Картирование мозга фМРТ в реальном времени у животных
24 сентября 2020 г.
Функциональное картирование мозга животных может извлечь выгоду из экспериментальной установки функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) в режиме реального времени. Используя новейшее программное обеспечение, внедренное в систему МРТ животных, мы создали платформу мониторинга в режиме реального времени для фМРТ мелких животных.
Вместо ретроспективного анализа исследовать источники сложных процентов. Предлагаемая платформа для фМРТ с лучшим временем обеспечивает более эффективную схему определения динамического ответа фМРТ с использованием новейшего консольного программного обеспечения. Этот метод может обеспечить немедленную возможность устранения неполадок и парадигму моделирования биологической обратной связи в режиме реального времени для функциональных исследований мозга у животных Чтобы получить анатомические изображения, охватывающие весь мозг в корональном виде, нажмите кнопку «Продолжить», чтобы запустить взвешенную по T2 редкую последовательность.
Чтобы настроить программное обеспечение для фМРТ в реальном времени. Откройте окно терминала и используйте команду для перехода к пути к плагину AFNI в реальном времени. Используйте указанные команды для запуска программного обеспечения AFNI с помощью плагина реального времени.
Используйте команду и опции diamond для отслеживания предстоящих файлов кирпичей AFNI. Используйте команду PVC MD с указанными параметрами для запуска скрипта фонового макроса. Чтобы получить параметры сбора EPI, используйте команду и опции exec PVC MD.
Для преобразования необработанных данных планарной визуализации 3D ECHO в файлы AFNI в режиме реального времени, в фоновом макросценарии. Используйте команду и параметры exec TOD-3D, убедившись, что геометрическая информация EPI согласуется с анатомической ориентацией. Нажмите кнопку «Продолжить», чтобы запустить последовательность T2 Star Weighted 3D EPI для получения смелой фМРТ-визуализации.
Чтобы наложить изображения EPI, на анатомически редкие изображения. Сначала используйте команду для преобразования редких изображений в набор данных AFNI Brick и используйте скрипт и параметры для регистрации изображений EPI к анатомическим изображениям. Для обработки карт функциональной связности в состоянии покоя выделенных жирным шрифтом ответов.
Используйте опции AFNI для вычисления корреляции на основе начального значения набора данных 3D плюс время, например, временных рядов фМРТ в состоянии покоя. Затем, чтобы визуализировать функциональные карты выделенных жирным шрифтом сигналов, выберите определенный вариант наложения и используйте функцию кластеров в меню пользовательского интерфейса AFNI для создания интерактивной кластеризации в программном обеспечении AFNI. Визуализировать ответные реакции электростимуляции с помощью фМРТ.
Включите изолятор электрических стимулов и используйте блоки стимуляции для выполнения электрической стимуляции четырьмя лапами для одного вызванного анализа фМРТ. В этом репрезентативном воксельном вокселе в реальном времени жирный курс фМРТ. Можно наблюдать воксельный временной ход контралатерально первичной четырехлапой соматосенсорной коры, соответствующий парадигме блочного проектирования в формате сбора данных в реальном времени, после электрической стимуляции четырьмя лапами.
Как показано на рисунке, активированные жирные карты, соответствующие электрической стимуляции четырьмя лапами, также могут быть сгенерированы с активированными областями, обнаруженными и отображенными в виде цветных кластеров. Обязательно активируйте опцию 3D EPI Reconstruction перед 3D-действием и выполните макрос в меню пользовательского интерфейса построения данных. А для привязки к предопределенному макросу скрипта настройте RT 3D API перед сканированием.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данном исследовании создана платформа функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ) в реальном времени для картирования мозга животных, что позволяет улучшить идентификацию динамического отклика. Использование современного программного обеспечения в системе МРТ для животных обеспечивает возможность немедленного устранения неполадок и симуляцию биообратной связи для изучения функций мозга мелких животных.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейронауки
- Методы визуализации
- Картирование функций мозга
Теоретические основы
- фМРТ в реальном времени позволяет осуществлять непосредственный мониторинг активности мозга.
- Традиционный анализ требует ретроспективной оценки, что ограничивает возможность получения быстрой обратной связи.
- Динамические реакции активности мозга могут быть эффективно отслежены с помощью протоколов реального времени.
- Методы электрической стимуляции могут быть использованы для наблюдения за реакциями мозга.
Цель исследования
- Реализовать платформу для мониторинга fMRI мелких животных в режиме реального времени.
- Расширить возможности исследования динамических реакций мозга при воздействии стимулов.
- Обеспечить возможность устранения неполадок и симуляцию биологической обратной связи в реальном времени.
Используемые методы
- В исследовании используется платформа фМРТ в реальном времени для регистрации мозговой активности.
- Основное внимание уделяется моделям на мелких животных для оценки функциональных реакций мозга.
- Для настройки программного обеспечения AFNI с целью обработки изображений выполняется ряд команд.
- Для сбора данных используются такие последовательности, как Т2-взвешенное изображение и EPI-визуализация.
- Для анализа вызванных ответов фМРТ применяется электрическая стимуляция четырех лап.
Основные результаты
- Платформа позволяет в режиме реального времени визуализировать реакцию мозга на стимулы.
- Можно наблюдать данные временных рядов по вокселям для конкретных областей мозга.
- Картирование ответа демонстрирует активированные области интереса во время стимуляции.
- Основные методы визуализации позволяют накладывать функциональные данные на анатомические изображения.
Выводы
- Данное исследование демонстрирует возможность использования функциональной МРТ в реальном времени для обеспечения мгновенной обратной связи в нейробиологических исследованиях.
- Полученные данные могут значительно улучшить понимание динамики работы мозга в ходе функциональных исследований.
- Адаптивность данной платформы делает ее ценным инструментом для будущих исследований в области нейровизуализации животных.
Часто задаваемые вопросы
Значимость для промышленности
ФМРТ в реальном времени позволяет мгновенно идентифицировать динамические реакции мозга, снижая зависимость от ретроспективного анализа и ускоряя проверку гипотез в доклинической нейробиологии. Эта возможность способствует валидации мишеней, обеспечивая быструю обратную связь о задействовании нейронных цепей в контролируемых физиологических условиях. Платформа повышает прогностическую достоверность на ранних этапах поиска за счет возможности корректировки экспериментальных переменных в режиме реального времени для достижения желаемых гемодинамических результатов.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Ранний поиск и валидация мишени
- Научная ценность: позволяет проверять терапевтические гипотезы путем мониторинга паттернов нейронной активации в режиме реального времени в ответ на стимуляцию.
- Операционная ценность: обеспечивает оперативное устранение проблем с условиями эксперимента, сокращая потери времени сканирования и повышая качество данных.
- Прогностическая ценность: способствует валидации функциональных мишеней путем установления связи между парадигмами стимуляции и измеряемыми гемодинамическими ответами в областях мозга, значимых для патологии.
Скрининг и разработка анализа
- Научная ценность: позволяет получать количественные fMRI-данные с временным разрешением, что обеспечивает стандартизированную оценку нейрональных ответов при различных экспериментальных условиях.
- Практическая ценность: облегчает подготовку анализа за счет воспроизводимого детектирования сигналов в первичной соматосенсорной коре, поддерживая масштабируемые рабочие процессы скрининга.
- Трансляционная ценность: предоставляет повоксельные временные ряды и карты активации, которые служат функциональными биомаркерами для оценки взаимодействия с мишенью.
Трансляционные и доклинические исследования
- Научная ценность: Связывает этап открытия и доклинической валидации, обеспечивая стабильную регистрацию нейронных ответов в режиме реального времени при различных парадигмах стимуляции.
- Операционная ценность: Позволяет проводить лонгитюдный мониторинг функций мозга, что помогает принимать обоснованные с учетом рисков решения о дальнейшем развитии терапевтических методов.
- Механистическая минимизация рисков: Снижает неопределенность в отношении механизма воздействия на мишень, позволяя напрямую наблюдать за динамикой ответа мозга на фармакологическую или физиологическую модуляцию.
Интеграция конвейера и рабочего процесса
Платформа фМРТ в реальном времени интегрируется в рабочие процессы раннего поиска, позволяя быстро перебирать варианты стимуляции и физиологические параметры для уточнения целевых гипотез перед переходом к скринингу соединений.
- Открывающая биология: поддерживает проверку гипотез и уточнение сигнальных путей, позволяя в режиме реального времени наблюдать за активацией нейронных цепей в ответ на определенные стимулы.
- Скрининг: обеспечивает воспроизводимые количественные гемодинамические показатели, позволяющие надежно сравнивать нейронные ответы при различных условиях.
- Аналитика: предоставляет повоксельные данные о временном ходе и карты активации, что облегчает статистическое сравнение и анализ функциональной связности.
- Трансляционные исследования: связывает данные о ранних нейронных ответах с доклинической преемственностью посредством согласованных, физиологически обоснованных показателей.
- Корпоративное повторное использование: служит многократно используемым инструментом нейровизуализации для многочисленных кампаний по валидации мишеней в различных терапевтических областях.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает прогностическую достоверность валидации мишени за счет снижения механистической неопределенности путем прямого мониторинга нейронного ответа.
- Операционная ценность: повышает воспроизводимость и стандартизацию сбора данных фМРТ за счет автоматизированной обработки в режиме реального времени и контуров обратной связи.
- Стратегическая ценность: повышает эффективность принятия решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) за счет возможности быстрой оценки взаимодействия с мишенью и модуляции путей.
- Влияние на портфель: поддерживает приоритизацию с учетом рисков, предоставляя ранние функциональные доказательства значимости мишени в нейронных цепях.
Особенности реализации
- Требуются экспертные знания в области нейровизуализации, программного обеспечения AFNI и конвейеров обработки данных в режиме реального времени.
- Зависит от наличия доклинической инфраструктуры МРТ с высоким полем (например, системы 14.1T) и совместимых импульсных последовательностей.
- Необходима межкомандная стандартизация протоколов стимуляции и физиологического мониторинга для получения воспроизводимых результатов.
- Требуется учет особенностей адаптации при переносе протоколов на другие модели животных или парадигмы стимуляции.
- Ограничено необходимостью точной синхронизации времени стимуляции и сбора изображений для исключения гемодинамических искажений.
Часто задаваемые вопросы по биофармацевтике
Chapters in this video
0:04
Introduction
0:43
Anatomical Magnetic Resonance (MR) Image Measurement and Real-Time Functional MR Imaging (fMRI) Software Setup
1:46
fMRI Response Visualization
2:54
Results: Representative Real-Time Voxel-Wise fMRI and Functional Maps of BOLD Responses
3:29
Conclusion
