Функциональная магнитно-резонансная спектроскопия коры головного мозга крысы при стимуляции усов

Аннотация

Источник: Blanc, J., et al. Функциональная магнитно-резонансная спектроскопия при 7 Тл в коре ствола головного мозга крысы во время активации усов. J. Vis. Exp. (2019)

В этом видео демонстрируется метод анализа метаболических изменений в коре головного мозга крысы с помощью функциональной магнитно-резонансной спектроскопии во время стимуляции усов. Исходные спектры метаболитов сравниваются со стимулированными спектрами для выявления увеличения лактата в коре головного мозга, что подтверждает успешную активацию нейронов.

Протокол

Все процедуры, связанные с животными моделями, были рассмотрены местным институциональным комитетом по уходу за животными и ветеринарным советом JoVE.

1. Функциональная магнитно-резонансная томография (МРТ BOLD) в зависимости от уровня кислорода в крови

1. Поместите мозг крысы в вертикальное положение и используйте ушные планки для его поддержания. Поместите катушку объемного массива над головой крысы (рисунок 1А) и зафиксируйте ее с помощью скотча. Убедитесь, что парус движется правильно (переднезаднее движение, нет вращения и трения паруса) при включенной системе air-puff; затем выключите его.
2. Вставьте станину и катушку в центр магнита. Убедитесь, что парус по-прежнему движется правильно, когда кровать находится внутри магнита, когда система подачи воздуха включена; затем выключите его. Полностью переключитесь с изофлурана на медетомидин (скорость перфузии: 20 мкл/мин).
3. Убедитесь, что крыса находится в правильном месте, используя последовательность локализации (эхо-время, TE = 2,5 мс; время повторения, TR = 100 мс; среднее = 1; повторение = 1; срез = 1 мм; размер изображения = 256 x 256; поле зрения (FOV) = 50 x 50 мм; время сканирования = 12 с 800 мс). Перетащите вкладку Последовательность локализатора в имя инструкции и нажмите Продолжить.
4. Перетащите вкладку последовательности T2_Star_FID_EPI (T2*-взвешенная свободная индукция затухания эхо-планарной визуализации) в поле Название инструкции, центрируйте поле зрения в середине мозга и нажмите на вкладку Adjustment platform, чтобы открыть отредактированную инструкцию сканирования. Запишите карту B0 и перейдите к прокладке сканирования.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Для карты однородности магнитного поля (B0) используйте следующие параметры: время первого эха = 1,65 мс; TR = 20 мс, среднее = 1; угол откидывания = 30°; расстояние между эхо-сигналами = 3,805 мс; ломтик = 58 мм; размер изображения = 64 x 64 x 64; Поле зрения = 58 x 58 x 58 мм; Время сканирования = 1 мин 24 с 920 мс. Для сканирования прокладки используйте следующие параметры: воксельное селективное возбуждение = режим регистрации вынужденного эха (STEAM) гауссова импульса; TE = 5 мс; время смешивания = 10 мс; длительность сбора = 204,8 мс; ширина полосы = 10 000 Гц; время выдержки = 50 μс).
5. Начало последовательности T2 Star_FID_EPI (TE = 16,096 мс; TR = 500 мс; средний = 1; повторение = 600; ломтик = 1 мм; четыре последовательных среза; размер изображения = 128 x 128; FOV = 20 x 20 мм; ширина полосы = 333,333.3 Гц; Время сканирования = 5 мин 00 с).
   ПРИМЕЧАНИЕ: Благодаря порту транзисторно-транзисторной логики (TTL) внешний сигнал запуска запустит систему сжатия воздуха в то же время. Парадигма = [20 с активация + 10 с отдых] x 10, для общей продолжительности 600 сканирований, 500 мс на сканирование. Ломтики располагаются по центру в центре области поля бочки.
6. Получите другую последовательность локализации (аналогичную описанной в шаге 5.3) для сравнения с первой и проверьте, двигалась ли крыса в течение T2_Star_FID_EPI последовательности.
7. Верните станину в исходное положение, снимите катушку объемной матрицы и подсоедините поверхностную катушку.

2. BOLD Processing

1. Откройте файл T2 Star_FID_EPI и прочитайте изображение T2 Star_FID_EPI в окне Image Display. Откройте стартовое окно функционального контроллера под названием FunController.
2. На этой вкладке «Обработка» выберите окно функциональной визуализации и определите протокол стимуляции (продолжительность и чередование периодов включения/выключения в соответствии с используемой парадигмой).
3. Выберите окно протокола (набор данных с 600 кадрами) и вставьте значение 40 на вкладку On Period и 20 на вкладку Off Period. Нажмите на вкладку Invert Attribution и перетащите ползунок Stimulation States влево, чтобы выбрать значение 1.
4. В окне предварительной обработки нажмите на фильтр Медиана в плоскости для предварительной обработки и Фильтр Медиана (2D, 3D) для постобработки.
5. Перейдите на вкладку «Выполнить» и перетащите курсоры, чтобы настроить таблицу поиска наложения. Визуализируйте активированную область мозга (рисунок 1B).

3. Получение данных с помощью протонной магнитно-резонансной спектроскопии (1H-MRS)

1. Чтобы правильно расположить поверхностную катушку, измените положение головы крысы. Поверните головку (примерно на 30° по часовой стрелке) так, чтобы поверхностная катушка (рис. 1A) могла быть расположена чуть выше коры левого цилиндра, находясь при этом горизонтально и в центре магнита, когда находится внутри магнита.
2. Поместите поверхностную катушку, зафиксируйте ее на мозге крысы с помощью ленты (рисунок 2B) и убедитесь, что парус движется правильно (переднезаднее движение, нет вращения и трения паруса), когда система подачи воздуха включена; затем выключите ее с помощью главного переключателя.
3. Убедитесь, что парус движется правильно, когда кровать находится внутри магнита, когда система подачи воздуха включена. Затем выключите его.
4. Убедитесь, что крыса расположена правильно, используя последовательность локализации. Установите следующие параметры: TE = 2,5 мс; TR = 100 мс; средний = 1; повторение = 1; ломтик = 1 мм; размер изображения = 256 x 256; FOV = 50 x 50 мм; scan time = 12 s 800 ms.
   1. Перетащите вкладку Последовательность локализатора в окно Имя инструкции и нажмите на вкладку Продолжить, чтобы выполнить программу сканирования.
5. Когда локализация мозга верна, перетащите T2-взвешенную последовательность турбо-быстрого сбора данных с улучшением релаксации (T2_TurboRARE) в окне «Название инструкции» и нажмите «Продолжить», чтобы выполнить программу сканирования. Эти анатомические изображения, вместе с предыдущей регистрацией BOLD fMRI, позволят правильно локализовать воксель в первичном соматосенсорном поле бочки или S1BF, для MRS.
   ПРИМЕЧАНИЕ: T2_TurboRARE параметрами являются 14 срезов, 2 мм на срез, FOV = 2,5 x 2,5 см, TE = 100 мс, TR = 5 000 мс, матрица = 128 x 128, Время последовательности = 2 мин 40 с.
6. Перетащите вкладку последовательности локализации с помощью адиабатической селективной перефокусировки (LASER) в окно Instruction name и поместите воксель (2 мм в высоту, 2,5 мм в длину, 3 мм в глубину) в центр области S1BF.
   1. Используйте атлас мозга крысы и усовершенствование BOLD fMRI для локализации зоны на изображениях T2 (рис. 3). Перейдите на вкладку «Платформа для настройки», чтобы открыть отредактированные инструкции по сканированию. Нажмите на вкладку Wobble и немного измените импеданс (электронную нагрузку) приемной катушки, чтобы настроить ее. Нажмите на вкладку «Применить» после завершения настройки, чтобы закрыть редактор инструкций и применить изменения в отредактированной инструкции.
7. Запишите карту B0 и перейдите к сканированию прокладки, а затем выполните локальную прокладку.
   ПРИМЕЧАНИЕ: Для карты B0 используйте следующие параметры: время первого эха = 1,65 мс; TR = 20 мс, среднее = 1; угол откидывания = 30°; расстояние между эхо-сигналами = 3,805 мс; ломтик = 58 мм; размер изображения = 64 x 64 x 64; Поле зрения = 58 x 58 x 58 мм; Время сканирования = 1 мин 24 с 920 мс. Для прокладки сканирования используют следующие параметры: воксельное селективное возбуждение, STEAM-гауссов импульс; TE = 5 мс; время смешивания = 10 мс; длительность сбора = 204,8 мс; ширина полосы = 10 000 Гц; время выдержки = 50 μс. Для локальной прокладки используйте следующие параметры: подавление воды, переменная мощность и продолжительность сбора данных оптимизированной релаксации (VAPOR) = 1 363,15 мс; баллы = 4,096; ширина полосы в Гц = 3 004,81 Гц; ширина полосы пропускания в ppm (частей на миллион) = 10 ppm; время выдержки = 166,40 μс; спектральное разрешение = 0,37 Гц/точки. Параметры LASER: время эха = 19,26 мс; TR = 2 500 мс; средние значения = 128 или 32; время сканирования = 5 мин 20 с или 1 мин 20 с; Точки приобретения = 4,096.
8. Выполните 1H-MRS.
   1. Начните сбор данных 1H-MRS первым во время периода покоя (4 x 32 ЛАЗЕРНЫХ сканирования + 128 ЛАЗЕРНЫХ сканирований; 2,500 мс на сканирование).
   2. Получите другую последовательность локализации (аналогичную той, которая описана в шаге 5.3) для сравнения с первой зарегистрированной и убедитесь, что крыса не двигалась во время лазерной съемки.
   3. Выполните 1H-MRS во время активации усов с использованием последовательности LASER (4 x 32 LASER сканирования + 128 LASER сканирований; 2 500 мс на сканирование) с включенной системой air-puff (парадигма = 20 с активации и 10 с отдыха).
   4. Еще раз выполните последовательность локализации, чтобы проверить, двигалась ли крыса.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Количество сканирований и периодов отдыха/активации можно адаптировать и изменить, но всегда следите за тем, чтобы крыса не двигалась, регулярно выполняя последовательность локализации.

Результаты

Рисунок 1: BOLD fMRI. (A) Размещение объемной катушки массива. Голова крысы находится в горизонтальном положении и блокируется ушными планками. Убедитесь, что парус свободно движется и не заблокирован катушкой или станиной для МРТ.

Материалы