Transkraniyal Fonksiyonel Ultrason Görüntüleme Kullanan Farelerde Tüm Beyin 3D Aktivasyon ve Fonksiyonel Bağlantı Haritalaması

Fonksiyonel ultrason, yaşayan kemirgen beynindeki serebral kan hacminin haritalanmasına izin veren yeni bir nörogörünte yöntemidir. Ultra hızlı düzlem dalgası görüntülemeyi kullanarak, tüm beyin hemodinamik yanıtlarını eşsiz özel geçici çözünürlük ve hassasiyetle ölçebiliriz. Bu protokol, hem uyuşturulmış hem de uyanık hayvan deneyleri için farelerde transkraniyal fonksiyonel ultrason görüntülemenin nasıl gerçekleştirildiğini açıklar.

FMRI gibi diğer tüm beyin fonksiyonel görüntüleme teknikleriyle karşılaştırıldığında, fonksiyonel ultrason yüksek taşınabilirlik, kullanım kolaylığı sağlar ve uyanık ve serbestçe hareket eden deneklerde deneylere izin verir, anestezi önyargısını önler ve davranışsal çalışmalara olanak tanır. Yakın zamana kadar FUS görüntüleme sadece ultrason uzmanı ile işbirliği içinde kullanılmıştır. Şimdi, bu teknoloji, ticari olarak mevcut tarayıcılar ve klinik öncesi beyin görüntüleme için özel yazılımlar sayesinde geniş sinirbilim topluluğu tarafından kullanılabilir ve FUS'un ultrasonda herhangi bir arka plan olmadan kullanımını oldukça kolaylaştırır.

Uyuşturulmış bir görüntüleme seansı için, kornea hasarını önlemek için fare gözlerine göz merhemi uygulayın ve titreme kullanarak fare kafasını tıraş edin. Biraz depilasyon kremi sürün ve birkaç dakika sonra durulayın. Saçlar tamamen çıkarılana kadar bunu tekrarlayın.

Elektrokardiyogram kaydı için uzuvlara deri altı pimleri yerleştirin ve kafaya santrifüjlü ultrason jeli yerleştirin. Uyanık fare deneyleri için kafa fiksasyonu için bir ön ameliyat gereklidir. Uyuşturulduğu fareyi ve stereotaktik çerçeveyi 37 santigrat derecelik bir ısıtma yastığına yerleştirin.

Gözler için koruyucu jel uygulayın ve deri altından 26 kalibrelik bir iğne kullanarak kafa derisinin altına lidokin uygulayın, ardından birkaç dakika bekleyin. Oksipital kemiğin arkasından burun kemiğinin başına kadar sagittal sütürden sonra bir kesi yapın, ardından cildi her iki yarımküre üzerinde çıkarmak için cerrahi makas kullanın. Kafatasını yüzde bir iyot çözeltisi ile temizleyin ve kalan periosteumu çıkarın.

Kafa plakasını şablon olarak kullanarak, ankraj vidalarını konumlandırmak için kafatasındaki iki deliği işaretleyin. Kafa plakasını vidalarla yerleştirin ve implantın iyi tutunmasını sağlamak için vidaları ve kafa plakasını çerçevenin önüne ve arkasına sabitlemek için diş çimentosu kullanın. Çimento kuruduktan sonra hayvanı stereotaktik çerçeveden çıkarın ve kilogram atipamezol başına bir miligram deri altı enjeksiyonu ile anesteziyi tersine çevirin.

Ameliyat sonrası ağrı için profilaktik meloksikam uygular. Koruma için baş plakasının üzerine manyetik bir 3D baskılı kapak yerleştirin ve farenin mobil ev kafesine alışılmadan önce dört ila altı gün boyunca iyileşmesine izin verin. Hayvanı birkaç saat boyunca bir ısıtma yastığı üzerinde bir kurtarma kafesine yerleştirin, ardından fareyi çöp eşleriyle ev kafesine geri koyun.

Dördüncü ve beşinci iyileşme sonrası günde, fareyi tekrar tekrar mobil ev kafesine kenetleyin ve beş dakikadan başlayarak ve 30 dakikaya kadar kafa sabit süresini kademeli olarak artırın. Fareyi alışkanlık haline getirmek için görüntüleme penceresine biraz salin ve ultrason jeli uygulayın. Bu işlemi iyileşmeden sonra altıncı günde tekrarlayın.

Yazılımı başlatın ve bir deneme oturumu oluşturun. Navigasyon klavyesini kullanarak ultrason probunun konumunu ayarlamak için taşıma probu menüsüne gidin. Canlı görüntü alımını başlatın ve gerekirse hayvan serebral kan hacminin veya CBV'nin gerçek zamanlı görüntülemesi yoluyla prob konumunu ayarlayın.

Beyni görüntünün ortasına hizalayın, ardından en yüksek sinyal-gürültü oranını yakalamak için görüntüleme parametrelerini optimize edin. Edinme yazılımının Angio 3D seçeneğini açın. Önceden ayarlanmış panelde, tüm beyni taramak ve kazanımı başlatmak için ilk dilim, son dilim ve adım boyutu tarama parametrelerini ayarlayın.

Alma yazılımını açık bırakın ve veri analizi ve görselleştirme için yazılımı başlatın, ardından Angio 3D taramasını yükleyin. Üç görünüm panelini kullanarak alım hacminde gezinin ve koronal tarama yönünü, anteroposterior veya postural ön öğeyi seçin. Beyin kayıt paneline gidin ve kayıt işlemi için fare referans şablonını yükleyin.

Tam otomatik veya manuel kayıt modlarını kullanarak taramayı Allen Mouse Ortak Koordinatlar Çerçevesi'ne kaydedin. Angio 3D taramasının ve referans şablonunun süperpozisyona bakarak veya Atlas yöneticisi panelini kullanarak taramanın ve Allen Referans Atlası'nın süperpozisyona bakarak sonucu kontrol edin. Kaydı BPS dosyası olarak kaydedin.

ICO stüdyo yazılımında, anjiyografik taramanın ve BPS dosyasının yüklendiğinden emin olun. Beyin navigasyon paneline git. Atlas Yöneticisi panelinde, ana alt ağaç gezgini ile fare Allen Brain Atlas'ta gezinin.

Anatomik hedeflenen bölgeleri bulun ve bunları üç görünümde taramaya bindirmek için seçin. Üç görünüm panelinde hedeflenen bölgeleri görselleştirin ve ilgi çekici bölgeyi içeren koronal konuma manuel olarak iki işaretleyici ayarlayarak deneme için hedeflenen bölgelerle örtüşen bir görüntüleme düzlemi seçin. Hedeflenen düzlemi görüntülemek için prob konumuna karşılık gelen elde edilen motor koordinatlarını çıkarmak için Beyin Konumlandırma Sistemi'ne veya BPS'ye tıklayın.

Anjiyo taramasından hesaplanan görüntünün önizlemesini kontrol edin. ICO tarama yazılımında, prob konumlandırma panelini girin ve BPS koordinatlarını girin üzerine tıklayın, ardından çıkarılan koordinatları uygulayın, böylece probun hedeflenen görüntüleme düzleminde hareket etmesine ve hizalanmasına neden oldu. Canlı görüntü alma gerçekleştirin ve geçerli görüntüleme düzleminin tahmine karşılık gelip olmadığını kontrol edin.

Stimülasyon süresi, faiz stimülasyon süresi ve tekrar sayısı dahil olmak üzere stimülasyon dizisini önceden tanımlayın. Toplam edinme süresini, pozisyon sayısını ve pozisyonlar arasındaki ölü süreyi tanımlayarak bir 3D FUS dizisi çalıştırın. TTL girişi üzerinden alım sistemiyle senkronize edilen otomatik stimülasyon için, alıma başlamadan önce seçenekteki trigonometriyi seçin.

Satın alma işlemini ICO studio yazılımında açın ve etkinleştirme eşlemesi menüsüne girin, ardından etkinleştirme deseni alanını başlangıç ve bitiş saatleri ile doldurun ve etkinleştirme eşlemesini hesaplayın. Görselleştirme için görüntüleme parametrelerini ayarlayın ve etkinleştirme eşlemesini çevrimdışı çözümleme için H5 dosyası olarak dışa aktarın. Toplam edinme süresini, görüntüleme düzlemi konumlarının sayısını ve pozisyonlar arasındaki ölü zamanı tanımlayarak bir 3D FUS dizisi çalıştırın.

Satın almayı kaydedin ve ICO stüdyo yazılımına yükleyin. Gerekirse, BPS dosyasını ve Allen Fare Beyin Koordinasyon Çerçevesi'ni yükleyin. Atlas Yöneticisi'nde, Atlas'ın bölgelerini ilgi çekici bölgeler olarak seçin.

İşlevsel iletkenlik menüsünü girin ve istediğiniz bölgeleri ve yatırım getirisi yöneticisini seçin. Sonuçları bağlantı matrisi veya tohum tabanlı korelasyon haritası olarak görselleştirin, ardından bant genişliği filtrelerini istediğiniz gibi seçip ayarlayın ve istatistiksel analiz için korelasyon sonuçlarını dışa aktarın. Bu protokol, fare beyninde transkrani olarak serebral hemodinamik varyasyonların 3D nicelemesi için kullanılmıştır.

Bıyık stimülasyonu duyusal stimülasyon çağrılı yanıt örneği olarak seçilmiştir. Varsayılan fare hemodinamik yanıt işlevi kullanılarak genel doğrusal bir modelin veya GLM'nin çözünürlüğü ile önemli etkinleştirme belirlendi. Toplam deneme süresi 760 saniyeydi, 60 saniyelik bir taban çizgisi, 80 saniyelik bir uyarım ve 60 saniyelik bir iyileşme süresi beş kez tekrarlandı.

Kontrallateral primer somatosensör korteksin voksel açısından bir zaman seyrini kullanarak, varil alanı bölgesi veya S1BF, CBV'nin taban çizgisine kıyasla% 15 ila 20'lik bir artışını ortaya koydu. Aynı paradigma, ICO taramasının uyanık ön ayarı kullanılarak mobil ev kafesinde sabitlenmiş bir fareye uygulandı. Birden fazla bıyık stimülasyon denemesinden sonraki aktivasyon haritası burada gösterilmiştir.

Varsayılan fare hemodinamik yanıt fonksiyonu kullanılarak GLM'nin çözünürlüğü ile önemli etkinleştirme belirlendi. Zamansal korelasyonlar, ketamin ksilazine anestezi edilmiş bir farede 3D beyin bölgeleri arasındaki düşük frekanslı spontan CBV dalgalanmalarını normalleştirmişlerdir. Tohum bazlı analiz ve dorsal hipokampus, sağ ve sol hipokampus arasındaki önemli interhemisferik iletkenliğin yanı sıra daha derin retro hipokampal bölgeler ve piriform courtesies'i ortaya koydu.

S1BF'de seçilen bir tohum bölgesi de simetrik korelasyon deseni ile sonuçlandı. Başarılı deneyler için kritik nokta, hayvan hazırlığı, özellikle uyuşturulmış hayvanları içeren deneyler için anestezi seviyesi ve uyanık hayvanlardaki deneylerde bir kafatasının korunmasıdır. ABD, uyku, öğrenme veya davranışla ilgili temel sorularla uğraşan uyanık hayvanlarda önemli beyin fonksiyonlarını incelememizi sağladıysa, aynı zamanda ilaç keşfi için fonksiyonel bağlantının farmakolojik modülasyonu.