Hayvanlarda Gerçek Zamanlı fMRI Beyin Haritalaması
24 Eylül 2020
Hayvan beyni fonksiyonel haritalaması, gerçek zamanlı fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) deney kurulumundan yararlanabilir. Hayvan MRG sisteminde uygulanan en son yazılımı kullanarak, küçük hayvan fMRI için gerçek zamanlı bir izleme platformu kurduk.
Bileşik kaynakları araştırmak için geriye dönük analiz yerine. Önerilen lider zaman fMRI platformu, en son konsol yazılımını kullanarak dinamik fMRI yanıtını tanımlamak için daha etkili bir şema sağlar. Bu teknik, hayvanlarda beyin fonksiyonel çalışmaları için anında sorun giderme fizibilitesi ve gerçek zamanlı bir biofeedback simülasyon paradigması sağlayabilir Koronal görünümde tüm beyni kaplayan anatomik görüntüler elde etmek için, T2 ağırlıklı nadir bir diziyi çalıştırmak için devam düğmesine tıklayın.
Gerçek zamanlı fMRI yazılımını kurmak için. Bir terminal penceresi açın ve gerçek zamanlı AFNI eklenti yoluna gitmek için komutu kullanın. AFNI yazılımını gerçek zamanlı eklenti ile çalıştırmak için belirtilen komutları kullanın.
Yaklaşan AFNI tuğla dosyalarını izlemek için elmas komutunu ve seçeneklerini kullanın. Arka plan makro komut dosyasını çalıştırmak için PVC MD komutunu belirtilen seçeneklerle birlikte kullanın. EPI edinme parametrelerini elde etmek için exec PVC MD komutunu ve seçeneklerini kullanın.
3D ECHO düzlemsel görüntüleme ham verilerini, arka plan makro komut dosyasında gerçek zamanlı olarak AFNI dosyalarına dönüştürmek için. exec TOD-3D Komutunu ve seçeneklerini kullanarak, EPI geometrik bilgilerinin anatomi oryantasyonu ile tutarlı olduğundan emin olun. Cesur fMRI görüntüleme için bir T2 Yıldız Ağırlıklı 3D EPI Dizisi çalıştırmak için devam düğmesine tıklayın.
EPI görüntülerini anatomik nadir görüntülerin üzerine yerleştirmek için. İlk olarak, nadir görüntüleri bir AFNI Brick veri kümesine dönüştürmek için komutu kullanın ve EPI görüntülerini anatomik görüntülere kaydetmek için komut dosyasını ve seçenekleri kullanın. Kalın yanıtların dinlenme durumu işlevsel bağlantı haritalarını işlemek için.
Dinlenme durumu fMRI zaman serileri gibi 3B artı zaman veri kümesinin çekirdek tabanlı korelasyonunu hesaplamak için AFNI seçeneklerini kullanın. Ardından, kalın sinyallerin işlevsel haritalarını görselleştirmek için, tanımlanmış kaplama seçeneğini seçin ve AFNI yazılımında etkileşimli bir kümeleme oluşturmak için AFNI kullanıcı arayüzü menüsünden kümeler işlevini kullanın. fMRI ile yanıt elektriksel stimülasyon yanıtlarını görselleştirmek.
Bir elektriksel uyaran izolatörünü açın ve uyarılmış bir fMRI analizi için elektriksel dört pençe stimülasyonu gerçekleştirmek için stimülasyon bloklarını kullanın. Bu Temsili Gerçek Zamanlı Voxel-Wise Cesur fMRI Zaman Kursunda. Elektriksel dört pençe stimülasyonundan sonra, gerçek zamanlı edinim formatındaki blok tasarım paradigmasına karşılık gelen, kontralateral olarak birincil dört pençe somatosensoriyel korteksin voksel bazında zaman seyri gözlemlenebilir.
Gösterildiği gibi, elektrikli dört pençe stimülasyonuna karşılık gelen etkinleştirilmiş kalın haritalar, etkinleştirilmiş bölgeler algılanarak ve renkli kümeler olarak görüntülenerek de oluşturulabilir. Veri oluşturma kullanıcı arayüzü menüsünde 3D EPI Reconstruction seçeneğini ön görüntü 3D aktivitesini etkinleştirdiğinizden ve makroyu çalıştırdığınızdan emin olun. Ve taramadan önce önceden tanımlanmış makro komut dosyası kurulumu RT 3D API'sine bağlanmak için.
Tam transkripti görüntüleyin ve binlerce bilimsel videoya erişin
Genel Bakış
Bu çalışma, dinamik yanıt tanımlamasını geliştiren, hayvan beyin haritalama için gerçek zamanlı bir fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) platformu oluşturmaktadır. Hayvan MR sistemindeki gelişmiş yazılımlar kullanılarak, küçük hayvanlarda beyin fonksiyon çalışmalarına yönelik anlık sorun giderme ve biyofeedback simülasyonu imkanı sağlanmıştır.
Temel Çalışma Bileşenleri
Bilim Alanı
- Nörobilim
- Görüntüleme Teknikleri
- Beyin Fonksiyon Haritalama
Arka Plan
- Gerçek zamanlı fMRI, beyin aktivitesinin anlık olarak izlenmesine olanak tanır.
- Geleneksel analizler retrospektif değerlendirme gerektirdiğinden hızlı geri bildirimi sınırlar.
- Beyin aktivitesindeki dinamik yanıtlar, gerçek zamanlı protokoller ile etkili bir şekilde izlenebilir.
- Beyin yanıtlarını gözlemlemek için elektriksel stimülasyon teknikleri kullanılabilir.
Çalışmanın Amacı
- Küçük hayvanlarda fMRI için gerçek zamanlı bir izleme platformu uygulamak.
- Uyaranlar sırasında beynin dinamik yanıtlarının araştırılmasını geliştirmek.
- Sorun giderme yetenekleri ve gerçek zamanlı biyogeribildirim simülasyonu sağlamak.
Kullanılan Yöntemler
- Çalışmada, beyin aktivitesini yakalamak için gerçek zamanlı bir fMRI platformu kullanılmaktadır.
- Fonksiyonel beyin yanıtlarını değerlendirmek amacıyla küçük hayvan modellerine odaklanılmıştır.
- Görüntü işleme için AFNI yazılımını kurmak amacıyla çeşitli komutlar yürütülür.
- Veri toplama işlemi için T2 ağırlıklı ve EPI görüntüleme gibi sekanslar kullanılır.
- Uyarılmış fMRI yanıtlarını analiz etmek için dört patili elektriksel stimülasyon uygulanır.
Ana Sonuçlar
- Platform, beynin uyarılara verdiği yanıtın gerçek zamanlı olarak görselleştirilmesine olanak tanır.
- Belirli beyin bölgelerinden elde edilen voksel bazlı zaman seyri verileri gözlemlenebilir.
- Yanıt haritalama, stimülasyon sırasında aktive olan ilgi bölgelerini gösterir.
- Temel görüntüleme teknikleri, fonksiyonel verilerin anatomik görüntüler üzerine bindirilmesine imkan verir.
Sonuçlar
- Bu çalışma, gerçek zamanlı fMRI'ın nörobilim araştırmalarında anlık geri bildirimi kolaylaştırma kapasitesini ortaya koymaktadır.
- Elde edilen bulgular, fonksiyonel çalışmalar sırasında beyin dinamiklerinin anlaşılmasını önemli ölçüde geliştirebilir.
- Platformun uyarlanabilirliği, hayvan nörogörüntüleme alanındaki gelecek çalışmalar için değerli bir araç sunmaktadır.
Sıkça Sorulan Sorular
Sektörel Uygulama ve Önem
Gerçek zamanlı fMRI, dinamik beyin yanıtlarının anında tanımlanmasını sağlayarak retrospektif analizlere olan bağımlılığı azaltır ve preklinik nörobilimde hipotez testlerini hızlandırır. Bu yetenek, kontrollü fizyolojik koşullar altında nöral devre katılımı hakkında hızlı geri bildirim sağlayarak hedef doğrulamasını destekler. Platform, istenen hemodinamik sonuçlara ulaşmak için deneysel değişkenlerin gerçek zamanlı ayarlanmasına olanak tanıyarak erken keşif aşamasındaki öngörü güvenilirliğini artırır.
Biyofarma Ar-Ge'de Stratejik Uygulamalar
Erken Keşif ve Hedef Doğrulama
- Bilimsel Değer: Stimülasyona yanıt olarak nöral aktivasyon modellerinin gerçek zamanlı izlenmesi yoluyla terapötik hipotezlerin sorgulanmasına olanak tanır.
- Operasyonel Değer: Deneysel koşulların anında sorun giderilmesini sağlayarak boşa harcanan tarama süresini azaltır ve veri kalitesini artırır.
- Öngörücü Değer: Stimülasyon paradigmalarını, hastalıkla ilgili beyin bölgelerindeki ölçülebilir hemodinamik yanıtlarla ilişkilendirerek fonksiyonel hedef doğrulamasını destekler.
Tarama ve Analiz Geliştirme
- Bilimsel Değer: Deneysel koşullar arasında nöral yanıtların standartlaştırılmış değerlendirmesine olanak tanıyan kantitatif, zamana bağlı fMRI çıktıları üretir.
- Operasyonel Değer: Primer somatosensoriyel kortekste tekrarlanabilir sinyal tespiti yoluyla assay hazırlığını kolaylaştırarak ölçeklenebilir tarama iş akışlarını destekler.
- Translasyonel Değer: Hedefe bağlanma için fonksiyonel biyobelirteç görevi gören voksel bazlı zaman seyirleri ve aktivasyon haritaları sunar.
Translasyonel ve Preklinik Araştırmalar
- Bilimsel Değer: Stimülasyon paradigmaları boyunca tutarlı, gerçek zamanlı nöral çıktılar sağlayarak keşif ve preklinik doğrulama arasında köprü kurar.
- Operasyonel Değer: Beyin fonksiyonlarının boylamsal izlenmesine olanak tanıyarak terapötik geliştirme süreçlerindeki riske göre ayarlanmış ilerleme kararlarını destekler.
- Mekanistik Risk Azaltma: Farmakolojik veya fizyolojik modülasyona karşı beyin yanıt dinamiklerinin doğrudan gözlemlenmesine izin vererek hedef mekanizmadaki belirsizliği azaltır.
Boru Hattı ve İş Akışı Entegrasyonu
Gerçek zamanlı fMRI platformu, bileşik tarama aşamasına geçmeden önce hedef hipotezleri geliştirmek için stimülasyon ve fizyolojik parametreler üzerinde hızlı iterasyon yapılmasına olanak tanıyarak erken keşif iş akışlarına entegre olur.
- Keşif Biyolojisi: Belirlenmiş stimülasyonlara yanıt olarak nöral devre aktivasyonunun gerçek zamanlı gözlemlenmesine olanak tanıyarak hipotez testlerini ve yolakların netleştirilmesini destekler.
- Tarama: Farklı koşullar arasındaki nöral yanıtların güvenilir şekilde karşılaştırılmasını sağlayan tekrarlanabilir, kantitatif hemodinamik çıktılar sunar.
- Analitikler: İstatistiki karşılaştırmayı ve fonksiyonel bağlantı analizini kolaylaştıran voksel bazlı zaman seyri verileri ve aktivasyon haritaları sağlar.
- Translasyonel Araştırma: Tutarlı ve fizyolojik temelli okumalar aracılığıyla erken nöral yanıt verilerini preklinik sürekliliğe bağlar.
- Kurumsal Yeniden Kullanım: Farklı terapötik alanlardaki birden fazla hedef doğrulama kampanyası için yeniden kullanılabilir bir nörogörüntüleme yetkinliği olarak işlev görür.
Operasyonel ve Kurumsal Etki
- Bilimsel Değer: Doğrudan nöral yanıt izleme yoluyla mekanistik belirsizliği azaltarak hedef doğrulamadaki öngörü güvenilirliğini artırır.
- Operasyonel Değer: Otomatik gerçek zamanlı işleme ve geri bildirim döngüleri aracılığıyla fMRI veri toplamanın tekrarlanabilirliğini ve standardizasyonunu geliştirir.
- Stratejik Değer: Hedef etkileşiminin ve yolak modülasyonunun hızlı değerlendirilmesine olanak tanıyarak devam et/dur (go/no-go) karar verimliliğini artırır.
- Portföy Etkisi: Nöral devrelerde hedef ilgisine dair erken, fonksiyonel kanıtlar sağlayarak riskten arındırılmış önceliklendirmeyi destekler.
Uygulama Hususları
- Nörogörüntüleme, AFNI yazılımı ve gerçek zamanlı veri işleme hatları konusunda uzmanlık gerektirir.
- Yüksek alanlı preklinik MRI altyapısına (örneğin, 14.1T sistem) ve uyumlu puls sekanslarına bağımlıdır.
- Tekrarlanabilir sonuçlar için stimülasyon protokollerinin ve fizyolojik izlemenin ekipler arası standardizasyonunu gerektirir.
- Protokollerin farklı hayvan modellerine veya stimülasyon paradigmalarına uyarlanması sırasında adaptasyon değerlendirmeleri içerir.
- Hemodinamik karıştırıcı faktörleri önlemek amacıyla stimülasyon zamanlaması ile görüntü alımı arasında hassas senkronizasyon gereksinimi nedeniyle sınırlıdır.
Biyofarma SSS
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
