FMRI simultânea e Eletrofisiologia no cérebro de roedores

Olá, sou JI Pan do Laboratório de Neurodinâmica de Residência Magnética no departamento de engenharia biomédica de desenho da Emory University em Georgia Tech. E eu sou Garth Thompson, também do Mind Lab. Hoje mostraremos um procedimento para eletrofisiologia e FMRI simultaneamente no roedor.

Usamos essa técnica em nosso laboratório para estudar a base neural do sinal funcional de ressonância magnética. A FMRI é sensível a mudanças na oxigenação do sangue, que estão ligadas a flutuações na atividade neural. Estamos tentando determinar se características específicas do sinal neural podem ser extraídas dos dados de ressonância magnética.

Então vamos começar. Começando com a operação de um implante de microeletrodo. Para começar, fixe um rato anestesiado com flúor ISO em um sistema cirúrgico estereotáxico.

Raspe o pelo do topo da cabeça do animal com uma máquina de cortar cabelo e aplique pomada oftálmica nos olhos para evitar que sequem Antes de iniciar a cirurgia, certifique-se de que o animal esteja bem anestesiado e não apresente resposta a um beliscão no dedo do pé. Esta é uma cirurgia de não sobrevivência. Depois de remover o pelo, separe o músculo e outros tecidos acima do crânio e use um cauterizador para bloquear qualquer sangramento na superfície óssea.

Agora coloque um pequeno parafuso de náilon no osso e, em seguida, aplique cimento dental para preparar um pilar na superfície do crânio perto da junção anterior em forma de V da linha média. O píer servirá como ponto de fixação para a haste do eletrodo implantado e deverá ter aproximadamente cinco milímetros de altura e três por cinco milímetros quadrados de área. Na base sob um microscópio, use uma furadeira elétrica de ponta fina para abrir cuidadosamente o crânio e expor a dura-máter sobre as quatro patas.

Representação no córtex somatossensorial primário de cada hemisfério. O diâmetro de cada furo deve ser em torno de um milímetro posicionado, um milímetro anterior dois e quatro milímetros laterais do bgma. Em seguida, use a ponta de uma agulha de seringa para cortar uma pequena abertura na dura-máter.

Ter cuidado para evitar qualquer dano ao vaso antes de inserir eletrodos. Certifique-se de que não haja sangramento ou exsudação perto da incisão. Microeletrodos de vidro com aproximadamente quatro centímetros de comprimento de haste e impedância de um a cinco mega ohms devem ser preparados antes da cirurgia.

Encha o capilar do eletrodo com LCR artificial e, em seguida, use um braço estereotáxico para inserir cada eletrodo no cérebro obliquamente a aproximadamente 45 graus de posterior para anterior, insira os eletrodos a cerca de 0,4 milímetros da dura-máter aberta antes de fixá-los para verificar o sinal elétrico. Incline uma extremidade de um fio de prata izado no LCR artificial e conecte a outra extremidade aos cabos de entrada do amplificador. Um fio de prata preso subcutaneamente na parte de trás da pele aberta serve como eletrodo de referência.

Registramos sinais elétricos a uma taxa de amostragem de 12 kilohertz, amplificada por um fator de 1000,1 a cinco kilohertz de passagem de banda filtrada e entalhe de 60 hertz filtrada. Agora verifique novamente a área cirúrgica, certificando-se de que não ocorra sangramento ou exsudação e, em seguida, aplique pasta de dente para substituir a pele e o músculo removidos no crânio. O uso de creme dental melhora a qualidade da imagem de RM, reduzindo a incompatibilidade de suscetibilidade na interface ar do crânio.

Em seguida, prenda o eixo do eletrodo ao preparado com cimento dentário. Após a cura do cimento dentário, transfira o animal para o berço de ressonância magnética e fixe-o no lugar. Monitore a condição fisiológica do ER pelo restante do estudo, incluindo temperatura corporal, frequência respiratória, oxigenação e frequência cardíaca.

Quando o animal estiver no lugar, posicione uma bobina de superfície sobre a cabeça com os eletrodos saindo do centro da bobina. Uma capa dura adicional em forma de arco que fica no topo do berço serve como suporte para os eletrodos para reduzir o movimento relacionado à respiração. Os eletrodos usados para imagens e gravações simultâneas são cobertos com plástico condutor, que serve como um escudo passivo.

Eles se estendem por cerca de cinco metros para alcançar o amplificador localizado fora da sala do ímã. Examine o sinal elétrico uma última vez antes de transferir o animal anestesiado para o ímã. Mantenha o animal anestesiado durante todo o procedimento de imagem com os eletrodos implantados.

Vamos ver como realizar eletrofisiologia e imagem simultâneas. Os dados de imagem são coletados com um sistema de ressonância magnética de pequenos animais de 9,4 Tesla. Comece adquirindo uma imagem de reconhecimento de três planos para posicionar as fatias com o gradiente.

Estudo Echo EPI. Configure uma fatia coronal, que inclui áreas somatossensoriais primárias bilaterais de quatro patas nas quais os eletrodos são implantados. Agora defina o campo de visão para 1,92 centímetros, o tamanho da matriz para 64 por 64 em resolução simples para 300 por 300 mícrons, a espessura da fatia para dois milímetros, o tempo de relaxamento para 500 milissegundos e o tempo de eco para 15 milissegundos para melhorar a homogeneidade do calço do campo magnético.

O volume de interesse com o software de mapa rápido quando a configuração da imagem estiver concluída. A gravação simultânea e o FMRI podem começar. Montamos uma longa sessão de gravação.

Em seguida, inicie a aquisição da imagem. Um pulso TTL é criado no início de cada aquisição de imagem e registrado para que os dados elétricos possam ser facilmente sincronizados com o scanner de ressonância magnética. Quando o experimento é concluído, o rato é sacrificado.

Antes que a análise possa começar, os dados precisam ser pré-processados. Vamos ver como isso é feito. Comece com a remoção dos artefatos de gradiente das gravações eletrofisiológicas no matlab.

A estrutura de ruído devido à varredura pode ser extraída calculando primeiro a média de todas as seções TR, cada uma das quais corresponde ao intervalo entre duas imagens FMRI consecutivas. Este método corrige apenas os segmentos de gravação insaturados. Cada segmento saturado é substituído por uma linha que passa entre o ponto de tempo anterior e o ponto de tempo.

Após o gradiente induziu a saturação. As gravações de redução de ruído são então convertidas em cursos de tempo de potência, que têm a mesma resolução temporal que o curso de tempo FMRI. A janela deslizante para todas as bandas de frequência é movida em incrementos de 0,5 segundo, correspondendo ao TR dos dados FMRI para dados de imagem.

O pré-processamento FMRI padrão é realizado, incluindo correção do movimento da cabeça, suavização da imagem e remoção de desvio linear. A análise de correlação cruzada é realizada entre os cursos de tempo de potência LFP e o curso de tempo de cada linha de dados de imagem. Defasagens de tempo variáveis permitem o exame da correlação dependente do tempo.

Agora mostraremos alguns resultados representativos de gravação e imagem simultâneas. Como exemplo, usamos as técnicas combinadas para determinar a relação entre LFPs e sinais FMRI Bold durante a atividade cortical espontânea. A flutuação de potência LFP se correlaciona significativamente com as mudanças de sinal em negrito na pequena região, perto da ponta do eletrodo com vários segundos de atraso.

Os cursos de tempo da região de interesse mostram flutuação coerente ao longo do tempo entre os LFPs e o sinal negrito defasado. Estávamos apenas mostrando como realizar o registro eletrofisiológico simultâneo e a imagem FMRI durante o experimento. É importante lembrar de minimizar a interferência entre o campo magnético e o equipamento de gravação elétrica em cada etapa.

Então é isso. Obrigado por assistir e boa sorte com seus experimentos.