Functionele mapping van dierlijke hersenen kan profiteren van de real-time functionele magnetische resonantie beeldvorming (fMRI) experimentele opzet. Met behulp van de nieuwste software die is geïmplementeerd in het MRI-systeem voor dieren, hebben we een real-time monitoringplatform voor fMRI voor kleine dieren opgezet.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Real-time fMRI Brain Mapping bij dieren
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Dynamische fMRI-responsen variëren grotendeels afhankelijk van de fysiologische omstandigheden van dieren, hetzij onder anesthesie of in wakkere toestanden. We hebben een real-time fMRI-platform ontwikkeld om experimentatoren te begeleiden om fMRI-responsen onmiddellijk te monitoren tijdens acquisitie, die kan worden gebruikt om de fysiologie van dieren te wijzigen om de gewenste hemodynamische reacties in dierlijke hersenen te bereiken. De real-time fMRI-opstelling is gebaseerd op een 14,1T preklinisch MRI-systeem, waardoor dynamische fMRI-responsen in de primaire voorepaw somatosensorische cortex (FP-S1) van verdoofde ratten real-time in kaart kunnen worden gebracht. In plaats van een retrospectieve analyse om verstorende bronnen te onderzoeken die leiden tot de variabiliteit van fMRI-signalen, biedt het real-time fMRI-platform een effectiever schema om dynamische fMRI-responsen te identificeren met behulp van aangepaste macrofuncties en een gemeenschappelijke neuroimage-analysesoftware in het MRI-systeem. Het biedt ook onmiddellijke probleemoplossing en een real-time biofeedback-stimulatieparadigma voor hersenfunctionele studies bij dieren.
Inleiding
Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) is een niet-invasieve methode om de hemodynamische responsen 1,2,3,4,5,6,7,8,9 te meten, bijvoorbeeld het bloed-zuurstofniveau-afhankelijk (BOLD), cerebraal bloedvolume en stroomsignaal, geassocieerd met neurale activiteit in de hersenen. In dierstudies kunnen hemodynamische signalen worden beïnvloed door anesthesie
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
Deze studie werd uitgevoerd in overeenstemming met de Duitse dierenwelzijnswet (TierSchG) en de Dierenwelzijnsdierverordening (TierSchVersV). Het hier beschreven experimentele protocol werd beoordeeld door de ethische commissie (§15 TierSchG) en goedgekeurd door de overheidsinstantie (Regierungspräsidium, Tübingen, Baden-Württemberg, Duitsland).
1. Voorbereiding van de BOLD-fMRI proefopstelling voor onderzoek bij kleine dieren
- Schakel de consolesoftware in om beeldparameters te regelen en MRI-gegevens te verkrijgen.
OPMERKING: De voorgestelde real-time fMRI-opstelling wordt geïmplementeerd met behulp van macrofuncties van de co....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
Figuur 3 en figuur 4 tonen een representatieve real-time voxel-wise BOLD-fMRI tijdskoers en functionele kaarten met elektrische voorpootstimulatie (3 Hz, 4 s, pulsbreedte 300 us, 2,5 mA). Het fMRI-ontwerpparadigma bestaat uit 10 pre-stimulatiescans, 3 stimulatiescans en 12 interstimulatiescans met in totaal 8 tijdperken (130 scans). De totale scantijd is 3 min 15 sec (195 sec). Figuur 3 toont de voxel-wise tijdskoers (zwarte lijn) v.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Real-time monitoring van het fMRI-signaal helpt experimentatoren de fysiologie van dieren aan te passen om functionele mapping te optimaliseren. Bewegingsartefacten bij wakkere dieren, evenals het verdovingseffect, zijn belangrijke factoren die de variabiliteit van fMRI-signalen bemiddelen, waardoor de biologische interpretatie van het signaal zelfwordt verstoord 31,32,33,34,35,36,37,38
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
Sascha Köhler is medewerker bij Bruker BioSpin MRI GmbH.
Dankbetuigingen
We bedanken Dr. D. Chen en Dr. C. Yen voor het delen van het AFNI-script om de real-time fMRI voor PV 5 in te stellen en het AFNI-team voor de softwareondersteuning. Dit onderzoek werd ondersteund door NIH Brain Initiative-financiering (RF1NS113278-01, R01 MH111438-01) en de S10-instrumentsubsidie (S10 RR023009-01) aan Martinos Center, German Research Foundation (DFG) Yu215/ 3-1, BMBF 01GQ1702 en de interne financiering van Max Planck Society.
....Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| 14.1T Bruker MRI system | Bruker BioSpin MRI GmbH | N/A | |
| A365 Stimulus Isolator | World Precision Instruments | N/A | |
| AcqKnowledge Software | Biopac | RRID:SCR_014279, http://www.biopac.com/product/acqknowledge-software/ | |
| AFNI | Cox, 1996 | RRID:SCR_005927, http://afni.nimh.nih.gov | |
| CO2SMO (ETCO2/SpO2 Monitor), Model 7100 | Novametrix Medical Systems Inc | N/A | |
| Isoflurane | CP-Pharma | Cat# 1214 | |
| Master-9 | A.M.P.I | N/A | |
| Nanoliter Injector | World Precision Instruments | Cat# NANOFIL | |
| Pancuronium Bromide | Inresa Arzneimittel | Cat# 34409.00.00 | |
| ParaVision 6 | Bruker BioSpin MRI GmbH | RRID:SCR_001964 | |
| Phosphate Buffered Saline (PBS) | Gibco | Cat# 10010-023 | |
| Rat: Sprague Dawley rat | Charles River Laboratories | Crl:CD(SD) | |
| SAR-830/AP Ventilator | CWE | N/A | |
| α-chloralose | Sigma-Aldrich | Cat# C0128-25G;RRID |
Referenties
- Ogawa, S., Lee, T. M., Kay, A. R., Tank, D. W. Brain magnetic resonance imaging with contrast dependent on blood oxygenation. Proceedings of the National Academy of Sciences U.S.A. 87 (24), 9868-9872 (1990).
- Belliveau, J. W., et al.
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
