大鼠桶内皮层 7 t 的功能磁共振波谱在晶氏体活化过程中的应用

Neuroscience

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Summary

通过血氧水平相关功能磁共振成像 (bold fmri) 检查相应的体感桶场皮层区域 (称为 s1bf) 是否正确激活后, 本研究的主要目的是量化乳酸含量在 7 t 的情况下, 局部质子磁共振波谱 (1h-mrs) 在活化大鼠大脑中的波动。

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Blanc, J., Roumes, H., Mazuel, L., Massot, P., Raffard, G., Biran, M., Bouzier-Sore, A. K. Functional Magnetic Resonance Spectroscopy at 7 T in the Rat Barrel Cortex During Whisker Activation. J. Vis. Exp. (144), e58912, doi:10.3791/58912 (2019).

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Abstract

核磁共振 (nmr) 光谱为测量体内和非侵入性的脑代谢物含量提供了机会。由于过去十年的技术发展和磁场强度的增加, 现在有可能在大鼠大脑中获得良好的体内分辨率谱。神经能量学 (大脑代谢的研究), 特别是不同细胞类型之间的代谢相互作用, 近年来引起了越来越多的兴趣。在这些代谢相互作用中, 神经元和星形胶质细胞之间存在乳酸穿梭性仍在争论中。因此, 在大鼠大脑活化模型中进行功能质子磁共振波谱 (1h-mrs) 和监测乳酸是非常有趣的。然而, 乳酸甲基谷第2峰与脂质共振峰重叠, 难以量化。下面描述的协议允许在激活的大脑区域监测代谢和乳酸的波动。通过晶须刺激获得大脑激活,相应的活性桶皮层进行 1 h-mrs, 其区域是通过血氧水平相关功能磁共振成像 (bold fmri) 检测的。所有步骤都有详细说明: 麻醉剂、线圈和序列的选择, 直接在磁铁中实现高效的晶须刺激, 以及数据处理。

Introduction

大脑拥有内在的机制, 允许调节其主要基质 (葡萄糖), 这既是因为它的贡献, 也是因为它的利用, 这取决于局部大脑活动的变化。虽然葡萄糖是大脑的主要能量底物, 但近年来进行的实验表明, 由星形胶质细胞产生的乳酸可以成为神经元的有效能量底物。这提出了在星形胶质细胞和神经元1之间的乳酸穿梭的假设。被称为 anls, 对于星形胶质细胞乳酸梭子 2,这一理论仍然引起了激烈的争论, 但这一理论导致了这样的建议, 即葡萄糖, 而不是直接进入神经元, 可能会进入星形胶质细胞, 在那里它被代谢为乳酸, 一种代谢物, 这是一种代谢物, 这是一种代谢产物。, 然后, 转移到神经元, 使用它作为有效的能量基板。如果这种穿梭物存在于体内, 它将产生几个重要的后果, 这既是为了了解功能性脑成像的基本技术 (正电子发射断层扫描 [pet]), 也是为了破译观察到的代谢改变在大脑疾病。

为了研究大脑代谢, 特别是神经元和星形胶质细胞之间的代谢相互作用, 有四种主要技术可供选择 (不包括微/纳米传感器): 自体摄影、pet、双光子荧光共聚焦显微镜和 mrs。自动摄影是最早提出的方法之一, 它提供了大脑切片中放射性 14c-2-脱氧葡萄糖的区域积累图像, 而 pet在体内产生的区域吸收放射性18的图像f-脱氧葡萄糖。它们都有在产生低空间分辨率图像的同时使用辐照分子的缺点。双光子显微镜提供荧光探针的细胞分辨率, 但通过组织进行光散射限制了成像深度。这三种技术以前曾被用于研究鼠在晶须刺激 3,4,5,6期间的神经能量.在体内mrs 具有无创和无放射性的双重优势, 任何大脑结构都可以探索。此外, mrs 可以在神经元激活过程中进行, 这是一种称为功能性 mrs (fmrs) 的技术, 最近在啮齿类动物得到了发展。因此, 提出了一种通过体内和非侵入性的 1 h-mrs 监测大脑活动过程中大脑代谢的方案。这一程序是在成年健康大鼠中描述的, 它们的大脑激活是通过在7t 磁共振 (mr) 成像仪中直接进行的空气吸泡晶须刺激获得的, 但可适用于转基因动物, 也可以适用于任何病理条件下.

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Protocol

所有动物程序都是根据欧洲共同体理事会1986年11月24日指令 (86/609/eec) 的动物实验指南进行的。该议定书符合法国农业和森林部的道德准则, 并得到了地方道德委员会 (波尔多海洋 n°50112090-a) 的批准。

注: 在 mr 测量期间, 适当的麻醉和生理监测 (体温、呼吸速率) 是必不可少的要求。

1. 动物

  1. 使用体重在350至450克之间的雄性 wistar 大鼠。
  2. 保持在12:12 小时的光: 黑暗的周期, 并提供食物和水的脂肪

2. 麻醉

  1. 准备麻醉所需的设备 (图 1a. b,材料表): 在生理盐水 (240 微克/gg h, 灌注率为 20μl/min) 中含有 medetomidine 的5毫升注射器, 0.5 ml 注射器含有(20μl, 0.5 ml 盐水溶液) 和眼药膏。
    注: 将所有设备置于抽盖下, 但包含 medetomidine 的5毫升注射器除外, 该注射器放置在 mr 采集过程中磁体附近的注射器泵中进行麻醉。
  2. 将大鼠放置在诱导室, 通过提供4% 异氟醚开始麻醉, 并将氧流量调整到 1.5 l/min。
  3. 通过评估爪子反射的停药量来评估麻醉深度。
  4. 当大鼠对刺激没有反应时, 将其从麻醉箱中取出, 将其放置在长凳上, 鼻子放在异氟醚面罩中, 并在 1.5 l/min 的氧气中输送2.5% 的氧气来维持麻醉。
  5. 轻轻按摩尾巴并放置止血带 (图 1c)。
    注: 按摩可以在温水中进行, 温度在38至42°c 之间, 以获得更好的静脉血管舒张。
  6. 将先前肝素化的外周静脉导管 (22 g) 插入左、右尾静脉。请注意, 当正确插入导管时, 会观察到静脉回流 (在针头的远端可见一滴血) (图 1d)。
  7. 使用含有生理盐水和肝素的2毫升注射器, 吹出导管死太空体积中存在的任何气泡。
  8. 应用眼药膏, 准备含有阿替帕梅唑 (17μgml) 的注射器, 在实验结束时唤醒大鼠。

3. 大鼠在磁铁中的放置用于威士忌刺激

  1. 将呼吸传感器放置在磁层上, 然后将大鼠从长凳转移到磁层。将其放置在易发位置, 鼻子放在异氟醚面罩中, 呼吸传感器位于胸腔和磁层之间。
    注: 所有进入 mri 室的设备都应是 mri 安全的。
  2. 在大鼠放置过程中降低异氟烷 (从4% 降至 1.5%-2%), 并在此过程结束时将麻醉切换到 medetomidine。确保正确的胡须是免费的, 事先在大鼠 mri 床的前部切断了右边缘, 以允许胡须的运动。
  3. 用胶带固定老鼠的位置, 监测它的呼吸, 呼吸必须在每分钟60到80次之间。
  4. 使船帆在纸带中捕获所有正确的胡须 (图 2)。沿大鼠 mri 床对齐空气吹气系统的柔性出口管, 使离开管道的部分垂直, 离帆约1.5 厘米。用纸带把它固定好。

4. 窃窃私语刺激

  1. 将柔性进气管从压缩空气源 (1 巴) 连接到电磁阀控制阀输入和出口管连接到电磁阀输出 (图 3)。确保电磁阀保持在磁体室外。
  2. 使用晶体管-晶体管逻辑 (ttl) 端口将脉冲装置插入电磁阀和磁铁中。配置它, 使脉冲频率 = 8 hz, 脉冲时间 = 20秒, 休息时间 = 10秒。
    注: 这些参数在小液晶显示 (lcd) 屏幕上可视化,可通过三个专用模拟电位器进行调节。控制范式的电子脉冲装置必须由高质量的电子元件组成, 以避免任何时间参数的漂移 (用于正确的后处理)。

5. bold fmri 采集

  1. 将大鼠的大脑放置在直立的位置, 并使用耳条来维护它。将音量阵列线圈放在大鼠头部上方 (图 4a), 然后使用胶带固定。当空气喷射系统打开时, 检查帆是否运动正常 (前后运动, 无旋转, 无帆摩擦);然后, 将其关闭
  2. 将床和线圈插入磁铁的中心。当空气喷射系统打开时, 检查一旦床在磁铁内, 帆是否仍在正常运动;然后, 将其关闭。从异氟烷完全切换到美托米定 (灌注速率: 20μlmmin)。
  3. 使用定位序列 (te = 2.5 ms) 检查大鼠位置是否良好;tr = 100 毫秒;平均值 = 1;重复 = 1;切片 = 1 毫米;图像大小 = 256 x 256;视野 (fov) = 50 x 50 毫米;扫描时间 = 12秒800毫秒)。将"定位器序列" 选项卡拖到 "指令名称" 中, 然后单击"继续"
  4. 将 "T2_Star_FID_EPI序列" 选项卡拖到 "指令名称" 中, 将 fov 置于大脑中央, 然后单击 "调整平台" 选项卡以打开编辑的扫描指令。记录 b0映射并继续扫描填充程序。
    注: 对于 b0映射, 请使用以下参数: 第一次回波时间 = 1.65 ms;tr = 20 毫秒, 平均值 = 1;翻转角度 = 30°;回波间距 = 3.805 ms;切片 = 58 毫米;图像大小 = 64 x 64 x 64;fov = 58 x 58 x 58 毫米;扫描时间 = 1 m 24 s 920 ms. 对于扫描垫片, 请使用以下参数: 体素选择性激励 = steam 高斯脉冲;te = 5 毫秒;混合时间 = 10 毫秒;采集持续时间 = 204.8 毫秒;带宽 = 10, 000 赫兹;停留时间 = 50μs)。
  5. 启动t2 星 _ fid _ epi序列 (te = 16.06 毫秒;tr = 500 毫秒;平均值 = 1;重复 = 600;切片 = 1 毫米;连续四个切片;图像大小 = 128 x 128;fov = 20 x 20 毫米;带宽 = 3333.3 赫兹赫兹;扫描时间 = 5分钟 00秒)。
    注: 由于 ttl 端口, 外部触发信号将同时启动空气喷射系统。范例 = [20秒激活 + 10秒休息] x 10, 在600次扫描的总持续时间内, 每次扫描500毫秒。切片位于桶场区域的中间。
  6. 获取另一个定位序列 (与步骤5.3 中描述的序列相同), 以便与第一个序列进行比较, 并检查大鼠在 T2_Star_FID_EPI 序列中是否移动。
  7. 将床带到其初始位置, 卸下音量阵列线圈, 然后连接表面线圈。

6. bold 加工

  1. 打开 t2 星型 _ fid _ epi 文件, 并阅读图像显示中的 t2 星 _ fid _ epi 图像。打开功能控制器的启动窗口, 称为fun控制器
  2. 在此处理选项卡中, 选择功能成像窗口并定义刺激协议 (与所使用的范例相对应的 "开/" 周期的持续时间和交替)。
  3. 选择协议窗口 (包含600帧的数据集), 并在 "在周期" 选项卡中插入40的值, 在 "关闭周期" 选项卡中插入20的值. 单击 "反转归因" 选项卡, 然后向左拖动 "刺激状态" 滑块以选择值1
  4. 在预处理窗口中, 单击平面中用于预处理的中间筛选器, 单击用于后处理的中间滤波器 (2d, 3d)
  5. 单击 "执行"选项卡并拖动游标以调整叠加查找表。可视化激活的大脑区域 (图 4b)。

7. proton mrs 收购

  1. 要正确定位表面线圈, 请修改大鼠头的位置。旋转头部 (顺时针方向约 30°), 使表面线圈 (图 5a) 可以放置在左桶皮层上方, 同时保持水平, 并位于磁体内部的磁体中心。
  2. 将表面线圈放置, 使用胶带将其固定在大鼠大脑上 (图 5b), 并检查空气喷射系统打开时帆是否正常运动 (前后运动、无旋转、无帆摩擦); 然后, 在主开关处将其关闭
  3. 当空气喷射系统打开时, 检查一旦床在磁铁内, 帆是否正常移动。然后, 将其关闭
  4. 使用定位序列检查大鼠的位置是否正确。设置参数如下: te = 2.5 ms;tr = 100 毫秒;平均值 = 1;重复 = 1;切片 = 1 毫米;图像大小 = 256 x 256;fov = 50 x 50 毫米;扫描时间 = 12秒800毫秒。
    1. 将 "定位器序列" 选项卡拖到 "指令名称" 窗口中, 然后单击 "继续" 选项卡以执行扫描程序。
  5. 当大脑定位正确时, 拖动"指令名称" 窗口中的"T2_TurboRARE序列" 选项卡, 然后单击"继续" 以执行扫描程序。这些解剖图像, 加上以前的 bold fmri 采集, 将允许在 mrs 的 s1bf 中正确定位体素。
    注: T2_TurboRARE 参数为14片, 每片2毫米, fov = 2.5 x 2.5 厘米, te = 100 ms, tr = 5, 000 ms, 矩阵 = 128 x 128, 序列时间 = 2分40秒。
  6. "激光序列" 选项卡拖到 "指令名称" 窗口中, 将体素 (2 毫米高, 2.5 毫米长, 3 毫米深) 放置在 s1bf 区域的中心。
    1. 使用大鼠大脑地图集和 bold fmri 增强功能对 t2 图像上的区域进行定位 (图 6)。单击 "调整平台" 选项卡以打开编辑的扫描指令。单击 "晃动"选项卡, 并稍微更改接收线圈的阻抗 (电子加载) 以对其进行调整。优化完成后, 单击 "应用" 选项卡以关闭指令编辑器并应用编辑后的指令中的更改。
  7. 记录 b0映射并继续扫描填充, 然后执行本地填充。
    注: 对于 b0映射, 请使用以下参数: 第一次回波时间 = 1.65 ms;tr = 20 毫秒, 平均值 = 1;翻转角度 = 30°;回波间距 = 3.805 ms;切片 = 58 毫米;图像大小 = 64 x 64 x 64;fov = 58 x 58 x 58 毫米;扫描时间 = 1 m 24 s 920 ms. 对于扫描垫片, 请使用以下参数: 体素选择性激发 steam 高斯脉冲;te = 5 毫秒;混合时间 = 10 毫秒;采集持续时间 = 204.8 毫秒;带宽 = 10, 000 赫兹;停留时间 = 50μs。对于局部垫片, 请使用以下参数: 水抑制、vapor 采集持续时间 = 1, 33.15 毫秒;点 = 4 096;带宽 (hz) = 3, 004.81 赫兹;带宽 (以 ppm = 10 ppm);停留时间 = 166.40μs;光谱分辨率 = 0.37 hz/点。激光参数为: 回波时间 = 19.26 ms;tr = 2, 500 毫秒;平均数 = 128 或 32;扫描时间 = 5分钟20秒或 1分20秒;购置点 = 4 096。
  8. 执行1个h-mrs。
    1. 在静止状态下首先开始 1次 h-mrs 采集 (4 x 32 激光扫描 + 128 激光扫描; 每次扫描 2, 500 毫秒)。
    2. 获取另一个定位序列 (与步骤5.3 中描述的序列相同), 以便与记录的第一个序列进行比较, 并确保大鼠在激光采集过程中没有移动。
    3. 使用激光序列 (4 x 32 激光扫描 + 128 激光扫描; 每次扫描 2, 500 毫秒) 与空气吹气系统 (范例 = 20秒的激活和10秒的休息) 在晶须激活过程执行1个h-mrs。
    4. 再次执行本地化序列, 以检查老鼠是否移动。
      注: 扫描和重新激活的周期的数量可以调整和修改, 但始终通过定期执行定位序列来确保大鼠不会移动。
  9. 将床移至最初位置, 取出表面线圈, 并将大鼠移回工作台。将阿替帕梅唑注入老鼠背部的皮肤褶皱中, 以扭转麻醉并唤醒麻醉。

8. 质子 mrs 处理

  1. 打开 lcmodel 软件, 然后单击相应的选项卡选择正确的数据类型 (免费感应衰减文件), 然后选择正确的文件。完成此操作后, 单击"确定"选项卡。
  2. 逐步优化量化控制参数。
    1. 在 "标题" 部分中, 手动输入标题, 并通过手动键入相应字段中的必要值来定义适当的 ppm 范围 (例如0.2 到 4.0 ppm)。
    2. 在 "基础文件" 部分中, 选择并下载所需的文件以正确适应大分子基线 (它可以由软件提供商提供)。
    3. 定义并加载输入控制参数。事先准备所有有用文件类型的保存过程 (table = 紧凑型表;ps = 必要的 postscript 输出;csv = 电子表格的格式;coord = 图的坐标)。单击 "运行模型" 选项卡, 开始对 lcmodel 进行量化。
  3. 定义选定的代谢物以生成统计数据。
    注: lcmodel 提供代谢物定量和估计误差的值称为 cramr-rao 下限 (crlb)。具有 crlb < 15 的值被认为是最佳量化。crlb > 25 表示值不可靠。

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Representative Results

该方案允许量化代谢物在大脑激活过程中的波动, 这是通过直接在磁铁中的右晶须刺激获得的。

在本研究中, bold fmri 的总体目标是检查晶须刺激是否有效, 对激活的 s1bf 区域进行可视化, 并正确定位1h-frs 的体素。为晶须激活而构建的设备是有效的。事实上, 当使用自制的气泡系统刺激右晶须时, 在左桶皮层 (图 4b) 中检测到一个正的 bold 信号, 也称为 s1bf, 用于体感桶场 (n = 8)。在八只大鼠中, 有8只在左桶皮层检测到正信号增强, 而在右半球只检测到背景。在没有晶须刺激的情况下进行 bold fmri 时, 无论是左还是右 s1bf, 都没有观察到信号增强。

在解剖 mr 图像和大鼠大脑图集方案 8的比较中, bold fmri 所显示的激活脑区允许将体素放置在 s1bf 区域, 在晶须刺激过程中激活。这种体素位于三个连续的幻灯片 (1 毫米厚), 因为桶皮层是3毫米长。当大脑滑动几乎被分成四个季度时, 体素位于左上四分之一, 角度约为 45° (图 6)。

当晶须刺激的范式打开时, 在左 s1bf 中观察到乳酸含量的增加 (图 6, 在一只大鼠身上获得的典型光谱)。为了更好地可视化休息期和激活期之间的代谢波动, 进行了光谱减法 (图 6)。从这个减法光谱中, 随着大脑激活, 乳酸含量的增加更容易被可视化, 而在这只大鼠中, n-乙酰天冬氨酸 (naa) 信号略有下降。在神经元刺激过程中, 在光谱反褶积上也观察到乳酸的增加 (图 7a, b)。虽然在静止的体内光谱中几乎没有检测到乳酸峰, 但 lcmodel 能够用准确性和良好的 crlb 值对其进行量化 (图 7a)。事实上, 在23只大鼠中, 只有一种光谱的乳酸定量 crlb 值等于24只。没有人 > 25。对于所有其他光谱, 值在3到19之间。

图 8显示了所有23只大鼠乳酸含量的变化。在23只大鼠中, 仅在一只大鼠身上观察到乳酸含量下降。静息期和激活期乳酸含量有统计学意义差异 (分别为0.132±0.012 和 0.163±0.011, 分别为亲属与 pcr + cr 含量的值, 配对t-test, p = 0.0005 [参数化,尾], n = 23)。因此, 在神经元刺激过程中, 乳酸含量增加31.6% ±7.8%。

图 6中可以观察到 naa 含量略有下降, 这代表了在一种动物身上获得的典型光谱。然而, 这一 naa 变化不显著 (测量了1.2% ±1.2% 的下降, n = 23)。

Figure 1
图 1: 麻醉设备和步骤.(a) 开始麻醉前准备的设备的图片。(b) 异氟醚泵和感应室。(c) 止血带放置。(d) 图片显示导管已正确插入;注意导管针中的血滴, 这是静脉正确位置的积极迹象。请点击这里查看此图的较大版本.

Figure 2
图 2: 晶须刺激.好吧, 胡须被困在用纸带做的帆里。帆允许所有正确的胡须被刺激在同一时间与空气吹气系统, 因此, 最大限度地发挥了桶皮层的神经元激活。空气吹气系统 (黑管) 的出口应位于1.5 厘米左右, 并垂直于帆。通过打开空气喷射系统, 检查磁体外, 确保帆正常移动。帆必须以8赫兹的速度向前移动 (无旋转)。请点击这里查看此图的较大版本.

Figure 3
图 3: 用于晶须刺激的空气吹气系统.(a) 软管将压缩空气连接到 (b) 电磁阀。第二个软管将脉冲空气从电磁阀输出到帆。电磁阀插入脉冲装置, 控制范式。请点击这里查看此图的较大版本.

Figure 4
图 4: bold fmri.(a) 音量阵列线圈放置。老鼠头处于水平位置, 被耳条堵塞。检查船帆是否自由移动, 是否被线圈或 mri 床堵塞。(b) 激活的左桶皮层中的典型 bold 信号 (红色箭头)。在对侧右半球 (蓝色箭头) 中没有检测到信号。阈值设置为强度值最大值的76.5。请点击这里查看此图的较大版本.

Figure 5
图 5: 表面线圈.(a) 本研究中使用的表面线圈的图片。(b) 表面线圈放置。大鼠头必须稍微转动, 这样左桶皮层, 因此, 表面线圈位于 mri 床的中心 (头部以30°左右的角度转动, 这在左桶皮层的正确位置之间有一个很好的妥协, 为 surfa环和右胡须的帆的自由运动, 不应被核磁共振床挡住)。请点击这里查看此图的较大版本.

Figure 6
图 6: 典型的局部 1 h-mrs 在休息 (蓝谱) 和晶须激活期间 (红色光谱).体素 (绿色正方形) 位于左 s1bf 的解剖 T2_TurboRARE 图像上, 利用大鼠大脑图集方案和对 bold fmri 图像的信号增强。光谱减法是用黑色绘制的。乳酸和 n-乙酰天冬氨酸 (naa) 峰分别为 1.32 ppm 和 2.02 ppm。请点击这里查看此图的较大版本.

Figure 7
图 7: mrs 光谱的典型光谱反褶积.(a) 128 扫描静止谱的反卷积。(b) 128 扫描激活频谱的反卷积。实验光谱 (原始数据) 与 lcmodel 拟合之间的残留量、减法;mm = 大分子;cr = 肌酸 + 磷酸酯;pcho + gpc = 磷胆碱 + 甘油磷胆碱;naa = n-乙酰天冬氨酸;lac = 乳酸;gaba = γ-氨基丁酸;gln = 谷氨酰胺;谷氨酸 = 谷氨酸。请点击这里查看此图的较大版本.

Figure 8
图 8: 大脑刺激过程中乳酸含量的变化.蓝点: 乳酸含量在休息, 由 lcmodel 确定, 并相对于肌酸 + 磷酸肌酸含量。红点: 晶须刺激过程中乳酸含量, 由 lcmodel 确定, 相对于肌酸 + 磷酸肌酸含量。激活和休息之间的差异, p = 0.0005, 配对t-测试 (参数化, 双尾), n = 23。请点击这里查看此图的较大版本.

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Discussion

桶皮层, 也称为 s1bf 的体感皮层或桶场, 是一个区域内的皮质层 iv, 可以观察到使用细胞色素 c 氧化酶染色9, 它的组织是众所周知的, 因为它已被大量描述10,11。一个 vibrissa 连接到一个桶, 其中大约 19, 000个神经元被组织在一个专栏 12。威士忌到桶皮层的通路有几个优点。首先, 它可以通过使用与 mri 兼容的空气吹气系统在磁体内激活, 该系统可以很容易地自制 (以确保在 s1bf 区域的最大部分, 与执行 mrs 的体素大小大致对应, 所有晶须都是晶须被挤压在一个帆, 允许最大限度的振动的刺激)。其次, 右晶须激活导致左桶皮层激活, 而这个大脑区域位于体感皮层, 允许使用高灵敏度的表面线圈。第三, 这种激活体感皮层的方法与电爪刺激相比是无创的, 后者具有刺激其他大脑结构的缺点, 包括右半球13的一些。因此, 这里使用的方案是最适合进行体内,无创和纵向研究的大脑代谢在大脑激活。

麻醉剂的选择是至关重要的, 因为许多麻醉剂会引起神经血管耦合、大脑代谢和大脑活动发生 14,15。例如, 用于 mri 的最常见麻醉剂异氟醚会导致大脑乳酸含量增加3 至 6倍, 15、16 , 因此不应用于大脑代谢研究。美地替明是一种α2-肾上腺素受体激动剂, 可诱导可靠的镇静、镇痛、肌肉放松和焦虑溶解 17。使用α2拮抗剂--阿替帕梅唑可以迅速扭转这些影响。美培美定是在啮齿类动物18中进行功能研究的最佳候选项, 因为它对 bold 信号的影响非常小, 对大脑代谢物含量的修改也最低。

正确遵循晶须激活范例也很重要。由于核磁共振采集持续几分钟, 使用连续激活休息时间是必要的, 以限制在激活的大脑区域的神经元脱敏。选择了该范式的参数 (20秒激活, 然后休息 10秒), 以获得相应桶皮层中最高的 bold fmri 信号。必须注意尊重这些时间窗口, 因为即使由 ttl 端口控制, 也必须确定 bold 治疗的主动休息时间。为了获得高水平的桶皮层激活, 将晶须组合在一起的帆也很重要, 因为它允许刺激 s1bf 区域的最大部分。必须非常小心地将出口的气管放在这个帆的前面, 以便它可以在前后平面上移动。频率必须仔细校准, 因为它已经表明, 当晶须刺激频率在5至 15 hz19之间时, 桶皮层中的神经元被激活。使用较低或较高的频率不会导致 s1bf 区域的激活。

本研究中使用的协议可以比较在相同的大脑区域获得的光谱在休息和大脑刺激期间, 因此, 监测代谢变化与大脑激活。重要的是要在核磁共振光谱协议的开头和结尾执行定位序列, 以确保动物没有移动, 并确保静息激活状态和静止激活状态之间测量的代谢内容差异是由大脑造成的刺激, 而不是运动伪影。

使用本文所述的协议, 在休眠期和激活期之间测量乳酸含量的增加。在1990年代初 20 ,21 首次在人类体内使用核磁共振光谱增加。然而, 大多数测量都是在人类而不是啮齿类动物身上进行的, 在这些测量中, 信噪比要低得多。在大鼠中, 马祖埃尔等人对大鼠脑激活过程中乳酸的体外核磁共振进行了定量 .22, 谁观察到大脑乳酸含量增加与神经元激活。结果表明, 乳酸在晶须活化过程中增加。然而, 由于局部 mrs 不允许细胞分辨率, 目前还不知道乳酸的细胞室来自哪个 (神经元或星形胶质细胞)。为了进一步理解大脑代谢交换, 如仍在争论的 anlsh (星形胶质细胞乳酸穿梭假说), 该协议必须应用于转基因动物的关键成分, 如单氯化二甲酸酯运输机。

在这里描述的研究中, 没有观察到 naa 含量的统计显著差异。此前, 人类23、2425 人的 naa 含量有所下降, 但 mangia 和 tkac26没有证实。在目前的研究中, 我们观察到50% 的大鼠在大脑激活过程中 naa 含量增加, 另一半在另一半大鼠体内下降。因此, 应避免将 naa 作为功能性 mrs 定量的内部参考, 未检测到代谢物含量的其他变化。

在神经元激活过程中, 乳酸和 naa 的变化都导致了争议 2326272829.为了进一步了解这些与大脑活动有关的代谢波动, 将这一协议应用于转基因动物将是有趣的。这将提供有关基础进程的进一步信息。总体而言, 局部1h-mrs 在任务期间, 或功能 mrs29, 是一种新兴的技术, 在啮齿类动物, 相关的研究区域动态变化的代谢物, 在正常或病理大脑。

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Disclosures

作者没有什么可透露的。

Acknowledgments

这项工作得到了 labex trail 赠款、anr-10-labx-57 和法国-瑞士 anr-fns 赠款的支持。提交人感谢 aurélien trotier 的技术支持。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
0.5 mL syringe with needle Becton, Dickinson and Company, USA 2020-10 0.33 mm (29 G) x 12.7 mm
1H spectroscopy surface coil Bruker, Ettlingen, Germany T116344
7T Bruker Biospec system Bruker, Ettlingen, Germany 70/20 USR
Arduino Uno based pulsing device custom made
Atipamezole Vétoquinol, S.A., France V8335602 Antisedan, 4.28 mg
Breathing mask custom made
Eye ointment TVM laboratoire, France 40365 Ocry gel 10 g
Induction chamber custom made 30x17x15 cm
Inlet flexible pipe Gardena, Germany 1348-20 4.6-mm diameter, 3m long
Isoflurane pump, Model 100 series vaporizer, classic T3 Surgivet, Harvard Apparatus WWV90TT from OH 43017, U.S.A
Isoflurane, liquid for inhalation Vertflurane, Virbac, France QN01AB06 1000 mg/mL
KD Scientific syringe pump KD sientific, Holliston, USA Legato 110
LCModel software LCModel Inc., Ontario, Canada 6.2
Medetomidine hydrochloride Vétoquinol, S.A., France QN05CM91 Domitor, 1 mg/mL
Micropore roll of adhesive plaster 3M micropore, Minnesota, United States MI912
Micropore roll of adhesive plaster 3M micropore, Minnesota, United States MI925
Monitoring system of physiologic parameter SA Instruments, Inc, Stony Brook, NY, USA Model 1025
NaCl Fresenius Kabi, Germany B05XA03 0.9 % 250 mL
Outlet flexible pipe Gardena, Germany 1348-20 4.6-mm diameter, 4m long
Paravision software Bruker, Ettlingen, Germany 6.0.1
Peripheral intravenous catheter Terumo, Shibuya, Tokyo, Japon SP500930S 22 G x 1", 0.85x25 mm, 35 mL/min
Rat head coil Bruker, Ettlingen, Germany
Sodic heparin, injectable solution Choai, Sanofi, Paris, France B01AB01 5000 IU/mL
Solenoid control valves, plunger valve 2/2 way direct-acting Burkert, Germany 3099939 Model type 6013
Terumo 2 ml syringe Terumo, Shibuya, Tokyo, Japon SY243 with 21 g x 5/8" needle
Terumo 5 mL syringe Terumo, Shibuya, Tokyo, Japon 05SE1
Wistar RJ-Han rats Janvier Laboratories, France

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References

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