Name: Serbest hareket eden farede eş zamanlı odaklanmış ultrason nöromodülasyonu ve fiber fotometri kaydı (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-09-06T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 38 s
Description: Öğrenin, serbest hareket eden farelerde odaklanmış ultrason nöromodülasyonu ve fiber fotometri kaydı ile kalsiyum dinamiklerini ölçerek sinir aktivitesini nasıl değerlendirebilirsiniz. Bu yöntem, beyin bozuklukları için tedavi parametreleri geliştirmeye yardımcı olur.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Bu çalışma kısmen Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (32371151), Guangdong Üst Düzey İnovasyon Araştırma Enstitüsü (2021B0909050004), Hong Kong Araştırma Hibeleri Konseyi İşbirlikçi Araştırma Fonu (C5053-22GF), Genel Araştırma Fonu (15224323 ve 15104520), Hong Kong İnovasyon Teknolojisi Fonu (MHP/014/19), Hong Kong Politeknik Üniversitesi'nden (G-SACD ve 1-CDJM) iç finansman, ve Liaoning Eyaleti Doğa Bilimleri Vakfı - Devlet Anahtar Robotik Laboratuvarı Ortak Açık Fonu (2022-KF-22-03). Yazarlar, Hong Kong Politeknik Üniversitesi'nin Yaşam Bilimleri Üniversite Araştırma Tesisi (ULS) ve Davranışsal ve Sistem Sinirbilimi Üniversite Araştırma Tesisi'nin (UBSN) tesis ve teknik desteğine teşekkür eder.

Tüm prosedürler ve hayvan muamelesi, NSFC etik yönergelerine ve Guangdong İstihbarat Bilimi ve Teknolojisi Enstitüsü Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi'nin onaylanmış protokol gerekliliklerine uygundur.
1. Dönüştürücü hazırlığı
<ol><li>İç çapı 3 mm, dış çapı 7 mm ve merkez frekansı 500 kHz olan bir piezoelektrik plaka hazırlayın. NOT: Dış çap, hedeflenen spesifik beyin bölgesine göre ayarlanabilir ve stimülasyon doğruluğunu korurken ve fare kafatasının sınırını aşmadan maksimize edilmelidir.</li>
	<li>Epoksi gümüş macunu kullanarak teli piezoelektrik plakanın iki tarafına takın (Şekil 1). Epoksi gümüş macunu katılaştıktan sonra, yaklaşık 0 olduğundan emin olmak için telin her iki ucundaki direnci ölçmek için bir multimetre kullanın.</li>
	<li>Temiz bir cam levha yüzeyine bir kat çift taraflı bant uygulayın. Yüksekliği 8 mm, dış çapı 8 mm ve iç çapı 7,6 mm olan piezoelektrik plakaya ve bakır halkaya cam levhaya sıkıca yapıştırın. NOT: Bakır halkanın iç çapı, plakanın bakır halka tarafından kaplandığından emin olmak için piezoelektrik plakanın boyutuna göre belirlenir.</li>
	<li>Dış çapı 3 mm olan polipropilen boruyu piezoelektrik plakanın ortasına güvenli bir şekilde yerleştirin ve cam levhaya sıkıca yapıştırın (Şekil 1).</li>
	<li>Uygun miktarda epoksi reçine yapıştırıcısı hazırlayın ve vakumlayın. Tek kullanımlık bir şırınga kullanarak epoksiyi çıkarın ve yavaşça bakır halkaya enjekte edin. Epoksi katılaşana kadar yaklaşık 10 saat bekleyin (Şekil 1).</li>
	<li>Elektronik bir havya kullanarak iki telin gevşek uçlarını bayonet somun konektörüne lehimleyin. Cam levhayı çıkarın. Dönüştürücünün yüzeyini alkolle temizleyin (Şekil 1).</li>
</ol>2. FUN için raporlama parametreleri
<ol><li>Hidrofonu ve dönüştürücüyü deiyonize su ile dolu bir su tankına yerleştirin (Şekil 2A). Konumlandırma sisteminin merkezi ışınının (Z ekseni) dönüştürücü ekseni ile hizalandığından emin olun. Bu hizalama, ilk olarak, 2D tarama yoluyla odak düzleminde bir maksimum alan keşfedilerek elde edilebilir; ikincisi, net bir maksimuma sahip başka bir düzlemde bir alan maksimumunun belirlenmesi; üçüncü olarak, iki maksimumun X ve Y koordinatlarını karşılaştırmak ve ardından gerekirse dönüştürücünün konumunu ve/veya yönünü yinelemeli olarak ayarlamak28.</li>
	<li>Hidrofonun ucunu, dönüştürücünün yüzeyi ile 1 mm'lik bir mesafede ayarlayın, hidrofonu dönüştürücünün sağ kenarının ortasına yerleştirirken bu mesafeyi sabit tutun. XZ düzlemindeki serbest akustik alanı yakalamak için tarama programını başlatın (Şekil 2B). NOT: Hidrofonun yapım yöntemi şu adreste bulunabilir: https://github.com/HQArrayLab/Hydrophone_system_control.</li>
	<li>Uzamsal tepe basıncıyla ilişkili derinlikleri belirlemek için hidrofonu Z ekseni boyunca hareket ettirin. Bu deneyde, uzamsal tepe basıncı, dönüştürücünün yüzeyinden 3,4 mm uzaklıkta görünür; hidrofonu XY düzleminde dönüştürücünün sağ alt köşesine hareket ettirirken bu mesafeyi koruyun. XY düzlemindeki serbest akustik alanı yakalamak için tarama programını çalıştırın ve başlatın (Şekil 2B).</li>
	<li>Dönüştürücüyü, 4. adımda anlatıldığı gibi ameliyat geçirmiş bir farenin kafatasına yerleştirin. XZ düzleminde ve XY düzleminde (Şekil 2D) transkraniyal akustik alanı 2.1-2.3'te açıklandığı gibi hidrofon taraması yoluyla elde edin.</li>
	<li>Serbest akustik alan ve transkraniyal akustik alandaki uzamsal tepe bölgesi olan odak noktasındaki basınç genliklerini okuyun. Serbest akustik alanda odak noktasındaki basınç genliği 730k Pa ve transkraniyal akustik alanda 580k Pa'dır. Bu dönüştürücünün akustik alanının hedef beyin alanlarını kapsayıp kapsayamayacağını değerlendirmek için -3 dB'deki odak boyutlarını (Şekil 2C,E) ve transkraniyal akustik alan içindeki XY ve XZ düzlemleri üzerindeki konumu okuyun.</li>
	<li>Kavitasyonu azaltmak için FDA kılavuz belgesi tarafından 1.9'un altında olacak şekilde sınırlandırılan Mekanik İndeks'i (MI) hesaplayın. MI'nın hesaplanması şu denklemle verilir: <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/67090/67090eq01.jpg" style="margin: auto;">(1) burada pr,.3 , 0.3 dB cm-1 MHz-1'lik bir zayıflama katsayısı ile ayarlanan MPa cinsinden tepe-seyrekleşme basıncını temsil eder ve f0 , MHz cinsinden çalışma frekansıdır. Ölçülen transkraniyal alan tepe seyrekleşme basıncı, dönüştürücüden 3.4 mm uzaklıktaki 580 kPa, f0 500 kHz'dir, bu nedenle değeri düşmüş pr,.3 576.6 kPa'dır. MI 0.82'dir.</li>
	<li>FDA kılavuz belgesine göre düzlem yönünde 190 W/cm2'nin altında olması gereken uzamsal tepe nabız ortalama yoğunluğunu (Isppa) hesaplayın. Yoğunluğun hesaplanması şu denklemle verilir: <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/67090/67090eq02.jpg" style="margin: auto;">(2) burada psp (t) uzamsal tepe konumunda zamanla değişen akustik basınçtır, Z ortamın karakteristik akustik empedansıdır (yaklaşık 1.Yumuşak doku için 5 x 106 Rayl) ve PD nabız süresidir. Kare zarf söz konusu olduğunda, bu denkleme indirgenir: <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/67090/67090eq03.jpg" style="margin: auto;">(3) burada A, uzamsal tepe basınç genliğidir. Ultrason odaklı konumda ölçülen A 580 kPa'dır ve beynin Z'si yaklaşık 1.58 x 106 Rayls'tir, bu nedenle kare zarfın Isppa'sı 10.65 W/cm2 ve sinüzoidal zarfın Ispa'sı 10.65 W/cm2'dir.</li>
	<li>FDA kılavuz belgesi tarafından düzlem yönünde 430 mW/cm2'nin altında olacak şekilde sınırlandırılan uzamsal tepe zaman-ortalama yoğunluğunu (Ispta) hesaplayın. Yoğunluğun hesaplanması şu denklemle verilir: <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/67090/67090eq04.jpg" style="margin: auto;">(4) burada T, ortalamanın hesaplandığı zaman periyodudur. Kare zarf söz konusu olduğunda, bu denkleme indirgenir: <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/67090/67090eq05.jpg" style="margin: auto;">(5) DCdarbe treni , darbenin görev döngüsüdür. Burada, sürekli dalgalar kullanıldığı için DC darbe dizisi %1'dir, bu nedenle Ispta, kare bir zarf için uzamsal tepe darbe ortalama yoğunluğuna, 106.5 mW/cm2'ye eşittir. MI, Isppa ve Ispta yazılım kullanılarak hesaplanabilir (Şekil 3A). Kolay kullanım için MATLAB tabanlı bir kod https://github.com/HQArrayLab/Ultrasound_Parameter_Caculation adresinde bulunabilir.</li>
	<li>Amaksimum, darbe süresi, darbe tekrarlama aralığı, darbe dizisi süresi ve zarf dahil olmak üzere darbe zamanlama parametrelerini bildirin (Şekil 3B).</li>
</ol>3. Hayvanın ameliyata hazırlanması
<ol><li>Yaklaşık ağırlığı yaklaşık 20 g olan 8 haftalık erkek GCaMP6s transgenik fareler ağırlığında. Steril salin içinde 10 mg / mL'de ketamin ve 2 mg / mL'de ksilazin içeren bir çözelti hazırlayın. Ketamin / ksilazin çözeltisini, 26G iğne ve 1 mL tek kullanımlık şırınga kullanarak 100 mg / kg ketamin ve 20 mg / kg ksilazin dozunda intraperitoneal enjeksiyon ile uygulayın. Hayvan, ayak parmağını çimdikleme gibi ağrılı uyaranlara yanıt vermediğinde cerrahi hazırlığa başlayın.</li>
	<li>Hayvanın kafasındaki tüyleri kesmek için bir fader kullanın ve cerrahi işlemden önce alanı p etanol ve povidon-iyot ile dezenfekte edin.</li>
	<li>Fareyi stereotaksik çerçeve üzerinde yüzüstü pozisyona getirin ve kafatasının düz olduğundan emin olun. Nemi korumak için hayvanın gözlerinin üzerine koruyucu bir oftalmik merhem sürün.</li>
</ol>4. Cerrahi prosedür
<ol><li>Oksipital kemikten başlayarak burun kemiğinin başlangıcına kadar sagital sütür boyunca bir kesi yapın. Her iki yarım küreyi kaplayan cildi çıkarmak için cerrahi makas kullanın.</li>
	<li>Kafatasını temizlemek ve kalan periosteuumu ortadan kaldırmak için steril salin kullanın.</li>
	<li>Mikro gözenekler oluşturmak için yaklaşık 2 s-3 saniye boyunca pamuklu çubuk kullanarak açıkta kalan kafatasına% 3 hidrojen peroksit uygulayın. Steril tuzlu su ile iyice durulayın ve alanın tamamen kuru olduğundan emin olun.</li>
	<li>Bregma ve lambda ile hizalanmış stereotaksik atlas tarafından belirlenen beyin alanı konumunun üzerinde steril, otoklavlı bir matkap ucu kullanarak 0,6 mm çapında bir çapak deliği kraniyotomi oluşturun. Kalıntıları steril tuzlu suyla yıkayın ve iyice kurumasını sağlayın. Herhangi bir dokuya zarar vermemeye dikkat edin.</li>
	<li>Fiber optik yüksüğü (implant) prob tutucuya yerleştirin ve stereotaksik kola bağlayın.</li>
	<li>Stereotaksik kolu kullanarak implantı doğrudan ilgilenilen bölgenin üzerine hizalayın. Optik fiberi beyin dokusuna yerleştirirken, fiberi yaklaşık 2 mm/dk hızında yavaşça ilerletin.</li>
	<li>Kafatası boyunca kolay uygulama sağlayan bir viskozite elde etmek için diş çimentosunu karıştırın. Kafatası üzerine ve implantın alt kısmına ince bir diş çimentosu tabakası yaymak için steril bir kürdan kullanın. Tamamen kurumasını bekleyin.</li>
	<li>Prob tutucuyu dikkatli bir şekilde ayırın. 3 mm yüksekliğinde, dış çapı 3 mm ve iç çapı 2,6 mm olan bir polipropilen boru hazırlayın ve ardından boruyu uzunluğu boyunca kesin.</li>
	<li>Boruyu cımbız kullanarak implantın altına takın. Fiber optik sinyali kaydetmek için implantın üzerinde yeterli uzunluk sağlayarak diş çimentosu tozunu boruya dökün. Gerekli sıvıyı ekleyin ve diş çimentosunun katılaşması için birkaç dakika bekleyin.</li>
	<li>Borunun açıklığını bulun ve cımbız kullanarak boruyu çıkarmak için dikkatlice sıkıştırın. Diş çimentosu karışımını uygulama için hazırlayın, kafatası boyunca eşit ve ince bir tabaka yayılmasını sağlayın. Kafatası üzerinde mümkün olduğunca fazla yüzey alanını diş çimentosu ile kaplayın. Diş çekirdeğinin katılaşması için birkaç dakika bekleyin. NOT: Diş çimentosunun farenin derisi ile temas etmesine izin vermeyin.</li>
	<li>3D baskılı halkaya, ufukta eşit olarak bölünmüş, 7 mm yüksekliğinde, dış çapı 10 mm ve iç çapı 8,4 mm olan üç delik (1 mm çapında) açın. Vidaları (1 mm uzunluğunda) ilgili deliklerine sabitleyin.</li>
	<li>İmplantın üst kısmını önceden üretilmiş dönüştürücünün deliğine yerleştirin. 3D yazdırılmış halkanın iç duvarının pürüzsüz olduğundan emin olun ve ardından fare kafatası üzerine yerleştirilmiş dönüştürücünün etrafına yerleştirin. Dönüştürücünün halka içinde ortalandığından emin olun.</li>
	<li>Halka ile kafatası arasındaki bağlantıya diş çimentosu uygulayın, ardından diş çimentosunun katılaşması için birkaç dakika bekleyin. Diş çimentosunu dönüştürücü ile kafatası arasındaki bağlantıya yerleştirmekten kaçının.</li>
	<li>Dönüştürücüyü dikkatlice çıkarın ve vidaları iyice sıkın. Fareyi sıcak bir kafese aktarın ve orijinal kafesine geri koymadan önce tamamen iyileşene kadar izlendiğinden emin olun.</li>
	<li>Ameliyattan sonra, analjezi için deri altı Carprofen (2 mg / kg) uygulayın ve iltihabı ve ağrıyı yönetmek için her 24 saatte bir 3 gün boyunca devam edin. Hayvanları herhangi bir sıkıntı, anormal kilo kaybı, ağrı veya enfeksiyon belirtisi açısından günlük olarak izleyin. Normalde, ameliyattan sonraki 3. güne kadar , tüm fareler normal davranış sergilemelidir. 3. günden sonra bir farede herhangi bir sıkıntı veya hastalık belirtisi gözlenirse, ötenazi için kurumsal yönergeleri izleyin.</li>
</ol>5. Stimülasyon ve sinyal kaydı
<ol><li>Ameliyattan 7 gün sonra, gaz anestezi makinesine giden oksijen beslemesini açın ve gaz akışını 300-500 mL / dk'ya ayarlamak için oksijen akış regülatörünü ayarlayın.</li>
	<li>Fareyi indüksiyon odasına yerleştirin ve maskeye giden anestezik gaz dağıtımını kapatın. Uygun anestezik konsantrasyonu (%2 - %2,5) ayarlamak için buharlaştırıcı kadranını çevirin.</li>
	<li>Fare uyuşturulduktan sonra, anestezik bir maske ile stereotaksik çerçeveye yerleştirin. Anestezik gazın anestezik maskeye akmasına izin vermek için indüksiyon hattını kapatın. Uygun idame anestezik konsantrasyonunu ayarlayın (% 1 -% 1.5).</li>
	<li>İmplantın üst yüzeyini alkolle temizleyin ve ardından fiber optik yama kablosunu hazırlanan dönüştürücünün ortasına yerleştirin.</li>
	<li>Kafatasını nemlendirmek için 26G iğne ve 1 mL tek kullanımlık şırınga kullanarak implant ile 3D baskılı halka arasındaki boşluğa su enjekte edin. Fazla suyu emmek için kağıt havlu kullanın.</li>
	<li>Ultrasonun dönüştürücüden beyne kolay yayılmasını kolaylaştırmak için 26G iğne ve 1 mL tek kullanımlık şırınga kullanarak implant ile 3D baskılı halka arasındaki boşluğa bir birleştirme maddesi enjekte edin.</li>
	<li>İmplantı fiber optik yama kablosuna bağlayın. Dönüştürücüyü bir birleştirme maddesi ile doldurulmuş alana dikkatlice yerleştirin ve vidaları güvenli bir şekilde sıkın.</li>
	<li>Fareyi açık bir alana yerleştirin ve uyanmasına izin verin. Dönüştürücüyü ultrasonik uyarma sistemine takın ve fiber optik yama kablosunu fiber optik kayıt sistemine bağlayarak fare için hareket özgürlüğü sağlayın. NOT: Fiber optik patch kablonun uzunluğu 2m ve çapı 1.25 mm'dir. 405 kanalı için ışık yoğunluğu 20 μW ve 470 kanalı için 40 μW'dir.</li>
	<li>Ultrasonik nöral modülasyonu fiber optik sinyal kaydı ile senkronize etmek için hem ultrasonik uyarma cihazını hem de fiber optik kayıt sistemini etkinleştirin.</li>
</ol>

Serbest Hareket Eden Farelerde FUN ve Fiber Fotometri için Entegre Protokol

<ol><li>Wang, J. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Focused+ultrasound+for+noninvasive%2C+focal+pharmacologic+neurointervention%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Focused ultrasound for noninvasive, focal pharmacologic neurointervention.</a> Front Neurosci. 14, 514541(2020).</li>
<li>Bystritsky, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+review+of+low-intensity+focused+ultrasound+pulsation%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+stimulation%22%5BJournal%5D)">A review of low-intensity focused ultrasound pulsation.</a> Brain stimulation. 4 (3), 125-136 (2011).</li>
<li>Di Ianni, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-throughput+ultrasound+neuromodulation+in+awake+and+freely+behaving+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+stimulation%22%5BJournal%5D)">High-throughput ultrasound neuromodulation in awake and freely behaving rats.</a> Brain stimulation. 16 (6), 1743-1752 (2023).</li>
<li>Legon, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transcranial+focused+ultrasound+modulates+the+activity+of+primary+somatosensory+cortex+in+humans%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Transcranial focused ultrasound modulates the activity of primary somatosensory cortex in humans.</a> Nat Neurosci. 17 (2), 322-329 (2014).</li>
<li>Badran, B. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sonication+of+the+anterior+thalamus+with+mri-guided+transcranial+focused+ultrasound+%28tfus%29+alters+pain+thresholds+in+healthy+adults%3A+A+double-blind%2C+sham-controlled+study%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+stimulation%22%5BJournal%5D)">Sonication of the anterior thalamus with mri-guided transcranial focused ultrasound (tfus) alters pain thresholds in healthy adults: A double-blind, sham-controlled study.</a> Brain stimulation. 13 (6), 1805-1812 (2020).</li>
<li>Yaakub, S. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transcranial+focused+ultrasound-mediated+neurochemical+and+functional+connectivity+changes+in+deep+cortical+regions+in+humans%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Comm%22%5BJournal%5D)">Transcranial focused ultrasound-mediated neurochemical and functional connectivity changes in deep cortical regions in humans.</a> Nat Comm. 14 (1), 5318(2023).</li>
<li>Murphy, K. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+tool+for+monitoring+cell+type-specific+focused+ultrasound+neuromodulation+and+control+of+chronic+epilepsy%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci%22%5BJournal%5D)">A tool for monitoring cell type-specific focused ultrasound neuromodulation and control of chronic epilepsy.</a> Proc Natl Acad Sci. 119 (46), e2206828119(2022).</li>
<li>Niu, X., Yu, K., He, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transcranial+focused+ultrasound+induces+sustained+synaptic+plasticity+in+rat+hippocampus%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Stimulation%22%5BJournal%5D)">Transcranial focused ultrasound induces sustained synaptic plasticity in rat hippocampus.</a> Brain Stimulation. 15 (2), 352-359 (2022).</li>
<li>Tufail, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Transcranial+pulsed+ultrasound+stimulates+intact+brain+circuits%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Transcranial pulsed ultrasound stimulates intact brain circuits.</a> Neuron. 66 (5), 681-694 (2010).</li>
<li>Yang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Induction+of+a+torpor-like+hypothermic+and+hypometabolic+state+in+rodents+by+ultrasound%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Metabol%22%5BJournal%5D)">Induction of a torpor-like hypothermic and hypometabolic state in rodents by ultrasound.</a> Nat Metabol. 5 (5), 789-803 (2023).</li>
<li>Kubanek, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Remote%2C+brain+region-specific+control+of+choice+behavior+with+ultrasonic+waves%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Adv%22%5BJournal%5D)">Remote, brain region-specific control of choice behavior with ultrasonic waves.</a> Sci Adv. 6 (21), 4193(2020).</li>
<li>Deffieux, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Low-intensity+focused+ultrasound+modulates+monkey+visuomotor+behavior%5BTitle%5D)+AND+%22Curr+Biol%22%5BJournal%5D)">Low-intensity focused ultrasound modulates monkey visuomotor behavior.</a> Curr Biol. 23 (23), 2430-2433 (2013).</li>
<li>Gaur, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Histologic+safety+of+transcranial+focused+ultrasound+neuromodulation+and+magnetic+resonance+acoustic+radiation+force+imaging+in+rhesus+macaques+and+sheep%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+stimulation%22%5BJournal%5D)">Histologic safety of transcranial focused ultrasound neuromodulation and magnetic resonance acoustic radiation force imaging in rhesus macaques and sheep.</a> Brain stimulation. 13 (3), 804-814 (2020).</li>
<li>Fouragnan, E. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+macaque+anterior+cingulate+cortex+translates+counterfactual+choice+value+into+actual+behavioral+change%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Neurosci%22%5BJournal%5D)">The macaque anterior cingulate cortex translates counterfactual choice value into actual behavioral change.</a> Nat Neurosci. 22 (5), 797-808 (2019).</li>
<li>Folloni, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrasound+neuromodulation+of+the+deep+brain%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Ultrasound neuromodulation of the deep brain.</a> Science. 377 (6606), 589-589 (2022).</li>
<li>Verhagen, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Offline+impact+of+transcranial+focused+ultrasound+on+cortical+activation+in+primates%5BTitle%5D)+AND+%22Elife%22%5BJournal%5D)">Offline impact of transcranial focused ultrasound on cortical activation in primates.</a> Elife. 8, e40541(2019).</li>
<li>Yang, P. -F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neuromodulation+of+sensory+networks+in+monkey+brain+by+focused+ultrasound+with+mri+guidance+and+detection%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Neuromodulation of sensory networks in monkey brain by focused ultrasound with mri guidance and detection.</a> Sci Rep. 8 (1), 7993(2018).</li>
<li>Yu, K., Niu, X., Krook-Magnuson, E., He, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intrinsic+functional+neuron-type+selectivity+of+transcranial+focused+ultrasound+neuromodulation%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Comm%22%5BJournal%5D)">Intrinsic functional neuron-type selectivity of transcranial focused ultrasound neuromodulation.</a> Nat Comm. 12 (1), 2519(2021).</li>
<li>Zhu, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+mechanosensitive+ion+channel+piezo1+contributes+to+ultrasound+neuromodulation%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci%22%5BJournal%5D)">The mechanosensitive ion channel piezo1 contributes to ultrasound neuromodulation.</a> Proc Natl Acad Sci. 120 (18), e2300291120(2023).</li>
<li>Chen, T. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrasensitive+fluorescent+proteins+for+imaging+neuronal+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Ultrasensitive fluorescent proteins for imaging neuronal activity.</a> Nature. 499 (7458), 295-300 (2013).</li>
<li>Shen, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((M4+muscarinic+receptor+signaling+ameliorates+striatal+plasticity+deficits+in+models+of+l-dopa-induced+dyskinesia%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">M4 muscarinic receptor signaling ameliorates striatal plasticity deficits in models of l-dopa-induced dyskinesia.</a> Neuron. 88 (4), 762-773 (2015).</li>
<li>Dana, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-performance+calcium+sensors+for+imaging+activity+in+neuronal+populations+and+microcompartments%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Meth%22%5BJournal%5D)">High-performance calcium sensors for imaging activity in neuronal populations and microcompartments.</a> Nat Meth. 16 (7), 649-657 (2019).</li>
<li>Inoue, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rational+engineering+of+xcamps%2C+a+multicolor+geci+suite+for+in+vivo+imaging+of+complex+brain+circuit+dynamics%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">Rational engineering of xcamps, a multicolor geci suite for in vivo imaging of complex brain circuit dynamics.</a> Cell. 177 (5), 1346-1360 (2019).</li>
<li>Legaria, A. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Fiber+photometry+in+striatum+reflects+primarily+nonsomatic+changes+in+calcium%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Fiber photometry in striatum reflects primarily nonsomatic changes in calcium.</a> Nat Neurosci. 25 (9), 1124-1128 (2022).</li>
<li>Kamimura, H. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Focused+ultrasound+neuromodulation+of+cortical+and+subcortical+brain+structures+using+1.9+mhz%5BTitle%5D)+AND+%22Med+Phys%22%5BJournal%5D)">Focused ultrasound neuromodulation of cortical and subcortical brain structures using 1.9 mhz.</a> Med Phys. 43 (10), 5730-5735 (2016).</li>
<li>Xian, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modulation+of+deep+neural+circuits+with+sonogenetics%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci%22%5BJournal%5D)">Modulation of deep neural circuits with sonogenetics.</a> Proc Natl Acad Sci. 120 (22), e2220575120(2023).</li>
<li>Mohammadjavadi, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Elimination+of+peripheral+auditory+pathway+activation+does+not+affect+motor+responses+from+ultrasound+neuromodulation%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+stimulation%22%5BJournal%5D)">Elimination of peripheral auditory pathway activation does not affect motor responses from ultrasound neuromodulation.</a> Brain stimulation. 12 (4), 901-910 (2019).</li>
<li>Harris, G. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrophone+measurements+for+biomedical+ultrasound+applications%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Ultrasonics+Ferroelect+Freq+Cont%22%5BJournal%5D)">Hydrophone measurements for biomedical ultrasound applications: A review.</a> IEEE Trans Ultrasonics Ferroelect Freq Cont. 70 (2), 85-100 (2022).</li>
</ol>

Yazarların açıklanacak herhangi bir çıkar çatışması yoktur.

Bu yaklaşım, FUN'ı optik fotometri kaydı ile birleştirerek fare beyin fonksiyonunun ve in vivo FUN mekanizmasının araştırılmasını sağlar. Dönüştürücü imalatından cerrahi prosedürlere kadar tüm operasyonel süreç ana hatlarıyla belirtilmiştir ve araştırmacıların saha dışından bağımsız olarak FUN gerçekleştirmelerine olanak tanır.
Protokolün en önemli yönlerinden biri, optik implantın dönüştürücüye düzgün bir şekilde yerleştirilmesini sağlamak, kafatasındaki diş çimentosu beyne ultrason penetrasyonu için yeterince ince olması, optik implantın deney sırasında yerinden çıkmasını önlemek için kafatasına güvenli bir şekilde bağlanması ve dönüştürücünün enerji çıkışının etkili nöromodülasyon için yeterli olmasıdır. İmplantı çevreleyen diş çimentosunun kalınlığı, dönüştürücü deliğinin çapına eşit veya daha az olmalıdır. Bu nedenle, hem dönüştürücü imalat süreci hem de ameliyat için aynı polipropilen borunun kullanılması tavsiye edilir. Polipropilen boru diş çimentosuna yapışmadığından, polipropilen borunun kolay çıkarılmasını kolaylaştırmak için diş çimentosunu implantın etrafına yandan bir kesi ile kalıplamak için seçilir.
Elektrofizyolojik kayıt ve optik fotometri kaydı, beyin aktivitesini in vivo olarak izlemek için yaygın olarak kullanılan teknolojilerdir ve yüksek zamansal-uzamsal çözünürlük sunar. Bununla birlikte, elektrofizyolojik kayıt, doğrudan elektrotlara bağlı nöronlardan gelen ateşleme aktivitesi sinyalini yakalar. Ultrason dalgaları elektrotları doğrudan titreştirerek gereksiz kafa karıştırıcı etkilere neden olabilir. Neyse ki, daha az invaziv olan fiber fotometri teknolojisi, altındaki nöronların aktivitesini yakalar ve bu da ultrason titreşiminin implant 7,19,26 üzerindeki kafa karıştırıcı etkisini azaltabilir. Sonuç olarak, serbest hareket eden farelerde eşzamanlı odaklanmış ultrason nöromodülasyonu ve fiber fotometri kaydı teknolojisi, ultrasonik nöromodülasyonun in vivo mekanizmalarının incelenmesine izin verir ve anestezinin müdahalesi olmadan farelerin davranışsal tepkilerinin gözlemlenmesini sağlar.
Bununla birlikte, fiber fotometrinin uzamsal çözünürlüğü, hücre altı ve mikro devrelerin aktivitesini izleyemediği için sınırlıdır24. Ayrıca, nöronal aktivite tarafından üretilen elektrik sinyallerini doğrudan kaydetmediği için nöronal aktivitenin dolaylı bir temsilini sağlar.

Odaklanmış ultrason nöromodülasyonu (FUN), beyin fonksiyonunun ve organizasyonunun büyük potansiyele sahip keşfedilmesini sağlayan umut verici ve çok yönlü bir nöromodülasyon aracı olarak ortaya çıkmıştır1. FUN, akustik enerjiyi beyin dokusu içindeki herhangi bir pozisyona noninvaziv olarak kesin bir hassasiyetle iletebilir2. Derin beyin yapısındaki nöroaktiviteyi, yüksek uzay-zamansal özgüllükle, güvenli ve noninvaziv bir şekilde geçici ve geri dönüşümlü olarak modüle etme yeteneği, mevcut klinik nöromodülasyon tekniğini tamamlayan çekici bir özellik sunar3. Etkili FUN'un gösterilmesi hem insan deneklerde 4,5,6 hem de küçük 7,8,9,10 ve büyük türler 11,12,13,14,15,16,17'yi kapsayan çeşitli hayvan modellerinde doğrulanmıştır.
FUN sırasında nöroaktivite izleme yoluyla FUN'ın belirli nöral tipler üzerindeki etkisini gözlemleyerek, bu sürecin arkasındaki mekanizmayı inceleyebiliriz18,19. Genetik olarak kodlanmış kalsiyum göstergelerine (GECI'ler) dayalı fiber fotometri, in vivo olarak hücre tipine özgü popülasyon aktivitesini izlemek için çok yönlü bir yöntem olarak son on yılda yaygın olarak kullanılmaktadır 20,21,22,23,24. Bu nedenle, FUN ve fiber fotometrinin aynı anda uygulanması, kapsamlı FUN anlayışımızı önemli ölçüde zenginleştirebilir. Bununla birlikte, hacimli tek dönüştürücülerin kullanılması bir çerçeveye fiksasyonu gerektirirken, hayvanların anesteziye tabi tutulması ve stereotaksik bir çerçevede hareketsiz hale getirilmesi gerekir 7,19,25,26. Bu yaklaşım, algı, biliş ve davranış değerlendirmesi ile ilgili belirli deney türleri için uygun olmayabilir. Farelerin mobilizasyonunu engellemeden FUN ve fiber fotometrinin birleştirilmesini kolaylaştıran bir protokol oluşturmak çok önemlidir7.
Bu çalışmada, tek bir dönüştürücünün hazırlanması ve farelere geçici olarak sabitlenmesi yönteminin yanı sıra, dönüştürücünün 7,19,26 düzgün geçişini kolaylaştırmak için bir fiber optik implantın güvenli bir şekilde sabitlenmesi yöntemini sorunsuz ve zarif bir şekilde tamamlamak için önceki çalışmalarımızda kullanılan rafine bir protokol sunuyoruz. Araştırmacıların, sınırsız farelerde ultrason tarafından modüle edilen nöroaktiviteyi kaydetmelerine olanak tanır. İşitsel karışıklığı azaltmak için sinüzoidal zarf gibi daha yumuşak bir zarf seçtik27. Bu protokolün uygulanabilirliği, FUN sırasında serbest hareket eden farelerin ön talamik çekirdeğindeki nöroaktivitenin eşzamanlı olarak kaydedilmesiyle doğrulanır. Dönüştürücünün enerjisinin nöromodülasyonu elde etmek için yeterli olduğunu ve fiber optik implant ve dönüştürücü için sabitleme yöntemlerinin stabilitelerini sağlayabileceğini gösterir.

<table><tbody><tr><td>1ml tek kullanımlık şırınga</td><td>ÇİFT GÜVERCİN</td><td>1ml</td><td>Enjeksiyon iğneleri</td></tr><tr><td>26 gauge iğne</td><td>Jin mao</td><td>JM-J02</td><td>Hazırlık iğneleri</td></tr><tr><td>%70 etanol</td><td>Dong de alcohol&nbsp;</td><td>0.7</td><td></td></tr><tr><td>Dezenfekte edin alkol</td><td>Dong de alcohol&nbsp;</td><td>0.75</td><td>Dönüştürücü yüzeyini temizleyin</td></tr><tr><td>Bayonet Somun Konektörü</td><td>Risym</td><td>75-5</td><td>Bağlantı telinin diğer ucu ultrasonik uyarma cihazı</td></tr><tr><td>bakır halkasına</td> bağlanır <td>Guowei Metal</td><td>Malzemeler Dış çap, duvar kalınlığı, yükseklik (8 mm, 0,2 mm, 8 mm)</td> Dönüştürücü tek kullanımlık şırınganın <td>dış koruyucu kılıfı</td></tr><tr><td></td><td>ÇİFT GÜVERCİN</td><td>1ml</td><td>Epoksi reçinenin solunması, bakır boruya hassas küçük miktarların enjekte edilmesine izin verir</td></tr><tr><td>, çift taraflı bant</td><td>3M</td><td>3M55236</td><td>Elektronik</td></tr><tr><td>havya</td><td>Victor</td><td>868A+</td> <td>lehimlenmiş teller BNC</td></tr><tr><td>epoksi reçine tutkalı</td><td>Kraft</td><td>K 9741'e</td> <td>bağlanırDönüştürücü epoksi gümüş macunun arkasını kapatın</td></tr><tr><td></td><td>Vonroll</td><td>CB-052</td><td>Tel, piezoelektrik seramik levhanın pozitif ve negatif kutuplarına tutturulur ve direnç düşük tutulur</td></tr><tr><td>;</td><td>JOQO</td><td>YP-7021</td> Fare gazı anestezi makinesinin <td>baş kıllarını çıkarın</td></tr><tr><td></td><td>RWD</td><td>R500</td><td>Farelerde anestezi için kullanılır</td></tr><tr><td>cam levha</td><td>Kare cam</td><td>80mm * 80mm</td><td>Piezoelektrik seramikleri ve telleri yerleştirmek için geçici bir çalışma yüzeyi, cam plakanın yüzeyini çift taraflı bantla kaplamak için</td></tr><tr><td>kullanılabilir ketamin / ksilazin ve nbsp;</td><td>Shutai / shengxin</td><td>Zoletil 50 / 2ml * 10</td><td>Fareyi uyuşturun</td></tr><tr><td>tıbbi birleştirme ajanı</td><td>Bestman</td><td>120g</td><td>Couplant, ultrason sinyalini iletmek için bir ortam görevi görür</td></tr><tr><td>fare</td><td>Bai shi tong</td><td>GCaMp6</td><td>Test konusu</td></tr><tr><td>oftalmik merhem</td><td>Yun Zhi</td>% <td>0.5 x 2.5 g x1</td><td>Körlüğü önlemek için göz bölgesini nemlendirir</td></tr><tr><td>&nbsp; piezoelektrik plaka</td><td>Jiaming Elektronik Fabrikası</td><td>Çap, gözenek, kalınlık (7mm, 3mm, 3.56mm)</td><td>Elektrik enerjisi ultrason şeklinde yayılır</td></tr><tr><td>polipropilen boru</td><td>Baihao Boru Fabrikası</td><td>Dış çap, iç çap, uzunluk (3mm, 2mm, 500mm)</td><td>Epoksi reçinenin delikleri tıkamasını ve deliklerden çıkmasını önleyin</td></tr><tr><td>povidon-iyot</td><td>lefeke</td><td>500ml</td><td>Dezenfekte</td></tr> <tr><td>edinFiber</td><td>Thinker Tech Nanjing Biotech'in</td> sinyal kaydı <td>Üç renkli tek kanallı fiber optik kayıt sistemi</td><td>Fiber fotometri sinyallerini kaydedin</td></tr><tr><td>stereotaksik çerçeve</td><td>RWD</td><td>68805</td><td>Farenin kafasını sabitleyin ve beyin bölgesini lokalize</td></tr> edin <tr><td>steril salin</td><td>Shijiazhuang si yao</td><td>500ML, 4.5g</td><td>Bir çözücü olarak, ultrasonun ilaç</td></tr><tr><td>stimülasyonunu çözer&nbsp;</td><td>Derin Beyin Teknolojisi</td><td>DB-USNM</td> Dönüştürücü tartı <td>makinesine kararlı giriş sağlar</td></tr><tr><td></td><td>Qin bo shi</td><td>1718</td><td>Fare telini tartın</td></tr><tr><td></td><td>Jinpeng Kablo Fabrikası</td><td>0.3mm 2 </td> <td>Dönüştürücüye voltaj verilir</td></tr></tbody></table>

serbest hareket eden farede eş zamanlı odaklanmış ultrason nöromodülasyonu ve fiber fotometri kaydı

Simultaneous Focused Ultrasound Neuromodulation and Fiber Photometry Recording in Free-Moving Mouse

Fokuslu ultrason nöromodülasyonu (FUN), derin beyin bölgelerindeki nöronal devrelerin non-invaziv pertürbasyonu için umut verici bir yaklaşımı temsil eder. Beyin fonksiyonlarını in vivo olarak izlemek için mevcut yöntemlerin çoğu ile uyumludur. Beyin fonksiyon kayıt modaliteleri ile entegrasyon, yalnızca kapalı döngü geri bildirimle belirli beyin fonksiyonlarının düzenlerini ve bozukluklarını ele almamızı sağlamakla kalmaz, aynı zamanda bize FUN'ın kendisi hakkında mekanik içgörüler sağlar. Burada, serbest hareket eden farelerde FUN ve fiber fotometri GCaMP6s floresan kaydının aynı anda uygulanması için değiştirilmiş, basit, güvenilir ve sağlam bir protokol sunuyoruz. Bu, iyi boyutlandırılmış tek bir dönüştürücünün üretilmesini ve fareler üzerine geçici olarak yerleştirilmesini ve dönüştürücünün düzgün geçişini kolaylaştırmak için bir fiber optik implantın güvenli bir şekilde sabitlenmesini içerir. FUN ve fiber fotometrinin kombinasyonu, derin beyin bölgelerinde gerçek zamanlı olarak FUN üzerine nöral devre tepkilerinin optik olarak kaydedilmesini sağlar. Bu protokolün etkinliğini göstermek için, fareler serbestçe hareket ederken FUN sırasında ön talamik çekirdekteki nöroaktiviteyi kaydetmek için bir örnek olarak Thy1-GCaMP6s fareleri kullanıldı. Bu protokolün hem sinirbilim alanında hem de biyomedikal ultrason alanında FUN'un yaygın kullanımını teşvik edebileceğine inanıyoruz.

Dönüştürücü yüzeyinden 3.4 mm uzakta bulunan XY düzlemi ve XZ düzlemi üzerindeki serbest akustik alandaki akustik basınç dağılımı, farenin ön talamik çekirdeğinin konumuna karşılık gelir, Şekil 2B,C'de gösterilmiştir. Bu ölçümler, XY alanında ve XZ alanında hidrofon taraması yoluyla elde edildi. Transdüser yüzeyinden 3.4 mm uzaklıkta bulunan XY düzlemi ve XZ düzlemi üzerindeki transkraniyal akustik alandaki akustik basınç dağılımı Şekil 2D,E'de gösterilmiştir. 500 kHz merkez frekansı için ölçülen serbest akustik basınç 730 kPa ve ölçülen transkraniyal akustik basınç 580 kPa'dır. Ölçülen kafatasının kalınlığı ortalama olarak yaklaşık 0,2 mm'dir. Dağılım ilişkisinin yaklaşık olarak doğrusal olduğunu varsayıyoruz, bu nedenle kafatasının zayıflama katsayısı 19.98 dB/cmMHz'dir. Yaklaşık 1,66 g ağırlığındaki hafif dönüştürücü, farenin kolayca hareket etmesini sağlayarak, farenin tepki davranışının FUN ve hareket izi altında gözlemlenmesini kolaylaştırır.
Fiber optik sinyaller, zarf sırasıyla kare ve sinüzoidal olacak şekilde FUN (Şekil 4B,D) altında kaydedildi. Deneyde beş erkek fare kullanıldı. Kare 300 ms sürerken, sürekli sinüzoidal 471 ms sürdü, bu da toplam enerjinin iki farklı FUN'da aynı olmasını sağlayabilir (Şekil 4A, C). Fiber optik sinyaldeki bir artış, nöral aktivitede bir artış olduğunu gösterir. Nöral tepki, FUN altında hızlıdır, bu da dönüştürücünün yeterli enerjiye ve mükemmel odaklama yeteneklerine sahip olduğunu düşündürür.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67090/67090fig01.jpg"> Şekil 1: Dönüştürücünün üretim süreci. Bu da, bir piezoelektrik levhanın bir tele bağlanmasını ve ardından paketlenmesini içerir. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67090/67090fig01large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67090/67090fig02v2.jpg"> Şekil 2: Ultrasonik dönüştürücü için ultrason alan ölçüm kurulumu ve karakterizasyonu. (A) Ultrason alanı ölçümü için kurulum, bir hidrofon, motor sistemi, kontrol yazılımı, sinyal üreteci ve osiloskop içerir. (B, D) Serbest ve transkraniyal akustik alanlarda ultrasonik dönüştürücü ölçümlerinin şematik diyagramı ve transvers ve longitudinal ses alanı ölçümlerinin sonuçları. (C, E) Kırmızı çizgi -3 dB konumundaki ses alanını gösterecek şekilde, dönüştürücü odak konumundaki enine ses alanının diyagramı. (F, G) Dönüştürücü için hidrofon tarafından ölçülen çıkışın dalga formu diyagramı. Kırmızı kesikli kutu içindeki alan ve mavi kesikli kutu içindeki alan, sırasıyla dalga formunun sabit bir genliğe ulaşmasından önceki dönemleri ve dönüştürücünün sondaki zil periyodunu temsil eder. Turuncu kesikli kutu içindeki alan, basınç genliğini hesaplamak için kullanılan dalga formunun kararlı kısmını temsil eder ve p olarak belirtilir. Bu <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67090/67090fig02largev2.jpg" target="_blank">rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67090/67090fig03.jpg"> Şekil 3: Hesaplama yazılımı ve ultrason parametresi. (A) Ev yapımı bir ultrason parametre hesaplama arayüzü. MI, Isppa ve Ispta hesaplandı. Arayüz https://github.com/HQArrayLab/Ultrasound_Parameter_Caculation'dan elde edilebilir. (B) Ultrason basıncı dalga formlarının şemaları. Sinüzoidal bir Darbe Zarfı ve dikdörtgen bir Darbe Zarfı kullanılır. Periyot (T), çalışma frekansının tek bir döngüsünün süresini temsil eder. Tek bir sürekli sonikasyon olarak bilinen bir darbe, darbe süresi (PD) adı verilen belirli bir süre sürer. Tipik olarak, darbeler, darbe dizisi olarak bilinen bir sırayla tekrarlanır. Bir darbe dizisindeki iki ardışık darbe arasındaki zaman aralığı, darbe tekrarlama frekansının (PRF) tersi olarak hesaplanan darbe tekrarlama aralığı (PRI) olarak adlandırılır. Darbe dizisi olarak bilinen tüm darbe dizisi, darbe dizisi süresi olarak bilinen belirli bir süreye sahiptir. Aralık süresi, tek bir denemenin süresi anlamına gelir. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67090/67090fig03large.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/67090/67090fig04v2.jpg"> Şekil 4: FUN sırasında fiber fotometri sinyali. (A, C) Ultrason parametreleri kare (B) ve sinüzoidal (D) ile çevrilidir. (B, D) (A) ve (C) FUN sırasında sırasıyla fiber fotometri sinyali. Yeşil gölge, EĞLENCE'nin süresidir. Düz çizgi ortalamadır ve mavi ve kırmızı tonları, kaydedilen sinyallerin ortalama ve standart sapmasıdır. Deneyde beş erkek fare kullanıldı. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/67090/67090fig04largev2.jpg" target="_blank">Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.</a>

Protokol, serbest hareket eden farelerde eşzamanlı odaklanmış ultrason nöromodülasyonu ve fiber fotometri kaydının tüm operasyonel iş akışı için dönüştürücü üretimini, parametre raporlamasını, cerrahi prosedürü ve sinyal kaydını içerir.

Serbest hareket eden farede eş zamanlı odaklanmış ultrason nöromodülasyonu ve fiber fotometri kaydı

Focused ultrasound neuromodulation (FUN) represents a promising approach for non-invasive perturbation of neuronal circuits at deep brain regions. It is ...

simultaneous-focused-ultrasound-neuromodulation-fiber-photometry

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Sinirbilim

Bu video, fiber fotometri kullanarak serbestçe hareket eden bir farede nöral aktiviteyi kaydetmek için bir yöntem gösterir. Bu yöntemde, belirli bir beyin bölgesindeki nöronlar, genetik olarak kodlanmış bir kalsiyum göstergesini ifade eder. Bu beyin bölgesine bir uyaran uygulanır ve sinirsel aktiviteyi tanımlamak için floresanstaki uyarana bağlı değişiklik ölçülür.

Fiber Fotometri Kullanarak Serbestçe Hareket Eden Farelerde Nöral Aktiviteyi Kaydetme

Source: Maruoka, H., et. al. uyanık farelerde mikroglial dinamiklerin ve nöronal aktivitenin eşzamanlı görüntülenmesi. J. Vis. Exp. (2022) Bu video, görsel stimülasyon sırasında uyanık bir farede nöronal aktiviteyi ve mikroglial dinamikleri görüntülemek için iki fotonlu bir mikroskopi prosedürünü göstermektedir. kalsiyum geçişleri ve hücresel etkileşimler.

Uyanık Bir Farede Mikroglial Dinamiklerin ve Nöronal Aktivitenin Eş Zamanlı Görüntülenmesi

Bu protokol, çok fiberli fotometri kayıtlarının nasıl uygulanacağını ve gerçekleştirildirilebildiğini, kalsiyumdan bağımsız eserlerin nasıl düzeltilebildiğini ve çift renkli fotometri görüntüleme için önemli hususları ayrıntılarıyla anlatır.

SerbestÇe Hareket Eden Hayvanlarda Nöral AktiviteYi Kaydetmek Için Çoklu Fiber Fotometri

Bu protokol, fonksiyonel ultrason (fUS) kullanarak fare beynindeki hacimsel serebral hemodinamik varyasyonların nicelliğini açıklar. Duyusal stimülasyonun yanı sıra dinlenme durumu fonksiyonel bağlantısını takip eden 3D fonksiyonel aktivasyon haritası prosedürleri, uyuşturulmış ve uyanık farelerde açıklayıcı örnekler olarak sağlanır.

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

Burada, uyanık farelerde mikroglial dinamiklerin ve nöronal aktivitenin eşzamanlı görüntülenmesi için adeno ilişkili virüs enjeksiyonunu kraniyal pencere implantasyonu ile birleştiren bir protokolü tanımladık.

Uyanık Farelerde Mikroglial Dinamiğin ve Nöronal Aktivitenin Eşzamanlı Görüntülenmesi

Tamamen optik bir yaklaşım kullanılarak, uyanık, davranan bir farenin ortaya çıkan inme çekirdeğinde ortaya çıkan bir floresan biyosensör kullanılarak nöronalCa2+ aktivitesi aynı anda kaydedilirken iskemik inme indüklenir.

Davranan farelerde iskemik inmeyi indüklemek ve izlemek için eşzamanlı fototromboz ve lif fotometrisi

Bu protokol, birden fazla hafıza ile ilgili beyin bölgesinde nöronlardan ve astrositlerden gelen kalsiyum sinyallerinin eşzamanlı kaydı için kapsamlı bir yöntem tanımı sunar ve öğrenme ve hafıza davranışı paradigmasında uygulanmasını gösterir.

Öğrenme ve Hafıza Davranışları sırasında Astrosit-Nöron Aktivitesini Birden Fazla Beyin Bölgesinde KaydEtmek İçin İki Renkli Lif Fotometri Yöntemi

Bu protokol, viral teslimat, optrod implantasyonu, fototrombotik indüksiyon, astrosit ve nöron aktivitesinin eşzamanlı kaydı ve astrositlerin optogenetik uyarılmasını içeren entegre bir yöntem sağlar. Bu entegre yöntem, iskemik incinin akut ve kronik evreleri arasında astrosit-nöron ilişkisinin eşzamanlı incelenmesini sağlamayı amaçlamaktadır.

Fototrombotik İnme Modelleme ve Davranış Eden Farelerde Nöronal ve Astrositik Aktivitenin In Vivo Optrode Kaydı İçin Entegre Bir Yöntem

Bu yeni yöntem, tek bir yetişkin fare motonöron ve kas lifleri tarafından üretilen kuvvet ölçümü aynı anda hücre içi kaydını verir. Normal ve genetik olarak değiştirilmiş hayvanların motor birimlerin elektrik ve mekanik özelliklerinin kombine soruşturma nöromüsküler sistemin çalışması için bir atılımdır.

Erişkin Fare yılında Motor Ünite tarafından üretilen bir Lomber Motonöron ve Kuvvet Eşzamanlı intrasellüler Kaydı<em&gt; In vivo</em

Prosedürler, membran potansiyelinin veya akımının eşzamanlı kayıtlarını ve hücre içi kalsiyum konsantrasyonundaki değişiklikleri gerçekleştirmek için tanımlanır. Suprakiazmatik çekirdek nöronları, tüm hücre yama kelepçesi konfigürasyonunda bir yama kelepçe elektrodu kullanılarak kalsiyum indikatörü bis-fura-2 ile doldurulur.

Eşzamanlı Elektrofizyolojik Kayıt ve Suprakiazmatik Nucleus Nöronlar Kalsiyum Görüntüleme

Öğrenin, serbest hareket eden farelerde odaklanmış ultrason nöromodülasyonu ve fiber fotometri kaydı ile kalsiyum dinamiklerini ölçerek sinir aktivitesini nasıl değerlendirebilirsiniz. Bu yöntem, beyin bozuklukları için tedavi parametreleri geliştirmeye yardımcı olur.

Serbest hareket eden farede eş zamanlı odaklanmış ultrason nöromodülasyonu ve fiber fotometri kaydı

Daha fazla video keşfet