Глубокая стимуляция мозга с одновременным МРТ в Грызуны

Привет, меня зовут Джон Я. И я Дэн Альба. Сегодня мы продемонстрируем функциональную МРТ. Одновременная глубокая стимуляция мозга у крыс.

Мы можем использовать эту технику для отображения функциональных реакций по всему мозгу на глубокую стимуляцию мозга в различных целях. Эта процедура включает в себя имплантацию стереотаксических электродов с получением FMRI, анализ функциональных реакций. Первым этапом является имплантация электродов.

Мы имплантируем электрод в одностороннем порядке в субталамическое ядро. Начнем с полной анестезии животного и контроля физиологических параметров, включая насыщение кислородом и температуру тела на протяжении всей процедуры. Начните подготовку к месту операции с удаления шерсти и прикрепите животное к стереотаксической раме.

Используйте мазь для смазки глаз животного во время процедуры. Нанесите на участок антисептик и наложите простыни на стерилизованное поле. Для полной подготовки места операции.

Удалите кожу и фасции, расположенные над черепом, убедившись, что BGMA и лямбда открыты. Используйте скальпель для придания шероховатости поверхности черепа, чтобы улучшить прикрепление цемента на более поздних этапах процедуры. А также использовать стерильную вату в электрокоагуляции для гемостаза по поверхности кости и использования разрезанных тканей.

С помощью иглы, прикрепленной к стереотаксической руке, коснитесь точного местоположения BGMA в качестве ориентира для локализации краниотомии, и отметьте это место на черепе иглой для субталамического ядра. Это будет 3,6 миллиметра сзади и 2,5 миллиметра латерально от средней линии. С помощью сверла с небольшим сверлом сделайте небольшое отверстие в черепе, очистив и прощупав края отверстия.

Используйте иглу малого калибра, чтобы тщательно возмущать твердую мозговую поверхность и удалить любые дополнительные кровотечения или утечки спинномозговой жидкости. Теперь мы поместим совместимый с МРТ винт в череп для анкеровки. Просверлите отверстие в черепе контралатерально и сзади от будущего расположения электрода.

Поместите винт достаточно глубоко, чтобы он был надежно закреплен, но без нажатия на твердую мозговую оболочку или кору головного мозга, мы используем совместимый с МРТ домашний двухканальный вольфрамовый микроэлектрод для стимуляции. Осмотрите электрод, чтобы убедиться, что он прямой, а провода не расколоты. Поместите электрод на стереотаксический рычаг в вертикальном положении и коснитесь кончиком bgma.

Переместите электрод в положение целевой области мозга с помощью стереотаксической рамки для измерения и коснитесь поверхности коры головного мозга. Опустите электрод с помощью стереотаксической рамки для измерения. Убедитесь, что электрод не изгибается.

Во время этого процесса сначала положите первоначальный слой цемента, обеспечив сухость черепа. После того как первый слой высохнет, согните электрод кзади, затем нанесите дополнительный цемент для повышения устойчивости. Дайте цементу полностью высохнуть перед удалением животных.

Теперь животное может быть реанимировано или немедленно подготовлено к функциональному МРТ-сканированию. Второй этап – подготовка животного к ФМРИ и приобретению ФМРТ. Это может быть выполнено сразу после операции или через несколько дней.

Головной убор должен использоваться для полной иммобилизации головы животного относительно катушки. Животное должно быть эндотрахеально, интубировано и искусственно вентилировано. Могут использоваться различные анестетики.

Мы используем dme, toine и комбинируем с низкой дозой изофа. Паралич фтора следует проводить с использованием геометрии пантониевого приобретенного колпачка вблизи места соединения вентиляционной трубки с эндотрахеальной трубкой. Отрегулируйте настройки вентилятора для стабилизации конечного TAL CO2.

В нормальном диапазоне, как правило, около 3% температур следует контролировать с помощью ректального зонда, прикрепленного к основанию хвоста. Циркуляционная ванна с горячей водой должна быть отрегулирована для стабилизации температуры тела в пределах нормы. Пульсоксиметрия также может быть получена в области задней лапы, а также нанесена зубная паста на сканируемую область для улучшения качества изображения.

Поместите поверхностную катушку непосредственно на сканируемые участки мозга. Надежно закрепите катушку на головном передатчике и держателе. Подсоедините стимулирующую систему к разъему электрода и закрепите провода на месте.

Накройте животное для лучшей изоляции в охлажденной среде магнита. Теперь пришло время вставить животное в центр магнита. Используйте изображение разведчика с тремя простыми буквами S для точного позиционирования животного в сканере по всему миру.

Прокладка с привязкой к поверхности коры головного мозга для улучшения однородности магнитного поля. Затем используйте FMAP для локальной прокладки в областях мозга, которые будут использоваться для функционального сканирования. Приобретите один Т-два взвешенных среза в средней сагиттальной плоскости.

Создайте градиент одного кадра. Эхо EPI сканирование с размером матрицы 96 на 96, полем зрения 2,56 на 2,56 сантиметра. Время повторения 1000 миллисекунд, время эхо-сигнала 14 миллисекунд и ширина среза один миллиметр с четырьмя фиктивными сканированиями с последующим 70 повторениями.

Каждое сканирование с этими параметрами должно длиться одну секунду. В течение общего времени сканирования 70 секунд совместите это сканирование EPI с передней спайкой предыдущего сагиттального изображения T two для геометрического согласования между объектами, установите стимуляцию, частоту, ширину импульса и парадигму стимуляции, а также синхронизируйте запуск стимуляции с выходами радиочастот из последовательности сканирования. Здесь мы используем частоту 130 герц с шириной импульса 90 микросекунд и парадигму стимуляции, равную 60 секундам отдыха, за которыми следуют 30 секунд стимуляции и, наконец, 120 секунд отдыха.

Затем настройте тип тока стимуляции, включая желаемую амплитуду тока и выходной ток биполярного тока. Сканирование EPI, гарантирующее, что стимуляция срабатывает надлежащим образом после регистрации, проверяется для обеспечения надежного ответа с использованием инструментов анализа данных, описанных в следующем разделе. Если этого не произошло, проверьте подключения стимулятора.

После того, как все сканирования необходимы, следует провести анатомическое сканирование, чтобы измерить приблизительное положение электрода и убедиться в его положении в пределах намеченной цели. После этого крыса может быть реанимирована и сохранена для дальнейших экспериментов. Наконец, после проведения всех необходимых экспериментов, животное может быть усыплено в мозг с помощью перфузии формалина.

После удаления электродного тракта можно выполнить два взвешенных сканирования с разрешением T для определения электродного тракта и его взаимосвязи с близлежащими структурами. В этом случае электродный тракт заканчивается как раз вентрально к внутренней капсуле в субталамическом ядре, что подтверждает точность имплантации. Далее мы обработаем и проанализируем результаты наших функциональных сканирований.

Для этого мы будем использовать специально написанную программу, которая работает в matlab, хотя другие программные пакеты для анализа FMRI могут использоваться аналогичным образом в matlab. Используйте коды SPM для применения твердого тела во всех испытаниях стимулов. Затем создать усредненный отрезок снимков, сохранив временной ход сканирования, вручную выполнить зачистку черепа после применения порога отсечения.

Теперь мы создадим карты коэффициентов корреляции для интересующих областей мозга. Шумоподавление может быть выполнено с использованием минимального размера кластера или сглаживания нижних частот три на три. Парадигма стимуляции должна быть входной, и может быть установлена короткая парадигмальная задержка с учетом гемодинамической задержки.

Для каждого воксела затем можно рассчитать коэффициент корреляции изменения интенсивности сигнала с течением времени с учетом парадигмы стимуляции. Это может быть нанесено на карту для каждого среза, чтобы определить нейроанатомические области, где реакция шарика сильно коррелирует с экспериментальным протоколом. Области интереса могут быть определены вручную или использовать полигон в качестве аппроксимации.

Процентное изменение сигнала в этой области интереса может быть затем определено с использованием сигнала предварительной стимуляции в качестве исходного уровня. Затем эти значения могут быть экспортированы для статистического анализа. Здесь мы провели глубокую стимуляцию мозга в субталамическом ядре, и реакции на нашей карте коэффициентов корреляции находятся в областях мозга, удаленных от этого ядра.

Здесь мы видим положительные, жирные и корковые области, расположенные перед местом стимуляции в самом заднем срезе. Артефакт от стимулирующего электрода виден, когда вычисляется изменение интенсивности сигнала с течением времени для представляющей интерес области коры головного мозга образца. Результат отображается на экране, а парадигма стимуляции отображается здесь желтой полосой.

Это может быть использовано для количественной оценки смелого ответа, и для дальнейшего анализа мы только что продемонстрировали глубокую стимуляцию мозга с одновременной функциональной МРТ на модели грызунов. Спасибо за просмотр и удачи в ваших экспериментах.