Summary
혈액 산소-레벨-종속적 기능 자기 공명 영상 (대담한 fMRI)는 해당 somatosensory 배럴 필드 피 질 영역 (S1BF 라고 함)가 올바르게 활성화, 주요 검사 후 젖 산 콘텐츠를 계량 하는 것입니다이 연구의 목표 지역화 된 양성자 자기 공명 분광학 (1H 부인) 7 t.에 의해 활성화 된 쥐 두뇌에 있는 동요
Abstract
뇌 대사 산물 내용에을 vivo에서 측정 하기 위해 기회를 제공 하는 핵 자기 공명 (NMR) 분광학 및 noninvasively. 지난 10 년간 그리고 자기 강도 증가 기술 개발, 덕분에 그것은 지금 좋은 해상도 스펙트럼에서 vivo에서 쥐 뇌에서 얻을 수 있습니다. Neuroenergetics (즉, 뇌 대사의 연구) 및, 특히, 대사 상호 작용 다른 세포 유형 사이 최근 몇 년 동안에서 점점 더 많은 관심을 받고 있다. 이러한 대사 상호 작용 중 뉴런 사이의 이다 젖 산 셔틀의 존재는 여전히 논의 되었다. 그것은, 따라서, 큰 관심 뇌 활성화 및 모니터 젖 산의 쥐 모델에서 기능 양성자 자기 공명 분광학 (1H 부인)를 수행. 그러나, 메 틸 젖 피크 지질 공명 봉우리를 중복 하 고 계량 하기 어렵습니다. 아래에 설명 된 프로토콜 대사 있으며 활성화 된 뇌 영역에서 모니터링할 변동 젖이 나올. 뇌 활성화 수염 자극에 의해 얻은 고 1H 부인 그 지역 혈액 산소 수준 종속 기능 자기 공명 영상 (대담한 fMRI)를 사용 하 여 검출은 해당 활성화 배럴 피 질에서 수행 됩니다. 모든 단계는 완전히 설명: 마 취약, 코일, 그리고 시퀀스, 자석, 및 데이터 처리에 직접 효율적인 수염 자극을 달성의 선택.
Introduction
두뇌는 모두 기여 및 지역 대뇌 활동에 변화에 따라 그 활용에 대 한 (즉, 포도 당), 그것의 주요 기판의 규칙을 허용 하는 기본 메커니즘을 소유한 다. 포도 당 두뇌에 대 한 주요 에너지 기질 이지만, 최근 몇 년 동안에서 수행 하는 실험 그 젖은 이다에 의해 생성 하는 뉴런에 대 한 효율적인 에너지 기질 수 나타났습니다. 이 이다 및 신경1사이 젖 셔틀의 가설을 발생 시킵니다. 사이토 신경 젖 셔틀2, ANLS로 알려진 이론은 아직도 매우 토론 된다 하지만 그 포도 당 제안에 주도하 고 있다, 뉴런으로 직접가 이다, 어디에 대사는 입력할 수 있습니다 보다는 젖이 나올, 즉 대사 산물 다음, 효율적인 에너지 기질으로 사용 하는 신경으로. 이러한 셔틀 비보에있으면, 그것은 몇 가지 중요 한 결과가, 기능적 뇌 영상 (양전자 방출 단층 촬영 [애완 동물])에서 기본 기술 이해 하 고 해독 대사 변경 관찰 했 두뇌 병 리.
뇌 대사를 공부 하 고, 특히, 신경 및 이다, 4 개의 주요 기술 간의 상호 작용을 신진 대사 있습니다 (제외한 마이크로-/ nanosensors): autoradiography, 애완 동물, 2-광자 형광 confocal 현미경 검사 법, 그리고 부인. Autoradiography 제안 하는 첫 번째 방법 중 하나는 고 방사성 14C-2-deoxyglucose 뇌 조각, 방사성 18 의 지역 이해의 이미지 vivo에서 애완 동물 수익률 동안 지역 축적의 이미지를 제공 합니다. F-deoxyglucose입니다. 그들은 모두 낮은 공간 해상도 이미지를 생산 하는 동안 irradiative 분자를 사용 하 여 단점이 있다. 두 광자 현미경 형광 프로브, 셀룰러 해상도 제공 하지만 조직에 의해 산란 이미징 깊이 제한. 이러한 세 가지 기술 이전 수염 자극3,4,,56동안 설치류에 neuroenergetics을 공부에 사용 되었습니다. Vivo에서 부인의 비 침범 성 및 nonradioactive, 듀얼 장점이 고 어떤 뇌 구조를 탐험 하실 수 있습니다. 또한, 부인 신경 활성화, 설치류7에서 최근 개발 된 기능 부인 (fMRS) 이라는 기법 중 수행할 수 있습니다. 따라서, 프로토콜 대뇌 활동을 vivo에서 1H 부인에 의해 noninvasively 동안 뇌 대사를 모니터링 하는 제안 합니다. 절차 7 T 자기 공명 (MR) 영상에서 직접 수행 하는 어 퍼프 수염 자극에 의해 얻은 뇌 활성화와 성인 건강 한 쥐에서 설명 하지만 유전자 변형된 동물, 뿐만 아니라 어떤 병 적인 조건에 적용할 수 있습니다. .
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Protocol
모든 동물 절차는 1986 년 11 월 24 일 (86/609/EEC)의 유럽 공동체 위원회 지시문의 동물 실험 지침에 따라 실시 했다. 프로토콜과 프랑스 농업과 숲의 윤리적 지침을 충족 지역 윤리 위원회에 의해 승인 되었다 (위원회 회의 d 'éthique L를 부 어' expérimentation Animale 보르도 n ° 50112090-A).
참고: 미스터 측정 하는 동안 마 취 및 생리 적 모니터링 (체온, 호흡 속도)의 적절 한 수준을 필수 요구 됩니다.
1입니다. 동물
- 남성 Wistar 쥐 350와 450 g 사이 무게를 사용 합니다.
- 12:12 h 빛: 다크 주기를 음식을 제공 하 고 광고 libitum물에 그들을 유지.
2입니다. 마 취
- 마 취에 필요한 장비를 준비 (그림 1A, B, 재료의 표참조): 생리 염 분 해결책 (240 µ g/k g/h, 20 µ L/min의 관류 속도)에 medetomidine를 포함 하는 5 mL 주사기 0.5 mL 주사기를 포함 하는 atipamezole (20 μ, 염 분 해결책의 0.5 ml에서), 그리고 눈 연 고.
참고: 후드 추출기, 미스터 인수 하는 동안 마 취에 대 한 자석 근처 주사기 펌프에 배치 되는 medetomidine를 포함 하는 5 mL 주사기를 제외 하 고 모든 장비 유지. - 유도 실에서 쥐를 배치, 4 %isoflurane 제공 함으로써 마 취를 시작 하 고 1.5 L/min에 산소 흐름 속도 조정할.
- 발 반사의 철수를 평가 하 여 마 취의 깊이 평가 합니다.
- 쥐 자극에 응답 하지 않는 경우 마 취 상자, isoflurane 마스크에 그것의 코를 가진 벤치에 그것을 배치 하 고 2.5 %1.5 L/min에 산소에 전달 하 여 마 취를 유지.
- 부드럽게 마사지는 꼬리와 지 혈 대 (그림 1C) 장소.
참고: 마사지는 따뜻한 물, 38 그리고 42 ° C, 정 맥의 더 나은 엷게를 사이의 온도에서 수행할 수 있습니다. - 주변 정 맥 카 테 터 (22 세대), 이전 heparinized, 왼쪽 또는 오른쪽 꼬리 정 맥에 삽입 합니다. 정 맥 반환 관찰 됩니다 참고 (피 한 방울은 바늘의 원심 부분에 표시) 때 테가 올바로 삽입 (그림 1D).
- 어떤 기포 생리 염 분 해결책 및 헤 파 린 2 mL 주사기를 사용 하 여 카 테 터 죽은 공간 볼륨에 밖으로 날 려.
- 눈 연 고를 적용 하 고 실험의 끝에 쥐를 각 성 하 atipamezole (17 µ g/mL)를 포함 하는 주사기를 준비.
3. 쥐 배치 자석에 수염 자극에 대 한
- 자석 침대에 호흡 센서를 놓고 자석 침대 벤치에서 쥐를 전송 합니다. 흉 곽과 자석 침대 사이 있는 호흡 센서와 isoflurane 마스크에 그것의 코를 가진 경향이 위치에 놓습니다.
참고: MRI 룸을 입력 하는 모든 장비는 MRI-안전 해야 합니다. - 쥐 배치 중 (4% ~ 1.5%-2%)에서 isoflurane 감소 하 고이 절차의 끝에 medetomidine에 마 취를 전환 합니다. 바로 수염 쥐 수염의 움직임을 허용 하도록 미리 MRI 침대의 앞에 오른쪽 가장자리를 잘라 데 무료 인지 확인 합니다.
- 테이프와 위치에 쥐를 누른 사이의 분당 60 및 80 호흡의 호흡을 모니터링 합니다.
- 종이 테이프 (그림 2)에서 모든 바로 수염을 트래핑 하는 항해를 확인 합니다. 튜브를 종료 부분은 수직 그리고 항해에서 약 1.5 c m에 따라 쥐 MRI 침대에 어 퍼프 시스템의 유연한 출구 파이프를 맞춥니다. 종이 테이프와 함께 그것을 해결.
4. 수염 자극
- 솔레노이드 제어 밸브 입력 및 출구 파이프 솔레노이드 제어 밸브 출력 (그림 3)를 압축 공기 소스 (1 바)에서 유연한 유입 관을 연결 합니다. 솔레노이드 제어 밸브는 자석 외부 유지 확인 합니다.
- 트랜지스터-트랜지스터 논리 (TTL)을 사용 하 여 자석으로 펄싱 장치 솔레노이드 밸브에 연결-포트. 그것을 구성 하는 것은 있도록 pulsing 주파수 = 8 Hz 펄스 시간 = 20 s, 그리고 휴식 시간 = 10 s.
참고: 이러한 매개 변수를 작은 액정에 시각 디스플레이 (LCD) 스크린, 조정 가능한 통해 3 전용된 비슷한 포 텐 쇼 미터. 패러다임을 제어, 전자 펄스 장치 시간 매개 변수 (올바른 후 처리)에 어떤 드리프트를 방지 하려면 전자 부품을 높은 품질의 구성 해야 합니다.
5. 대담한 fMRI 수집
- 수직 위치에 되도록 쥐 뇌를 놓고 귀 막대를 사용 하 여 그것을 유지 합니다. 볼륨 배열 코일 쥐의 머리 (그림 4A) 위에 놓고 테이프를 사용 하 여 문제를 해결 합니다. (Anteroposterior 운동, 회전 안 및 항해의 아무 마찰) 항해를 올바르게 이동 확인 공기 퍼프 시스템은 때 에; 다음, 그것을 떨어져스위치.
- 자석의 중앙에는 침대와 코일을 삽입 합니다. 항해 인지 확인 여전히 이동 올바르게 일단 침대는 자석 내부에 어 퍼프 시스템에 경우 에; 다음, 그것을 떨어져스위치. Medetomidine isoflurane에서 완전히 전환 (관류 속도: 20 µ L/min).
- 체크는 쥐 잘 있는 지역화 시퀀스를 사용 하 여 (테 = 2.5 ms; TR = 100 ms; 평균 = 1; 반복 = 1; 슬라이스 = 1 밀리미터; 이미지 크기 256 x 256; = 시야 (FOV) = 50 x 50 mm; 스캔 시간 = 12 s 800 ms). 명령 이름 으로 지역화 시퀀스 탭을 드래그 하 고 계속클릭 하십시오.
- 명령 이름, 센터, 두뇌의 중간에 FOV에 T2_Star_FID_EPI 시퀀스 탭을 끌어서 조정 플랫폼 탭 편집된 검색 명령 열을 클릭 합니다. B0 지도 기록 하 고 검사 심 진행.
참고: B0 지도 사용 하 여 다음 매개 변수: 첫 번째 에코 시간 = 1.65 ms; TR = 20 밀리초, 평균 = 1; 각도 대칭 = 30 °; 에코 간격 = 3.805 석사; 조각 = 58 m m; 이미지 크기 = 64 x 64 x 64; FOV = 58 x 58 x 58 mm; 스캔 시간 = 1 m 24의 920 양 스캔 shim에 대 한 다음 매개 변수 사용: 복 선택적 여기 = 증기 가우시안 펄스; 테 = 5 석사; 혼합 시간 = 10 ms; 수집 기간 = 204.8 석사; 대역폭 = 10000 Hz; 유지 시간 = 50 μ s). - T2 Star_FID_EPI 시퀀스 시작 (테 = 16.096 석사; TR = 500 석사; 평균 = 1; 반복 = 600; 슬라이스 = 1 밀리미터; 4 연속 조각; 이미지 크기 = 128 x 128; FOV = 20 x 20 m m; 대역폭 = 333,333.3 Hz; 스캔 시간 = 5 분 00 s).
참고: 때문에 TTL 포트는 외부 트리거 신호 동시에 어 퍼프 시스템을 시작 합니다. 패러다임 [20 s 활성화 + 10 s 나머지] = 600 스캔, 스캔 당 500 ms의 전체 기간에 대 한 x 10. 슬라이스는 배럴 필드 지역의 중간에 중심으로. - 첫 번째 비교 및 쥐 T2_Star_FID_EPI 시퀀스 동안 이동 했습니다 여부를 확인 (1에서 설명한 단계 5.3 동일) 다른 지역화 시퀀스를 취득 합니다.
- 침대를 초기 위치로 가져, 볼륨 배열 코일을 제거 하 고 표면 코일을 연결.
6. 굵게 처리
- T2 Star_FID_EPI 파일을 열고 읽기 이미지 디스플레이에서 T2 Star_FID_EPI 이미지. FunController라는 기능 컨트롤러의 시작 창을 엽니다.
- 이 처리 탭에서 선택 기능 영상 창 고 자극 프로토콜 정의 (기간 및 에교체 /오프 기간에 해당 하는 패러다임 사용).
- 프로토콜 창 (600 프레임 데이터 집합)을 선택 하 고 기간에 탭 및 기간에서 탭 반전 속성 탭에서 클릭에에서 20에서 40의 값을 삽입 하 고 자극 상태 슬라이더를 드래그 선택 하 여 값 1.
- 전처리 창에서 클릭 평면에서 중간값 필터 전처리 후 처리에 대 한 중간값 필터 (2D, 3D) 에.
- 실행 탭에서 클릭 하 고 오버레이 체계표를 조정 하려면 커서를 끕니다. 활성화 된 뇌 영역 (그림 4B) 시각화.
7. 양성자 부인 인수
- 올바르게 위치 표면 코일, 쥐 머리의 위치를 수정 합니다. 표면 코일 (그림 5A) 자석 내에 있을 때 자석 센터에 수평 한 위치 하면서 왼쪽된 배럴 피 질 바로 위에 놓일 수 있다 그래야 (약 30 ° 시계 방향으로) 머리를 회전 합니다.
- 표면 코일을 배치 (그림 5B), 테이프를 사용 하 여 쥐 두뇌에 그것을 수정 하 고 확인 (anteroposterior 운동, 회전 안 및 항해의 아무 마찰) 항해를 올바르게 이동 때에 어 퍼프 시스템은 에; 그런 다음 전환 그것은 메인 스위치에.
- 일단 침대는 자석 내부 에 어 퍼프 시스템 켜져있을 때 항해를 올바르게 이동 확인 하십시오. 다음, 그것을 떨어져스위치.
- 쥐 잘못 지역화 시퀀스를 사용 하 여 배치 됩니다 확인 하십시오. 매개 변수를 다음과 같이 설정: 테 = 2.5 ms; TR = 100 ms; 평균 = 1; 반복 = 1; 슬라이스 = 1 밀리미터; 이미지 크기 256 x 256; = FOV = 50 x 50 mm; 스캔 시간 = 12 s 800 ms.
- 명령 이름 창에 지역화 시퀀스 탭을 끌어서 스캔 프로그램 실행을 계속 탭을 클릭 하십시오.
- 두뇌 지역화 올바른지 때 T2_TurboRARE 시퀀스 탭 명령 이름 창에서 끌어서 계속 스캔 프로그램을 실행을 클릭 하십시오. 이전 대담한 fMRI 인수 함께 이러한 해부학 적 이미지는 S1BF에 부인에 대 한 올바른 지역화는 복의 수 있게 됩니다.
참고: T2_TurboRARE 매개 변수는 14 조각, 조각, 시야 당 2 m m 2.5 x 2.5 cm, 테 = 100 ms, TR = 5000 ms = 매트릭스 = 128 x 128, 시퀀스 시간 = 2 분 40 s. - 명령 이름 창에 레이저 시퀀스 탭 끌어, S1BF 영역의 중앙에 복 (높이 2 m m, 2.5 m m 긴, 3 밀리미터 깊은) 장소.
- 쥐 뇌 아틀라스와 대담한 fMRI 향상에 사용 하 여 t 2 이미지 (그림 6)에 영역을 지역화. 조정 플랫폼 탭 편집된 검색 명령 열을 클릭 합니다. 동요 탭에서 클릭 하 고 그것을 조정 하는 약간 수신 코일의 임피던스 (전자 로드) 변경. 적용 탭에서 클릭 튜닝이 끝나면 명령 편집기를 닫고 편집된 명령에 변경 내용을 적용 합니다.
- B0 지도 기록 하 고 심 검사 하 고, 다음, 로컬 심 수행을 진행.
참고: B0 지도 사용 하 여 다음 매개 변수: 첫 번째 에코 시간 = 1.65 ms; TR = 20 밀리초, 평균 = 1; 각도 대칭 = 30 °; 에코 간격 = 3.805 석사; 조각 = 58 m m; 이미지 크기 = 64 x 64 x 64; FOV = 58 x 58 x 58 mm; 스캔 시간 = 1 m 24의 920 양 스캔 shim에 대 한 다음 매개 변수 사용: 선택적 여기 복 증기 가우시안 펄스; 테 = 5 석사; 혼합 시간 = 10 ms; 수집 기간 = 204.8 석사; 대역폭 = 10000 Hz; 유지 시간 = 50 μ. 로컬 심에 대 한 다음 매개 변수를 사용 하 여: 억제 물, 증기 수집 기간 = 1,363.15 석사; 포인트 4 096; = hz에서 대역폭 = 3,004.81 Hz; ppm에서 대역폭 = 10 ppm; 유지 시간 = 166.40 μ s; 스펙트럼 분해능 = 0.37 Hz/포인트. 레이저 매개 변수는: 에코 시간 = 19.26 석사; TR = 2500 ms; 평균 = 128 또는 32; 스캔 시간 = 5 분 20 초 또는 1 분 20 s; 획득 포인트 = 4 096. - 1H-부인 수행 합니다.
- 1먼저 휴식 기간 동안 H 부인 수집 시작 (4 x 32 레이저 스캔 + 128 레이저 검사; 당 2500 ms 검색).
- 첫 번째 기록으로 비교 하는 레이저 중 쥐가 이동 하지 않도록 다른 지역화 시퀀스 (1에서 설명한 단계 5.3 동일)를 취득.
- 1H-부인 수염 활성화 레이저 시퀀스를 사용 하 여 수행 (4 x 32 레이저 스캔 + 128 레이저 검사; 당 2500 ms 스캔) 에 어 퍼프 시스템 (패러다임 = 20의의 활성화 및 10의 나머지 s).
- 다시 한번, 쥐 이동 했습니다 여부를 확인 하려면 지역화 시퀀스를 수행 합니다.
참고: 검색 및 휴식/활성화 기간 수 적응 및 수정할 수, 하지만 항상 쥐는 지역화 시퀀스를 정기적으로 수행 하 여 이동 하지.
- 침대를 초기 위치로 가져, 표면 코일을 쥐 다시 벤치에. 마 취과 그것을 각 성 쥐의 뒷면에 피부 겹으로 atipamezole를 주사.
8. 양성자 부인 처리
- LCModel 소프트웨어를 열고 올바른 데이터 형식 ( 무료 유도 부패 파일)을 선택 하 고 오른쪽 파일을 적절 한 탭을 클릭 합니다. 이 완료 되 면 확인 탭을 클릭 합니다.
- 단계별로 정량화 제어 매개 변수를 최적화 합니다.
- 제목 섹션에서 수동으로 제목을 입력 하 고 각 분야에서 필요한 값을 수동으로 입력 하 여 적절 한 ppm 범위 (예를 들어, 4.0에 0.2 ppm)를 정의 합니다.
- 기초 파일 섹션에서 선택 하 고 올바르게 고분자 기준선에 맞게 필요한 파일 다운로드 (그것은 소프트웨어 공급자에 의해 제공 수).
- 정의 하 고 입력된 컨트롤 매개 변수를 로드 합니다. 저장을 준비 모든 유용한 파일 형식의 사전 프로세스 (테이블 = 소형 테이블; 추 신 = 필요한 포스트 스크립트 출력; CSV 형식은 스프레드시트; = COORD 플롯에 대 한 좌표 =). RunLCModel 탭 LCModel 정량화를 시작을 클릭 합니다.
- 통계를 생성 하기 위해 선택 된 대사 산물을 정의 합니다.
참고: LCModel 대사 산물 정량화 하며, 크래머-라오 하 한 (CRLB) 라고 하는 값으로 오류를 추정. 값은 CRLB < 15은 최적의 정량화로 간주 됩니다. CRLB > 25는 신뢰할 수 없는 값을 나타냅니다.
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Representative Results
이 의정서는 자석에 직접 오른쪽 수염 자극 하 여 대뇌 활성화 중 변동 대사 산물의 정량화를 허용 한다.
이 연구에서 대담한 fMRI의 전반적인 목표 수염 자극 활성화 S1BF 영역을 시각화 하 고 올바르게 1H-fMRS에 대 한 복을 찾아 효율적 이었다고 확인 했다. 수염 활성화를 위한 내장 장치가 효율적입니다. 사실, 바로 수염 만든 공기-퍼프 시스템을 사용 하 여 자극 했다 때 긍정적인 대담한 신호 감지 되었습니다 somatosensory 배럴 필드는 S1BF 라고도 왼쪽된 배럴 피 (그림 4B)에서 (n = 8). 반면만 배경 오른쪽 반구에서 발견 했다 긍정적인 신호 향상 8 중 8 쥐에 왼쪽된 신 피 질에서 발견 되었다. 대담한 fMRI 수염 자극 없이 수행 되었다 때 왼쪽 또는 오른쪽 S1BF 아무 신호 향상 관찰 되었다.
해 부 씨 이미지와 쥐 뇌 아틀라스 계획8사이 비교에서 대담한 fMRI에 의해 구상 활성화 뇌 영역 수염 자극 하는 동안 활성화 되는 S1BF 지역에 배치 하는 복을 수 있습니다. 이 복은 신 피 질은 3 m m 긴 이후 3 연속 슬라이드 (두께 1 m m)에 있습니다. 복 분기에서 왼쪽 상단에 위치 하 고 뇌 슬라이드 4 분기에 사실상 분리는 때를 약 45 ° 각도 (그림 6).
수염의 자극에 대 한 패러다임 바뀌었고 때 젖 산 콘텐츠 증가 왼쪽된 S1BF에서 관찰 되었다 (그림 6, 한 쥐에서 얻은 전형적인 스펙트럼). 더 나은 사이 신진 대사 변화를 시각화 하기 위해 휴식 및 기간, 활성화 된 스펙트럼 뺄셈 수행 되었다 (그림 6). 이 뺀된 스펙트럼에서 두뇌 활성화와 젖 산 콘텐츠 증가 훨씬 더 쉽게 가시화 했다이 쥐에서 N-acetylaspartate (NAA) 신호 약간 감소 했다. 신경 자극 동안 젖 산 증가 또한 스펙트럼 deconvolution (그림 7AB)에 관찰 되었다. 젖 산 피크 거의 나머지에서 vivo에서 스펙트럼에서 발견 되었습니다, 하는 동안 LCModel 정확도와 좋은 CRLB 값 (그림 7A) 그것을 정할 수 있었다. 실제로 23 쥐에서 하나의 스펙트럼 24 크거나 젖 정량화에 대 한 CRLB 값을 했다. 없음 > 25 했다입니다. 다른 모든 스펙트럼에 대 한 값 3와 19 사이 였다.
모든 23 쥐에서 젖 콘텐츠 변화는 그림 8에 표시 됩니다. 23 쥐에서 젖 산 콘텐츠 감소만 한 쥐에서에서 관찰 되었다. 거기 되었고 젖에 통계적으로 유의 한 차이 휴식 사이 콘텐츠 활성화 된 기간 (0.132 ± 0.012 및 0.163 ± 0.011, 각각, 친척 값 PCr + Cr 콘텐츠, 쌍 t-테스트, p = 0.0005 [파라메트릭, 양측] n = 23). 따라서, 젖 산 콘텐츠에서 31.6% ± 7.8% 증가 신경 자극 하는 동안 측정 되었습니다.
그림 6한 동물에서 얻은 전형적인 스펙트럼을 나타내는 구나 내용에 약간의 감소를 관찰할 수 있습니다. 그러나,이 ぁ 변이 중요 했다 (1.2% ± 1.2% 감소 측정 되었다 n = 23).
그림 1: 장비 및 마 취에 대 한 단계. 마 취를 시작 하기 전에 준비 하는 장비 (A) 그림. (B) Isoflurane 펌프와 유도 챔버. (C) 지 혈 대 배치. (D) 그림 표시 테 올바르게 삽입; 정확한 위치는 정 맥에서의 긍정적인 표시 이다 카 테 테 르 바늘에 있는 혈액의 드롭 note 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 2: 수염 자극. 모든 오른쪽 수염 종이 테이프로 만든 돛에 갇혀 있다. 항해 괜찮아 수염에 어 퍼프 시스템을 동시에 자극을 허용 하 고, 따라서, 총 신 피 질의 신경 활성화를 극대화. 에 어 퍼프 시스템 (검은 튜브)의 콘센트 1.5 cm와 항해에 수직으로 있어야 합니다. 되도록 항해 자석 밖에 확인 어 퍼프 시스템을 설정 하 여 올바르게 움직이고 있다. 항해는 anteroposterior 방향 (회전)에서 8 Hz에서 이동 해야 합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 3: 수염 자극에 대 한에 어 퍼프 시스템. (B) 솔레노이드 제어 밸브를 압축 공기를 연결 하는 (A) A 유연한 파이프. 두 번째 유연한 파이프 솔레노이드 제어 밸브 출력에서 항해 펄스 공기를 제공합니다. 솔레노이드 제어 밸브는 제어 패러다임 펄싱 장치에 연결 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 4: 대담한 fMRI. (A) 볼륨 배열 코일 배치. 쥐 머리는 수평 위치에 있으며 귀 바에 의해 차단. 항해 자유롭게 이동 하는 코일에 의해 또는 MRI 침대에 의해 차단 되지 않습니다 확인 합니다. (B)는 전형적인 대담한 신호 활성화 왼쪽된 신 피 질 (빨간색 화살표). 신호가 contralateral 오른쪽 반구 (파란색 화살표)에서 검색 됩니다. 임계값은 강도 값의 최대의 76.5%에서 설정 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 5: 표면 코일. 이 연구에 사용 된 표면 코일의 (A) 그림. (B) 표면 코일 배치입니다. 쥐 머리를 왼쪽된 신 피 질 및 그러므로, 표면 코일 (머리 된 약 30 °, 정확한 위치는 surfa에 대 한 왼쪽된 배럴 피 사이 좋은 타협의 각도에서 MRI 침대의 센터에 있는 약간 설정 해야 합니다. ce 코일 그리고 MRI 침대에 의해 차단 되지 해야 오른쪽 수염의 항해의 자유 운동). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 6: 일반적인 지역화 1H 부인 휴식 (블루 스펙트럼)와 수염 활성화 (빨간 스펙트럼) 중. 복 (녹색 사각형)은 해부학 T2_TurboRARE 이미지 대담한 fMRI 이미지에 쥐 뇌 아틀라스 계획 및 신호 향상을 사용 하 여 왼쪽된 S1BF에 위치 해 있습니다. 스펙트럼 뺄셈 블랙에 플롯 됩니다. 젖 산 및 N-acetylaspartate (NAA) 봉우리 1.32와 2.02 ppm에 각각 표시 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 7: 부인 스펙트럼의 전형적인 스펙트럼 deconvolution. (A) Deconvolution 128-스캔 나머지 스펙트럼의. (B) Deconvolution 128 스캔의 스펙트럼을 활성화. 잔류물, 뺄셈 사이 실험 스펙트럼 (원시 데이터), 그리고 LCModel 적합; MM = 고분자; Cr = creatine + phosphocreatine; PCho + GPC = phosphocholine + glycerophosphocholine; NAA = N-acetylaspartate; 락 = 젖 산; GABA γ-aminobutyric 산; = Gln 글루타민; = Glu 조미료 =. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 8: 젖 산 변화 두뇌 자극 하는 동안 콘텐츠. 블루 도트: 휴식, LCModel에 의해 결정 creatine + phosphocreatine 콘텐츠를 기준으로 콘텐츠를 젖이 나올. 레드 닷: 수염 자극, LCModel에 의해 크 레 아 틴 + phosphocreatine 콘텐츠를 기준으로 결정 하는 동안 콘텐츠를 젖이 나올. 차이 사이 활성화 하 고 나머지, p = 0.0005, 쌍 t-테스트 (패라메트릭, 양측), n = 23. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
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Discussion
Somatosensory 피 질 또는 배럴 필드에 대 한 S1BF 라고도 신 피 질은 대뇌 피 질의 레이어 얼룩9, 시 토 크롬 c 산화 효소를 사용 하 여 관찰 될 수 있다 4 내 영역 그리고 조직을 잘 알려져 크게 설명된 이후로 10,11. 한 vibrissa 열12약 19000 뉴런 구성 됩니다 한 배럴에 연결 된다. 수염-신 피 질 통로 몇 가지 장점이 있습니다. 첫째, 그것은 활성화 될 수 있다 자석 내부 (되도록 S1BF 지역의 가장 큰 부분에는 해당 복 부인 수행는 모든 수염의 크기에 대체로 쉽게 수 제 수는 MRI 호환에 어 퍼프 시스템 사용 하 여 압착 vibrissa의 최대의 자극을 허용 하는 항해에). 둘째, 오른쪽 수염 활성화 왼쪽된 배럴 피 질 활성화를 이끌어이 두뇌 지역에에서 위치 하 고 높은-민감한 표면 코일의 사용을 허용 하는 somatosensory 피 질. 셋째, somatosensory 피 질 활성화의이 방법은 전기 발 자극, 후자는 오른쪽 반구13에서 일부를 포함 한 다른 뇌 구조를 자극의 불리를 데에 비해 비 침 투입니다. 따라서, 여기에 사용 되는 프로토콜은 대뇌 활성화 아래 뇌 대사는 vivo에서, 비 침범 성, 고 경도 수행에 가장 적합 한 공부.
마 취의 선택은 중요 한, 마 취약의 많은 혈관 커플링, 뇌 대사와 뇌 활동14,15변화 유도. 예를 들어 isoflurane, 가장 일반적인 마 취 사용 MRI, 리드는 3-두뇌 젖 콘텐츠15,16 겹 증가 고, 그러므로, 두뇌 대사 연구에 사용 하지 않아야. Medetomidine는 α2-adrenoreceptor 주 작동 근, 신뢰할 수 있는 진정, 진통, 근육 이완, 그리고 anxiolysis17유도 이다. 이러한 효과 되돌릴 수 있습니다 신속 하 게 atipamezole, α2 길 항 제를 사용 하 여. Medetomidine 뇌 대사 산물 내용에 대담한 신호에 낮은 수정 매우 낮은 충격 이후 설치류18 기능 연구를 수행 하는 가장 적합 한 후보입니다.
그것은 또한 수염 활성화 패러다임을 제대로 따라 하는 것이 중요입니다. NMR 인수 지난 몇 분, 이후 연속 활성화/휴식 기간 사용 제한 활성화 뇌 영역에서 뉴런의 둔감 필수적 이다. 이 패러다임의 매개 변수 (20 s 활성화의 기간 다음에 나머지 10의 s) 해당 신 피 질에서 가장 대담한 fMRI 신호를 선택 했다. 굵게 처리에 대 한 활성화/휴식 기간을 결정 하는 중요 한 이후 TTL 포트에 의해 제어 됩니다 경우에 이러한 시간 창을 존중 하 주의 많이 해야 합니다. 신 피 질 활성화, 항해의 높은 수준을 얻기 위해 해당 그룹 수염 함께 중요 하다 S1BF 영역을 자극의 가장 큰 부분을 수 있기 때문. Anteroposterior 평면에 이동할 수 있다 그래야이 항해 앞 출구 공기 튜브를 주의 많이 해야 합니다. 주파수 보였다 때 수염 자극 주파수 5와 15 Hz19사이 신 피 질에서 신경 활성화 됩니다 이후 신중 하 게 측정 될 수 있다. 낮은 또는 높은 주파수를 사용 하 여 S1BF 지역의 활성화에 지도 하지 것입니다.
이 연구에 사용 된 프로토콜 같은 두뇌 지역 나머지에 두뇌 자극 동안에 취득 하는 스펙트럼을 비교 가능 하 게 하 고, 따라서, 변화 모니터링을 대뇌에 연결 된 정품 인증을 변경 됩니다. NMR 분광학 프로토콜 동물이 이동 하지 하 고 휴식 및 활성화 상태 사이 측정 하는 신진 대사 내용에 차이 때문에 두뇌는의 끝에 지역화 시퀀스 시작 부분에서 수행 하는 것이 중요 하다 자극 운동 유물을 하지.
여기 설명 된 프로토콜을 사용 하 여, 젖 산 콘텐츠 증가 했다 사이 측정 휴식 기간을 활성화. 젖 산 증가 두뇌 활성화 중 vivo에서 NMR 분광학을 사용 하 여 먼저 초기 1990 년대20,21에 인간에서 관찰 되었다. 그러나, 대부분 측정 설치류, 신호 대 잡음 비율은 훨씬 낮은 보다는 인간에서 수행 했다. 쥐에서 ex vivo NMR 정량화 젖 산의 쥐 뇌 활성화 동안 Mazuel 그 외 여러분 에 의해 수행 됐다 22, 신경 활성화와 콘텐츠를 젖이 나올 두뇌에 있는 증가 관찰. 여기에 제시 된 결과 그 젖 수염 활성화 동안에 증가 했다 보여줍니다. 그러나, 지역화 된 부인 셀룰러 해상도 허용 하지 않습니다, 때문에 아니다 (뉴런 또는 이다)는 세포질 구획 젖 오고 있다에서 아직 알려진. 나아가 뇌 대사 교류 이해에는 아직도 논쟁 ANLSH (사이토 신경 젖 셔틀 가설)과 같은,이 프로토콜이이 셔틀의 주요 구성 요소에 대 한 유전자 변형된 동물에와 같은 적용 되는 monocarboxylate 전송기입니다.
여기서 설명 하는 연구에서 NAA 콘텐츠에 통계적으로 유의 한 차이가 관찰 되었다. NAA 콘텐츠 시각적 자극 동안에 감소 이전에 인간23,,2425에 발견 했지만 Mangia와 Tkac26에 의해 확인 되지. 현재 연구에서 관찰 NAA의 증가 콘텐츠 중 50%는 쥐의 뇌 활성화와 나머지 절반 감소 합니다. 따라서, NAA 대사 산물 콘텐츠에 다른 변화 감지 기능 부인 아니 동안 정량화에 대 한 내부 기준으로 피해 야 한다.
모두 젖이 나올 고 신경 활성화 동안 NAA 유사 논쟁23,26,27,,2829이어졌다. 두뇌 활동에 연결 된 이러한 대사 변동에 대 한 우리의 이해를 심화 하기 위해 유전자 변형 동물에이 프로토콜을 적용할 흥미로울 것입니다. 이 추가 기본 프로세스에 대 한 정보를 제공할 것 이다. 전반적으로, 지역화 1H 부인 작업 또는 기능 부인29동안 설치류, 관련 지역 동적 변화에 정상 또는 병 적인 두뇌 metabolites에 연구에에서 신흥 기술입니다.
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Disclosures
저자는 공개 없다.
Acknowledgments
이 작품은 ANR-10-LABX-57, 및 프랑스-스위스 ANR-FNS 부여 참조 ANR-15-CE37-0012 LabEx 트레일 그랜트에 의해 지원 되었다. 저자는 그의 기술 지원에 대 한 Aurélien Trotier 감사합니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 0.5 mL syringe with needle | Becton, Dickinson and Company, USA | 2020-10 | 0.33 mm (29 G) x 12.7 mm |
| 1H spectroscopy surface coil | Bruker, Ettlingen, Germany | T116344 | |
| 7T Bruker Biospec system | Bruker, Ettlingen, Germany | 70/20 USR | |
| Arduino Uno based pulsing device | custom made | ||
| Atipamezole | Vétoquinol, S.A., France | V8335602 | Antisedan, 4.28 mg |
| Breathing mask | custom made | ||
| Eye ointment | TVM laboratoire, France | 40365 | Ocry gel 10 g |
| Induction chamber | custom made | 30x17x15 cm | |
| Inlet flexible pipe | Gardena, Germany | 1348-20 | 4.6-mm diameter, 3m long |
| Isoflurane pump, Model 100 series vaporizer, classic T3 | Surgivet, Harvard Apparatus | WWV90TT | from OH 43017, U.S.A |
| Isoflurane, liquid for inhalation | Vertflurane, Virbac, France | QN01AB06 | 1000 mg/mL |
| KD Scientific syringe pump | KD sientific, Holliston, USA | Legato 110 | |
| LCModel software | LCModel Inc., Ontario, Canada | 6.2 | |
| Medetomidine hydrochloride | Vétoquinol, S.A., France | QN05CM91 | Domitor, 1 mg/mL |
| Micropore roll of adhesive plaster | 3M micropore, Minnesota, United States | MI912 | |
| Micropore roll of adhesive plaster | 3M micropore, Minnesota, United States | MI925 | |
| Monitoring system of physiologic parameter | SA Instruments, Inc, Stony Brook, NY, USA | Model 1025 | |
| NaCl | Fresenius Kabi, Germany | B05XA03 | 0.9 % 250 mL |
| Outlet flexible pipe | Gardena, Germany | 1348-20 | 4.6-mm diameter, 4m long |
| Paravision software | Bruker, Ettlingen, Germany | 6.0.1 | |
| Peripheral intravenous catheter | Terumo, Shibuya, Tokyo, Japon | SP500930S | 22 G x 1", 0.85x25 mm, 35 mL/min |
| Rat head coil | Bruker, Ettlingen, Germany | ||
| Sodic heparin, injectable solution | Choai, Sanofi, Paris, France | B01AB01 | 5000 IU/mL |
| Solenoid control valves, plunger valve 2/2 way direct-acting | Burkert, Germany | 3099939 | Model type 6013 |
| Terumo 2 ml syringe | Terumo, Shibuya, Tokyo, Japon | SY243 | with 21 g x 5/8" needle |
| Terumo 5 mL syringe | Terumo, Shibuya, Tokyo, Japon | 05SE1 | |
| Wistar RJ-Han rats | Janvier Laboratories, France |
References
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