Neuroscience
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ट्रांसक्रैनियल फंक्शनल अल्ट्रासाउंड इमेजिंग का उपयोग करके चूहों में पूरे मस्तिष्क 3डी एक्टिवेशन और कार्यात्मक कनेक्टिविटी मैपिंग
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Summary February 24th, 2021
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यह प्रोटोकॉल कार्यात्मक अल्ट्रासाउंड (एफएसयू) का उपयोग करके माउस मस्तिष्क में वॉल्यूमेर सेरेब्रल हीमोडायनामिक विविधताओं के मात्राकरण का वर्णन करता है। संवेदी उत्तेजना के साथ-साथ आराम-राज्य कार्यात्मक कनेक्टिविटी के बाद 3 डी कार्यात्मक सक्रियण मानचित्र के लिए प्रक्रियाएं उदाहरण के रूप में प्रदान की जाती हैं, एनेस्थेटाइज्ड और जागते चूहों में।
Transcript
कार्यात्मक अल्ट्रासाउंड एक नया न्यूरोइमेजिंग मोडलि मोडलि मोडेसी है जो जीवित कृंतक मस्तिष्क में मस्तिष्क रक्त की मात्रा के मानचित्रण की अनुमति देता है। अल्ट्रा फास्ट प्लेन वेव इमेजिंग का उपयोग करके, हम बेजोड़ विशेष अस्थायी संकल्प और संवेदनशीलता के साथ पूरे मस्तिष्क हीमोडायनामिक प्रतिक्रियाओं को माप सकते हैं। यह प्रोटोकॉल बताता है कि एनेस्थेटाइज्ड और जागते पशु प्रयोगों दोनों के लिए चूहों में ट्रांसक्रैनियल फंक्शनल अल्ट्रासाउंड इमेजिंग कैसे करें।
एफएमआरआई जैसे अन्य पूरे मस्तिष्क कार्यात्मक इमेजिंग तकनीकों की तुलना में, कार्यात्मक अल्ट्रासाउंड उच्च पोर्टेबिलिटी, उपयोग में आसानी प्रदान करता है और जागने और स्वतंत्र रूप से चलती विषयों में प्रयोगों की अनुमति देता है, संज्ञाहरण पूर्वाग्रह से बचते हैं और व्यवहार अध्ययन को सक्षम करते हैं। हाल ही में जब तक, FUS इमेजिंग केवल अल्ट्रासाउंड विशेषज्ञ के सहयोग से इस्तेमाल किया गया था । अब, यह तकनीक व्यापक तंत्रिका विज्ञान समुदाय के लिए उपलब्ध है, व्यावसायिक रूप से उपलब्ध स्कैनर और प्रीक्लीनिकल ब्रेन इमेजिंग के लिए समर्पित सॉफ्टवेयर के लिए धन्यवाद, अल्ट्रासाउंड में किसी भी पृष्ठभूमि के बिना उपयोग करने के लिए FUS को बहुत आसान बना रही है।
एक एनेस्थेटाइज्ड इमेजिंग सत्र के लिए, किसी भी कॉर्नियल क्षति से बचने के लिए माउस आंखों पर आंखों का मरहम लगाएं और कंपन का उपयोग करके माउस सिर को दाढ़ी दें। कुछ डिपिलेटरी क्रीम लगाएं और कुछ मिनटों के बाद कुल्ला करें। इसे तब तक दोहराएं जब तक कि बाल पूरी तरह से निकल न जाएं।
इलेक्ट्रोकार्डियोग्राम रिकॉर्डिंग के लिए अंगों में चमड़े के नीचे पिन डालें और सिर पर अपकेंद्रित्र अल्ट्रासाउंड जेल रखें। जाग चूहों प्रयोगों के लिए, सिर निर्धारण के लिए एक प्रारंभिक सर्जरी की आवश्यकता होती है। एनेस्थेटाइज्ड माउस और एक स्टीरियोटैक्टिक फ्रेम को 37 डिग्री सेल्सियस हीटिंग पैड पर रखें।
आंखों के लिए सुरक्षात्मक जेल लागू करें और 26 गेज सुई का उपयोग करके खोपड़ी के नीचे लिडोकेन को कम से कम प्रशासित करें, फिर कुछ मिनट इंतजार करें। नाक की हड्डी की शुरुआत करने के लिए ऑक्सीपिटल हड्डी के पीछे से sagittal सीवन के बाद एक चीरा बनाओ, तो दोनों गोलार्द्धों पर त्वचा आबकारी करने के लिए सर्जिकल कैंची का उपयोग करें । खोपड़ी को एक प्रतिशत आयोडीन समाधान से साफ करें और किसी भी शेष पेरिओस्टियम को हटा दें।
एक टेम्पलेट के रूप में सिर की थाली का उपयोग करना, एंकरिंग शिकंजा की स्थिति के लिए खोपड़ी में दो छेद चिह्नित करें। शिकंजा के साथ सिर की थाली की स्थिति और प्रत्यारोपण की अच्छी पकड़ बनाए रखने के लिए फ्रेम के सामने और पीछे शिकंजा और सिर की थाली को ठीक करने के लिए दंत सीमेंट का उपयोग करें। सीमेंट सूखने के बाद स्टीरियोटैक्टिक फ्रेम से जानवर को हटा दें और एक मिलीग्राम प्रति किलोग्राम एटीपैमेजोल के चमड़े के नीचे इंजेक्शन के माध्यम से संज्ञाहरण को उलट दें।
पोस्ट-ऑपरेटिव दर्द के लिए रोगनिरोधी मेलोक्सिकम का प्रशासन करें। सुरक्षा के लिए सिर की प्लेट के ऊपर एक चुंबकीय 3 डी मुद्रित टोपी रखें और माउस को मोबाइल होम पिंजरे में आदत की शुरुआत से पहले चार से छह दिनों तक ठीक होने की अनुमति दें। कुछ घंटों के लिए एक हीटिंग पैड पर एक वसूली पिंजरे में जानवर प्लेस, तो कूड़े साथियों के साथ अपने घर पिंजरे के लिए माउस वापस ।
चार और पांच पोस्ट रिकवरी पर, बार-बार माउस को मोबाइल होम पिंजरे में दबाएं और धीरे-धीरे सिर का निर्धारित समय बढ़ाया जाए, जो पांच मिनट से शुरू होकर 30 मिनट तक है। माउस को आदत बनाने के लिए इमेजिंग विंडो पर कुछ खारा और अल्ट्रासाउंड जेल लगाएं। इस प्रक्रिया को छह पोस्ट रिकवरी के दिन दोहराएं।
सॉफ्टवेयर शुरू करें और एक प्रयोग सत्र बनाएं। नेविगेशन कीबोर्ड का उपयोग कर अल्ट्रासाउंड जांच की स्थिति को समायोजित करने के लिए कदम जांच मेनू पर जाएं। लाइव व्यू अधिग्रहण शुरू करें और पशु मस्तिष्क रक्त की मात्रा, या सीबीवी के वास्तविक समय इमेजिंग के माध्यम से आवश्यक होने पर जांच की स्थिति को समायोजित करें।
छवि के केंद्र में मस्तिष्क को संरेखित करें, फिर शोर अनुपात के उच्चतम संकेत को पकड़ने के लिए इमेजिंग मापदंडों को अनुकूलित करें। अधिग्रहण सॉफ्टवेयर का एंजियो 3डी विकल्प खोलें। पूर्व निर्धारित पैनल पर, पूरे मस्तिष्क को स्कैन करने और अधिग्रहण शुरू करने के लिए पहला टुकड़ा, अंतिम टुकड़ा और चरण आकार स्कैनिंग मापदंडों को समायोजित करें।
अधिग्रहण सॉफ्टवेयर को खुला छोड़ दें और डेटा विश्लेषण और दृश्य के लिए सॉफ्टवेयर शुरू करें, फिर एंजियो 3डी स्कैन लोड करें। तीन विचारों पैनल का उपयोग कर अधिग्रहण की मात्रा के माध्यम से नेविगेट और कोरोनल स्कैन दिशा, एंटेरोपोस्टर या आसन पूर्वकाल का चयन करें। मस्तिष्क पंजीकरण पैनल में जाएं और पंजीकरण प्रक्रिया के लिए माउस संदर्भ टेम्पलेट लोड करें।
पूरी तरह से स्वचालित या मैनुअल पंजीकरण मोड का उपयोग करके एलन माउस कॉमन इंटरेस्टेंपिक्स फ्रेमवर्क पर स्कैन पंजीकृत करें। एंजियो 3डी स्कैन और रेफरेंस टेम्पलेट के सुपरपोजिशन को देखकर या एटलस मैनेजर पैनल का इस्तेमाल करते हुए स्कैन और एलन रेफरेंस एटलस के सुपरपोजिशन को देखकर रिजल्ट चेक करें । बीपीएस फाइल के रूप में पंजीकरण को सहेजें।
आईसीओ स्टूडियो सॉफ्टवेयर में, सुनिश्चित करें कि एंजियोग्राफिक स्कैन और इसकी बीपीएस फ़ाइल लोड की गई है। ब्रेन नेविगेशन पैनल में जाएं। एटलस प्रबंधक पैनल में, मूल बच्चे के पेड़ नेविगेटर के साथ माउस एलन ब्रेन एटलस के माध्यम से नेविगेट करें।
शारीरिक लक्षित क्षेत्रों का पता लगाएं और उन्हें तीन दृश्यों में स्कैन करने के लिए अधिरोपित करने के लिए चयन करें। तीन व्यू पैनल में लक्षित क्षेत्रों की कल्पना करें और एक इमेजिंग विमान चुनें जो प्रयोग के लिए लक्षित क्षेत्रों को मैन्युअल रूप से कोरोनल स्थिति पर दो मार्कर सेट करके ओवरलैप करता है जिसमें रुचि का क्षेत्र शामिल है। ब्रेन पोजिशनिंग सिस्टम, या बीपीएस पर क्लिक करें, जिसके परिणामस्वरूप मोटर निर्देशांक निकालने के लिए जो लक्षित विमान की छवि के लिए जांच की स्थिति के अनुरूप है ।
एंजियो स्कैन से गणना की गई छवि के पूर्वावलोकन की जांच करें। आईसीओ स्कैन सॉफ्टवेयर में, प्रोब पोजिशनिंग पैनल दर्ज करें और एंटर बीपीएस निर्देशांक पर क्लिक करें, फिर निकाले गए निर्देशांक को लागू करें, जिससे जांच लक्षित इमेजिंग विमान पर स्थानांतरित और संरेखित हो सके। एक लाइव व्यू अधिग्रहण करें और जांच करें कि वर्तमान इमेजिंग विमान भविष्यवाणी से मेल खाता है।
उत्तेजना अनुक्रम को प्रीडेफिन करें, जिसमें उत्तेजना का समय, ब्याज उत्तेजना का समय और पुनरावृत्ति की संख्या शामिल है। अधिग्रहण के कुल समय, पदों की संख्या और पदों के बीच मृत समय को परिभाषित करके 3डी FUS अनुक्रम चलाएं। टीटीएल इनपुट के माध्यम से अधिग्रहण प्रणाली के साथ सिंक्रोनाइज्ड स्वचालित उत्तेजना के लिए, अधिग्रहण शुरू करने से पहले विकल्प में ट्राइग का चयन करें।
आईसीओ स्टूडियो सॉफ्टवेयर में अधिग्रहण खोलें और सक्रियण मानचित्र मेनू दर्ज करें, फिर सक्रियण पैटर्न क्षेत्र को शुरुआत और अंत समय के साथ भरें और सक्रियण मानचित्र की गणना करें। विज़ुअलाइज़ेशन के लिए डिस्प्ले पैरामीटर को समायोजित करें और ऑफ़लाइन विश्लेषण के लिए एच5 फ़ाइल के रूप में एक्टिवेशन मैप का निर्यात करें। अधिग्रहण के कुल समय, इमेजिंग विमान की स्थिति की संख्या, और पदों के बीच मृत समय को परिभाषित करके एक 3 डी FUS अनुक्रम चलाएं।
अधिग्रहण को सहेजें और इसे आईसीओ स्टूडियो सॉफ्टवेयर में लोड करें। यदि आवश्यक हो, तो बीपीएस फ़ाइल और एलन माउस ब्रेन कोऑर्डिनेशन फ्रेमवर्क लोड करें। एटलस प्रबंधक में, ब्याज के क्षेत्रों के रूप में एटलस के क्षेत्रों का चयन करें ।
कार्यात्मक चालकता मेनू दर्ज करें और वांछित क्षेत्रों और आरओआई प्रबंधक का चयन करें। कनेक्टिविटी मैट्रिक्स या बीज आधारित सहसंबंध मानचित्र के रूप में परिणामों की कल्पना करें, फिर सांख्यिकीय विश्लेषण के लिए वांछित और निर्यात सहसंबंध परिणामों के रूप में बैंडविड्थ फिल्टर का चयन और समायोजन करें। इस प्रोटोकॉल का उपयोग माउस मस्तिष्क में ट्रांसक्रैनीली रूप से सेरेब्रल हेमोडायनामिक विविधताओं के 3 डी क्वांटिफिकेशन के लिए किया गया था।
मूंछ उत्तेजना संवेदी उत्तेजना का एक उदाहरण के रूप में चुना गया था प्रतिक्रिया पैदा की । डिफ़ॉल्ट माउस हीमोडायनामिक प्रतिक्रिया फ़ंक्शन का उपयोग करके, सामान्य रैखिक मॉडल या जीएलएम के संकल्प के साथ महत्वपूर्ण सक्रियण निर्धारित किया गया था। कुल परीक्षण समय ७६० सेकंड था, एक ६० दूसरी बेसलाइन, एक ८० दूसरी उत्तेजना के साथ, और एक ६० दूसरी वसूली समय पांच बार दोहराया ।
कॉन्ट्रालेट्रल प्राइमरी सोमाटोसेंसरी कॉर्टेक्स के स्वरवारी टाइम कोर्स का उपयोग करते हुए, बैरल फील्ड क्षेत्र, या S1BF ने बेसलाइन की तुलना में सीबीवी की 15 से 20% की वृद्धि का खुलासा किया। आईसीओ स्कैन के जाग पूर्व निर्धारित का उपयोग करके मोबाइल होम पिंजरे में एक सिर फिक्स्ड व्यवहार माउस में एक ही प्रतिमान लागू किया गया था। एक ाधिक मूंछ उत्तेजना प्रयोग के बाद सक्रियण नक्शा यहां दिखाया गया है।
एक डिफ़ॉल्ट माउस हीमोडायनामिक प्रतिक्रिया समारोह का उपयोग करके जीएलएम के संकल्प के साथ महत्वपूर्ण सक्रियण निर्धारित किया गया था। अस्थायी सहसंबंधों ने केटामाइन जाइलाज़ीन एनेस्थेटाइज्ड माउस में 3 डी मस्तिष्क क्षेत्रों के बीच कम आवृत्ति वाले सहज सीबीवी उतार-चढ़ाव को सामान्य बनाया है। बीज आधारित विश्लेषण और पृष्ठीय हिप्पोकैम्पस ने दाएं और बाएं हिप्पोकैम्पस के बीच महत्वपूर्ण अंतरमैथिढिक चालकता के साथ-साथ गहरे रेट्रो हिप्पोकैम्पल क्षेत्रों और पिरिफॉर्म शिष्टाचार का खुलासा किया।
S1BF में चयनित एक बीज क्षेत्र के परिणामस्वरूप सममित सहसंबंध पैटर्न भी हुआ। सफल प्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण बिंदु पशु तैयारी है, विशेष रूप से एनेस्थेटाइज्ड जानवरों से जुड़े प्रयोगों के लिए संज्ञाहरण का स्तर और जाग जानवरों में प्रयोगों में खोपड़ी की सुरक्षा। यदि हमने हमें नींद, सीखने या व्यवहार पर बुनियादी सवालों से निपटने वाले जागे हुए जानवरों में महत्वपूर्ण मस्तिष्क कार्यों का अध्ययन करने में सक्षम बनाया है, लेकिन दवा की खोज के लिए कार्यात्मक कनेक्टिविटी के औषधीय मॉड्यूलेशन भी।
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