s).
   NOTA: Devido à porta lógica do transistor-transistor (TTL), um sinal de disparo externo iniciará o sistema de sopro de ar ao mesmo tempo. O paradigma = [20 s de ativação + 10 s de repouso] x 10, para a duração total das 600 varreduras, 500 ms por varredura. As fatias são centralizadas no meio da área do campo de barris.
6. Adquira outra sequência de localização (igual à descrita na etapa 5.3) para comparar com a primeira e verificar se o rato se moveu durante a sequência T2_Star_FID_EPI
.
7. Traga a cama para sua posição inicial, remova a bobina da matriz de volume e conecte a bobina de superfície.

2. Processamento BOLD

1. Abra o arquivo de Star_FID_EPI T2 e leia a imagem Star_FID_EPI T2 em Image Display. Abra a janela de inicialização do controlador funcional, chamada FunController.
2. Nesta guia Processamento, selecione a janela de imagem funcional e defina o protocolo de estimulação (duração e alternância dos períodos On/Off correspondentes ao paradigma utilizado).
3. Selecione a janela do protocolo (conjunto de dados com 600 quadros) e insira o valor de 40 na guia On Period e 20 na guia Off Period. Clique na guia Inverter atribuição e arraste o controle deslizante Stimulation States para a esquerda para selecionar o valor 1.
4. Na janela de pré-processamento, clique no filtro Mediana no plano para pré-processamento e no filtro Mediana (2D, 3D) para pós-processamento.
5. Clique na guia Executar e arraste os cursores para ajustar a tabela de pesquisa de sobreposição. Visualize a área cerebral ativada (Figura 1B).

3. Aquisições de Espectroscopia de Ressonância Magnética de Prótons (1H-MRS)

1. Para posicionar corretamente a bobina de superfície, modifique a posição da cabeça do rato. Gire a cabeça (aproximadamente 30° no sentido horário) para que a bobina de superfície (Figura 1A) possa ser colocada logo acima do córtex do barril esquerdo enquanto estiver na horizontal e localizada no centro do ímã quando estiver dentro do ímã.
2. Coloque a bobina de superfície, fixe-a no cérebro do rato usando fita adesiva (Figura 2B) e verifique se a vela está se movendo corretamente (movimento anteroposterior, sem rotação e sem atrito da vela) quando o sistema de sopro de ar estiver ligado; em seguida, desligue-o no interruptor principal.
3. Verifique se a vela está se movendo corretamente quando a cama estiver dentro do ímã quando o sistema de sopro de ar estiver ligado. Em seguida, desligue-o.
4. Verifique se o rato está posicionado corretamente usando uma sequência de localização. Defina os parâmetros da seguinte forma: TE = 2.5 ms; TR = 100 ms; média = 1; repetição = 1; fatia = 1 mm; tamanho da imagem = 256 x 256; FOV = 50 x 50 mm; tempo de varredura = 12 s 800 ms.
   1. Arraste a guia Sequência do localizador para a janela Nome da instrução e clique na guia Continuar para executar o programa de varredura.
5. Quando a localização do cérebro estiver correta, arraste a guia de sequência de aquisição rápida turbo ponderada em T2 com aprimoramento de relaxamento (T2_TurboRARE) na janela Nome da instrução e clique em Continuar para executar o programa de varredura. Essas imagens anatômicas, juntamente com a aquisição anterior do BOLD fMRI, permitirão a localização correta do voxel no campo primário do barril somatossensorial ou S1BF, para MRS.
   NOTA: Os parâmetros T2_TurboRARE são 14 cortes, 2 mm por fatia, FOV = 2,5 x 2,5 cm, TE = 100 ms, TR = 5.000 ms, matriz = 128 x 128, tempo de sequência = 2 min 40 s.
6. Arraste a guia de sequência de localização por refocagem seletiva adiabática (LASER) para a janela Nome da instrução e coloque o voxel (2 mm de altura, 2,5 mm de comprimento, 3 mm de profundidade) no centro da área S1BF.
   1. Use um atlas de cérebro de rato e o aprimoramento BOLD fMRI para localizar a zona nas imagens T2 (Figura 3). Clique na guia Plataforma de ajuste para abrir as instruções de digitalização editadas. Clique na guia Wobble e altere ligeiramente a impedância (carregamento eletrônico) da bobina de recepção para ajustá-la. Clique na guia Aplicar quando o ajuste for concluído para fechar o editor de instruções e aplicar as alterações na instrução editada.
7. Registre um mapa B0 e prossiga para verificar o shim e, em seguida, execute um shim local.
   NOTA: Para o mapa B0, use os seguintes parâmetros: primeiro tempo de eco = 1,65 ms; TR = 20 ms, média = 1; ângulo de inversão = 30°; espaçamento entre eco = 3,805 ms; fatia = 58 mm; tamanho da imagem = 64 x 64 x 64; FOV = 58 x 58 x 58 mm; Tempo de varredura = 1 m 24 s 920 ms. Para o calço de varredura, use os seguintes parâmetros: excitação seletiva de voxel, pulso gaussiano STEAM; TE = 5 ms; tempo de mistura = 10 ms; duração da aquisição = 204,8 ms; largura de banda = 10.000 Hz; tempo de permanência = 50 μs. Para o calço local, use os seguintes parâmetros: supressão de água, potência variável e duração de aquisição de relaxamento otimizado (VAPOR) = 1.363,15 ms; pontos = 4.096; largura de banda em Hz = 3.004,81 Hz; largura de banda em ppm (partes por milhão) = 10 ppm; tempo de permanência = 166,40 μs; resolução espectral = 0,37 Hz/pontos. Os parâmetros do LASER são: tempo de eco = 19,26 ms; TR = 2.500 ms; médias = 128 ou 32; tempo de varredura = 5 min 20 s ou 1 min 20 s; pontos de aquisição = 4.096.
8. Realizar 1H-MRS.
   1. Inicie a aquisição da 1H-MRS primeiro durante um período de repouso (4 x 32 varreduras LASER + 128 varreduras LASER; 2.500 ms por varredura
   ).
   2. Adquira outra sequência de localização (igual à descrita na etapa 5.3) para comparar com a primeira registrada e garantir que o rato não se moveu durante a aquisição do LASER.
   3. Realizar 1H-MRS durante a ativação do bigode usando a sequência LASER (4 x 32 varreduras LASER + 128 varreduras LASER; 2.500 ms por varredura) com o sistema air-puff ligado (paradigma = 20 s de ativação e 10 s de repouso).
   4. Mais uma vez, execute uma sequência de localização para verificar se o rato se moveu.
      NOTA: O número de varreduras e períodos de repouso/ativação podem ser adaptados e modificados, mas sempre certifique-se de que o rato não esteja se movendo executando regularmente uma sequência de localização.

Resultados

Figura 1: BOLD fMRI. (A) Posicionamento da bobina de matriz de volume. A cabeça do rato está na posição horizontal e bloqueada por barras auriculares. Verifique se a vela está se movendo livremente e não está bloqueada pela bobina ou pel...

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