7 기능 자기 공명 분광학 수염 활성화 중 쥐 신 피 질에서 T

Neuroscience

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Summary

혈액 산소-레벨-종속적 기능 자기 공명 영상 (대담한 fMRI)는 해당 somatosensory 배럴 필드 피 질 영역 (S1BF 라고 함)가 올바르게 활성화, 주요 검사 후 젖 산 콘텐츠를 계량 하는 것입니다이 연구의 목표 지역화 된 양성자 자기 공명 분광학 (1H 부인) 7 t.에 의해 활성화 된 쥐 두뇌에 있는 동요

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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

뇌 대사 산물 내용에을 vivo에서 측정 하기 위해 기회를 제공 하는 핵 자기 공명 (NMR) 분광학 및 noninvasively. 지난 10 년간 그리고 자기 강도 증가 기술 개발, 덕분에 그것은 지금 좋은 해상도 스펙트럼에서 vivo에서 쥐 뇌에서 얻을 수 있습니다. Neuroenergetics (, 뇌 대사의 연구) 및, 특히, 대사 상호 작용 다른 세포 유형 사이 최근 몇 년 동안에서 점점 더 많은 관심을 받고 있다. 이러한 대사 상호 작용 중 뉴런 사이의 이다 젖 산 셔틀의 존재는 여전히 논의 되었다. 그것은, 따라서, 큰 관심 뇌 활성화 및 모니터 젖 산의 쥐 모델에서 기능 양성자 자기 공명 분광학 (1H 부인)를 수행. 그러나, 메 틸 젖 피크 지질 공명 봉우리를 중복 하 고 계량 하기 어렵습니다. 아래에 설명 된 프로토콜 대사 있으며 활성화 된 뇌 영역에서 모니터링할 변동 젖이 나올. 뇌 활성화 수염 자극에 의해 얻은 고 1H 부인 그 지역 혈액 산소 수준 종속 기능 자기 공명 영상 (대담한 fMRI)를 사용 하 여 검출은 해당 활성화 배럴 피 질에서 수행 됩니다. 모든 단계는 완전히 설명: 마 취약, 코일, 그리고 시퀀스, 자석, 및 데이터 처리에 직접 효율적인 수염 자극을 달성의 선택.

Introduction

두뇌는 모두 기여 및 지역 대뇌 활동에 변화에 따라 그 활용에 대 한 (, 포도 당), 그것의 주요 기판의 규칙을 허용 하는 기본 메커니즘을 소유한 다. 포도 당 두뇌에 대 한 주요 에너지 기질 이지만, 최근 몇 년 동안에서 수행 하는 실험 그 젖은 이다에 의해 생성 하는 뉴런에 대 한 효율적인 에너지 기질 수 나타났습니다. 이 이다 및 신경1사이 젖 셔틀의 가설을 발생 시킵니다. 사이토 신경 젖 셔틀2, ANLS로 알려진 이론은 아직도 매우 토론 된다 하지만 그 포도 당 제안에 주도하 고 있다, 뉴런으로 직접가 이다, 어디에 대사는 입력할 수 있습니다 보다는 젖이 나올, 즉 대사 산물 다음, 효율적인 에너지 기질으로 사용 하는 신경으로. 이러한 셔틀 비보에있으면, 그것은 몇 가지 중요 한 결과가, 기능적 뇌 영상 (양전자 방출 단층 촬영 [애완 동물])에서 기본 기술 이해 하 고 해독 대사 변경 관찰 했 두뇌 병 리.

뇌 대사를 공부 하 고, 특히, 신경 및 이다, 4 개의 주요 기술 간의 상호 작용을 신진 대사 있습니다 (제외한 마이크로-/ nanosensors): autoradiography, 애완 동물, 2-광자 형광 confocal 현미경 검사 법, 그리고 부인. Autoradiography 제안 하는 첫 번째 방법 중 하나는 고 방사성 14C-2-deoxyglucose 뇌 조각, 방사성 18 의 지역 이해의 이미지 vivo에서 애완 동물 수익률 동안 지역 축적의 이미지를 제공 합니다. F-deoxyglucose입니다. 그들은 모두 낮은 공간 해상도 이미지를 생산 하는 동안 irradiative 분자를 사용 하 여 단점이 있다. 두 광자 현미경 형광 프로브, 셀룰러 해상도 제공 하지만 조직에 의해 산란 이미징 깊이 제한. 이러한 세 가지 기술 이전 수염 자극3,4,,56동안 설치류에 neuroenergetics을 공부에 사용 되었습니다. Vivo에서 부인의 비 침범 성 및 nonradioactive, 듀얼 장점이 고 어떤 뇌 구조를 탐험 하실 수 있습니다. 또한, 부인 신경 활성화, 설치류7에서 최근 개발 된 기능 부인 (fMRS) 이라는 기법 중 수행할 수 있습니다. 따라서, 프로토콜 대뇌 활동을 vivo에서 1H 부인에 의해 noninvasively 동안 뇌 대사를 모니터링 하는 제안 합니다. 절차 7 T 자기 공명 (MR) 영상에서 직접 수행 하는 어 퍼프 수염 자극에 의해 얻은 뇌 활성화와 성인 건강 한 쥐에서 설명 하지만 유전자 변형된 동물, 뿐만 아니라 어떤 병 적인 조건에 적용할 수 있습니다. .

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Protocol

모든 동물 절차는 1986 년 11 월 24 일 (86/609/EEC)의 유럽 공동체 위원회 지시문의 동물 실험 지침에 따라 실시 했다. 프로토콜과 프랑스 농업과 숲의 윤리적 지침을 충족 지역 윤리 위원회에 의해 승인 되었다 (위원회 회의 d 'éthique L를 부 어' expérimentation Animale 보르도 n ° 50112090-A).

참고: 미스터 측정 하는 동안 마 취 및 생리 적 모니터링 (체온, 호흡 속도)의 적절 한 수준을 필수 요구 됩니다.

1입니다. 동물

  1. 남성 Wistar 쥐 350와 450 g 사이 무게를 사용 합니다.
  2. 12:12 h 빛: 다크 주기를 음식을 제공 하 고 광고 libitum물에 그들을 유지.

2입니다. 마 취

  1. 마 취에 필요한 장비를 준비 (그림 1A, B, 재료의 표참조): 생리 염 분 해결책 (240 µ g/k g/h, 20 µ L/min의 관류 속도)에 medetomidine를 포함 하는 5 mL 주사기 0.5 mL 주사기를 포함 하는 atipamezole (20 μ, 염 분 해결책의 0.5 ml에서), 그리고 눈 연 고.
    참고: 후드 추출기, 미스터 인수 하는 동안 마 취에 대 한 자석 근처 주사기 펌프에 배치 되는 medetomidine를 포함 하는 5 mL 주사기를 제외 하 고 모든 장비 유지.
  2. 유도 실에서 쥐를 배치, 4 %isoflurane 제공 함으로써 마 취를 시작 하 고 1.5 L/min에 산소 흐름 속도 조정할.
  3. 발 반사의 철수를 평가 하 여 마 취의 깊이 평가 합니다.
  4. 쥐 자극에 응답 하지 않는 경우 마 취 상자, isoflurane 마스크에 그것의 코를 가진 벤치에 그것을 배치 하 고 2.5 %1.5 L/min에 산소에 전달 하 여 마 취를 유지.
  5. 부드럽게 마사지는 꼬리와 지 혈 대 (그림 1C) 장소.
    참고: 마사지는 따뜻한 물, 38 그리고 42 ° C, 정 맥의 더 나은 엷게를 사이의 온도에서 수행할 수 있습니다.
  6. 주변 정 맥 카 테 터 (22 세대), 이전 heparinized, 왼쪽 또는 오른쪽 꼬리 정 맥에 삽입 합니다. 정 맥 반환 관찰 됩니다 참고 (피 한 방울은 바늘의 원심 부분에 표시) 때 테가 올바로 삽입 (그림 1D).
  7. 어떤 기포 생리 염 분 해결책 및 헤 파 린 2 mL 주사기를 사용 하 여 카 테 터 죽은 공간 볼륨에 밖으로 날 려.
  8. 눈 연 고를 적용 하 고 실험의 끝에 쥐를 각 성 하 atipamezole (17 µ g/mL)를 포함 하는 주사기를 준비.

3. 쥐 배치 자석에 수염 자극에 대 한

  1. 자석 침대에 호흡 센서를 놓고 자석 침대 벤치에서 쥐를 전송 합니다. 흉 곽과 자석 침대 사이 있는 호흡 센서와 isoflurane 마스크에 그것의 코를 가진 경향이 위치에 놓습니다.
    참고: MRI 룸을 입력 하는 모든 장비는 MRI-안전 해야 합니다.
  2. 쥐 배치 중 (4% ~ 1.5%-2%)에서 isoflurane 감소 하 고이 절차의 끝에 medetomidine에 마 취를 전환 합니다. 바로 수염 쥐 수염의 움직임을 허용 하도록 미리 MRI 침대의 앞에 오른쪽 가장자리를 잘라 데 무료 인지 확인 합니다.
  3. 테이프와 위치에 쥐를 누른 사이의 분당 60 및 80 호흡의 호흡을 모니터링 합니다.
  4. 종이 테이프 (그림 2)에서 모든 바로 수염을 트래핑 하는 항해를 확인 합니다. 튜브를 종료 부분은 수직 그리고 항해에서 약 1.5 c m에 따라 쥐 MRI 침대에 어 퍼프 시스템의 유연한 출구 파이프를 맞춥니다. 종이 테이프와 함께 그것을 해결.

4. 수염 자극

  1. 솔레노이드 제어 밸브 입력 및 출구 파이프 솔레노이드 제어 밸브 출력 (그림 3)를 압축 공기 소스 (1 바)에서 유연한 유입 관을 연결 합니다. 솔레노이드 제어 밸브는 자석 외부 유지 확인 합니다.
  2. 트랜지스터-트랜지스터 논리 (TTL)을 사용 하 여 자석으로 펄싱 장치 솔레노이드 밸브에 연결-포트. 그것을 구성 하는 것은 있도록 pulsing 주파수 = 8 Hz 펄스 시간 = 20 s, 그리고 휴식 시간 = 10 s.
    참고: 이러한 매개 변수를 작은 액정에 시각 디스플레이 (LCD) 스크린, 조정 가능한 통해 3 전용된 비슷한 포 텐 쇼 미터. 패러다임을 제어, 전자 펄스 장치 시간 매개 변수 (올바른 후 처리)에 어떤 드리프트를 방지 하려면 전자 부품을 높은 품질의 구성 해야 합니다.

5. 대담한 fMRI 수집

  1. 수직 위치에 되도록 쥐 뇌를 놓고 귀 막대를 사용 하 여 그것을 유지 합니다. 볼륨 배열 코일 쥐의 머리 (그림 4A) 위에 놓고 테이프를 사용 하 여 문제를 해결 합니다. (Anteroposterior 운동, 회전 안 및 항해의 아무 마찰) 항해를 올바르게 이동 확인 공기 퍼프 시스템은 때 ; 다음, 그것을 떨어져스위치.
  2. 자석의 중앙에는 침대와 코일을 삽입 합니다. 항해 인지 확인 여전히 이동 올바르게 일단 침대는 자석 내부에 어 퍼프 시스템에 경우 ; 다음, 그것을 떨어져스위치. Medetomidine isoflurane에서 완전히 전환 (관류 속도: 20 µ L/min).
  3. 체크는 쥐 잘 있는 지역화 시퀀스를 사용 하 여 (테 = 2.5 ms; TR = 100 ms; 평균 = 1; 반복 = 1; 슬라이스 = 1 밀리미터; 이미지 크기 256 x 256; = 시야 (FOV) = 50 x 50 mm; 스캔 시간 = 12 s 800 ms). 명령 이름 으로 지역화 시퀀스 탭을 드래그 하 고 계속클릭 하십시오.
  4. 명령 이름, 센터, 두뇌의 중간에 FOV에 T2_Star_FID_EPI 시퀀스 탭을 끌어서 조정 플랫폼 탭 편집된 검색 명령 열을 클릭 합니다. B0 지도 기록 하 고 검사 심 진행.
    참고: B0 지도 사용 하 여 다음 매개 변수: 첫 번째 에코 시간 = 1.65 ms; TR = 20 밀리초, 평균 = 1; 각도 대칭 = 30 °; 에코 간격 = 3.805 석사; 조각 = 58 m m; 이미지 크기 = 64 x 64 x 64; FOV = 58 x 58 x 58 mm; 스캔 시간 = 1 m 24의 920 양 스캔 shim에 대 한 다음 매개 변수 사용: 복 선택적 여기 = 증기 가우시안 펄스; 테 = 5 석사; 혼합 시간 = 10 ms; 수집 기간 = 204.8 석사; 대역폭 = 10000 Hz; 유지 시간 = 50 μ s).
  5. T2 Star_FID_EPI 시퀀스 시작 (테 = 16.096 석사; TR = 500 석사; 평균 = 1; 반복 = 600; 슬라이스 = 1 밀리미터; 4 연속 조각; 이미지 크기 = 128 x 128; FOV = 20 x 20 m m; 대역폭 = 333,333.3 Hz; 스캔 시간 = 5 분 00 s).
    참고: 때문에 TTL 포트는 외부 트리거 신호 동시에 어 퍼프 시스템을 시작 합니다. 패러다임 [20 s 활성화 + 10 s 나머지] = 600 스캔, 스캔 당 500 ms의 전체 기간에 대 한 x 10. 슬라이스는 배럴 필드 지역의 중간에 중심으로.
  6. 첫 번째 비교 및 쥐 T2_Star_FID_EPI 시퀀스 동안 이동 했습니다 여부를 확인 (1에서 설명한 단계 5.3 동일) 다른 지역화 시퀀스를 취득 합니다.
  7. 침대를 초기 위치로 가져, 볼륨 배열 코일을 제거 하 고 표면 코일을 연결.

6. 굵게 처리

  1. T2 Star_FID_EPI 파일을 열고 읽기 이미지 디스플레이에서 T2 Star_FID_EPI 이미지. FunController라는 기능 컨트롤러의 시작 창을 엽니다.
  2. 처리 탭에서 선택 기능 영상 창 고 자극 프로토콜 정의 (기간 및 교체 /오프 기간에 해당 하는 패러다임 사용).
  3. 프로토콜 창 (600 프레임 데이터 집합)을 선택 하 고 기간에 탭 및 기간에서반전 속성 탭에서 클릭에에서 20에서 40의 값을 삽입 하 고 자극 상태 슬라이더를 드래그 선택 하 여 값 1.
  4. 전처리 창에서 클릭 평면에서 중간값 필터 전처리 후 처리에 대 한 중간값 필터 (2D, 3D) 에.
  5. 실행 탭에서 클릭 하 고 오버레이 체계표를 조정 하려면 커서를 끕니다. 활성화 된 뇌 영역 (그림 4B) 시각화.

7. 양성자 부인 인수

  1. 올바르게 위치 표면 코일, 쥐 머리의 위치를 수정 합니다. 표면 코일 (그림 5A) 자석 내에 있을 때 자석 센터에 수평 한 위치 하면서 왼쪽된 배럴 피 질 바로 위에 놓일 수 있다 그래야 (약 30 ° 시계 방향으로) 머리를 회전 합니다.
  2. 표면 코일을 배치 (그림 5B), 테이프를 사용 하 여 쥐 두뇌에 그것을 수정 하 고 확인 (anteroposterior 운동, 회전 안 및 항해의 아무 마찰) 항해를 올바르게 이동 때에 어 퍼프 시스템은 ; 그런 다음 전환 그것은 메인 스위치에.
  3. 일단 침대는 자석 내부 에 어 퍼프 시스템 켜져있을 때 항해를 올바르게 이동 확인 하십시오. 다음, 그것을 떨어져스위치.
  4. 쥐 잘못 지역화 시퀀스를 사용 하 여 배치 됩니다 확인 하십시오. 매개 변수를 다음과 같이 설정: 테 = 2.5 ms; TR = 100 ms; 평균 = 1; 반복 = 1; 슬라이스 = 1 밀리미터; 이미지 크기 256 x 256; = FOV = 50 x 50 mm; 스캔 시간 = 12 s 800 ms.
    1. 명령 이름 창에 지역화 시퀀스 탭을 끌어서 스캔 프로그램 실행을 계속 탭을 클릭 하십시오.
  5. 두뇌 지역화 올바른지 때 T2_TurboRARE 시퀀스 탭 명령 이름 창에서 끌어서 계속 스캔 프로그램을 실행을 클릭 하십시오. 이전 대담한 fMRI 인수 함께 이러한 해부학 적 이미지는 S1BF에 부인에 대 한 올바른 지역화는 복의 수 있게 됩니다.
    참고: T2_TurboRARE 매개 변수는 14 조각, 조각, 시야 당 2 m m 2.5 x 2.5 cm, 테 = 100 ms, TR = 5000 ms = 매트릭스 = 128 x 128, 시퀀스 시간 = 2 분 40 s.
  6. 명령 이름 창에 레이저 시퀀스 탭 끌어, S1BF 영역의 중앙에 복 (높이 2 m m, 2.5 m m 긴, 3 밀리미터 깊은) 장소.
    1. 쥐 뇌 아틀라스와 대담한 fMRI 향상에 사용 하 여 t 2 이미지 (그림 6)에 영역을 지역화. 조정 플랫폼 탭 편집된 검색 명령 열을 클릭 합니다. 동요 탭에서 클릭 하 고 그것을 조정 하는 약간 수신 코일의 임피던스 (전자 로드) 변경. 적용 탭에서 클릭 튜닝이 끝나면 명령 편집기를 닫고 편집된 명령에 변경 내용을 적용 합니다.
  7. B0 지도 기록 하 고 심 검사 하 고, 다음, 로컬 심 수행을 진행.
    참고: B0 지도 사용 하 여 다음 매개 변수: 첫 번째 에코 시간 = 1.65 ms; TR = 20 밀리초, 평균 = 1; 각도 대칭 = 30 °; 에코 간격 = 3.805 석사; 조각 = 58 m m; 이미지 크기 = 64 x 64 x 64; FOV = 58 x 58 x 58 mm; 스캔 시간 = 1 m 24의 920 양 스캔 shim에 대 한 다음 매개 변수 사용: 선택적 여기 복 증기 가우시안 펄스; 테 = 5 석사; 혼합 시간 = 10 ms; 수집 기간 = 204.8 석사; 대역폭 = 10000 Hz; 유지 시간 = 50 μ. 로컬 심에 대 한 다음 매개 변수를 사용 하 여: 억제 물, 증기 수집 기간 = 1,363.15 석사; 포인트 4 096; = hz에서 대역폭 = 3,004.81 Hz; ppm에서 대역폭 = 10 ppm; 유지 시간 = 166.40 μ s; 스펙트럼 분해능 = 0.37 Hz/포인트. 레이저 매개 변수는: 에코 시간 = 19.26 석사; TR = 2500 ms; 평균 = 128 또는 32; 스캔 시간 = 5 분 20 초 또는 1 분 20 s; 획득 포인트 = 4 096.
  8. 1H-부인 수행 합니다.
    1. 1먼저 휴식 기간 동안 H 부인 수집 시작 (4 x 32 레이저 스캔 + 128 레이저 검사; 당 2500 ms 검색).
    2. 첫 번째 기록으로 비교 하는 레이저 중 쥐가 이동 하지 않도록 다른 지역화 시퀀스 (1에서 설명한 단계 5.3 동일)를 취득.
    3. 1H-부인 수염 활성화 레이저 시퀀스를 사용 하 여 수행 (4 x 32 레이저 스캔 + 128 레이저 검사; 당 2500 ms 스캔) 어 퍼프 시스템 (패러다임 = 20의의 활성화 및 10의 나머지 s).
    4. 다시 한번, 쥐 이동 했습니다 여부를 확인 하려면 지역화 시퀀스를 수행 합니다.
      참고: 검색 및 휴식/활성화 기간 수 적응 및 수정할 수, 하지만 항상 쥐는 지역화 시퀀스를 정기적으로 수행 하 여 이동 하지.
  9. 침대를 초기 위치로 가져, 표면 코일을 쥐 다시 벤치에. 마 취과 그것을 각 성 쥐의 뒷면에 피부 겹으로 atipamezole를 주사.

8. 양성자 부인 처리

  1. LCModel 소프트웨어를 열고 올바른 데이터 형식 ( 무료 유도 부패 파일)을 선택 하 고 오른쪽 파일을 적절 한 탭을 클릭 합니다. 이 완료 되 면 확인 탭을 클릭 합니다.
  2. 단계별로 정량화 제어 매개 변수를 최적화 합니다.
    1. 제목 섹션에서 수동으로 제목을 입력 하 고 각 분야에서 필요한 값을 수동으로 입력 하 여 적절 한 ppm 범위 (예를 들어, 4.0에 0.2 ppm)를 정의 합니다.
    2. 기초 파일 섹션에서 선택 하 고 올바르게 고분자 기준선에 맞게 필요한 파일 다운로드 (그것은 소프트웨어 공급자에 의해 제공 수).
    3. 정의 하 고 입력된 컨트롤 매개 변수를 로드 합니다. 저장을 준비 모든 유용한 파일 형식의 사전 프로세스 (테이블 = 소형 테이블; 추 신 = 필요한 포스트 스크립트 출력; CSV 형식은 스프레드시트; = COORD 플롯에 대 한 좌표 =). RunLCModel 탭 LCModel 정량화를 시작을 클릭 합니다.
  3. 통계를 생성 하기 위해 선택 된 대사 산물을 정의 합니다.
    참고: LCModel 대사 산물 정량화 하며, 크래머-라오 하 한 (CRLB) 라고 하는 값으로 오류를 추정. 값은 CRLB < 15은 최적의 정량화로 간주 됩니다. CRLB > 25는 신뢰할 수 없는 값을 나타냅니다.

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Representative Results

이 의정서는 자석에 직접 오른쪽 수염 자극 하 여 대뇌 활성화 중 변동 대사 산물의 정량화를 허용 한다.

이 연구에서 대담한 fMRI의 전반적인 목표 수염 자극 활성화 S1BF 영역을 시각화 하 고 올바르게 1H-fMRS에 대 한 복을 찾아 효율적 이었다고 확인 했다. 수염 활성화를 위한 내장 장치가 효율적입니다. 사실, 바로 수염 만든 공기-퍼프 시스템을 사용 하 여 자극 했다 때 긍정적인 대담한 신호 감지 되었습니다 somatosensory 배럴 필드는 S1BF 라고도 왼쪽된 배럴 피 (그림 4B)에서 (n = 8). 반면만 배경 오른쪽 반구에서 발견 했다 긍정적인 신호 향상 8 중 8 쥐에 왼쪽된 신 피 질에서 발견 되었다. 대담한 fMRI 수염 자극 없이 수행 되었다 때 왼쪽 또는 오른쪽 S1BF 아무 신호 향상 관찰 되었다.

해 부 씨 이미지와 쥐 뇌 아틀라스 계획8사이 비교에서 대담한 fMRI에 의해 구상 활성화 뇌 영역 수염 자극 하는 동안 활성화 되는 S1BF 지역에 배치 하는 복을 수 있습니다. 이 복은 신 피 질은 3 m m 긴 이후 3 연속 슬라이드 (두께 1 m m)에 있습니다. 복 분기에서 왼쪽 상단에 위치 하 고 뇌 슬라이드 4 분기에 사실상 분리는 때를 약 45 ° 각도 (그림 6).

수염의 자극에 대 한 패러다임 바뀌었고 때 젖 산 콘텐츠 증가 왼쪽된 S1BF에서 관찰 되었다 (그림 6, 한 쥐에서 얻은 전형적인 스펙트럼). 더 나은 사이 신진 대사 변화를 시각화 하기 위해 휴식 및 기간, 활성화 된 스펙트럼 뺄셈 수행 되었다 (그림 6). 이 뺀된 스펙트럼에서 두뇌 활성화와 젖 산 콘텐츠 증가 훨씬 더 쉽게 가시화 했다이 쥐에서 N-acetylaspartate (NAA) 신호 약간 감소 했다. 신경 자극 동안 젖 산 증가 또한 스펙트럼 deconvolution (그림 7AB)에 관찰 되었다. 젖 산 피크 거의 나머지에서 vivo에서 스펙트럼에서 발견 되었습니다, 하는 동안 LCModel 정확도와 좋은 CRLB 값 (그림 7A) 그것을 정할 수 있었다. 실제로 23 쥐에서 하나의 스펙트럼 24 크거나 젖 정량화에 대 한 CRLB 값을 했다. 없음 > 25 했다입니다. 다른 모든 스펙트럼에 대 한 값 3와 19 사이 였다.

모든 23 쥐에서 젖 콘텐츠 변화는 그림 8에 표시 됩니다. 23 쥐에서 젖 산 콘텐츠 감소만 한 쥐에서에서 관찰 되었다. 거기 되었고 젖에 통계적으로 유의 한 차이 휴식 사이 콘텐츠 활성화 된 기간 (0.132 ± 0.012 및 0.163 ± 0.011, 각각, 친척 값 PCr + Cr 콘텐츠, 쌍 t-테스트, p = 0.0005 [파라메트릭, 양측] n = 23). 따라서, 젖 산 콘텐츠에서 31.6% ± 7.8% 증가 신경 자극 하는 동안 측정 되었습니다.

그림 6한 동물에서 얻은 전형적인 스펙트럼을 나타내는 구나 내용에 약간의 감소를 관찰할 수 있습니다. 그러나,이 ぁ 변이 중요 했다 (1.2% ± 1.2% 감소 측정 되었다 n = 23).

Figure 1
그림 1: 장비 및 마 취에 대 한 단계. 마 취를 시작 하기 전에 준비 하는 장비 (A) 그림. (B) Isoflurane 펌프와 유도 챔버. (C) 지 혈 대 배치. (D) 그림 표시 테 올바르게 삽입; 정확한 위치는 정 맥에서의 긍정적인 표시 이다 카 테 테 르 바늘에 있는 혈액의 드롭 note 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 2
그림 2: 수염 자극. 모든 오른쪽 수염 종이 테이프로 만든 돛에 갇혀 있다. 항해 괜찮아 수염에 어 퍼프 시스템을 동시에 자극을 허용 하 고, 따라서, 총 신 피 질의 신경 활성화를 극대화. 에 어 퍼프 시스템 (검은 튜브)의 콘센트 1.5 cm와 항해에 수직으로 있어야 합니다. 되도록 항해 자석 밖에 확인 어 퍼프 시스템을 설정 하 여 올바르게 움직이고 있다. 항해는 anteroposterior 방향 (회전)에서 8 Hz에서 이동 해야 합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 3
그림 3: 수염 자극에 대 한에 어 퍼프 시스템. (B) 솔레노이드 제어 밸브를 압축 공기를 연결 하는 (A) A 유연한 파이프. 두 번째 유연한 파이프 솔레노이드 제어 밸브 출력에서 항해 펄스 공기를 제공합니다. 솔레노이드 제어 밸브는 제어 패러다임 펄싱 장치에 연결 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 4
그림 4: 대담한 fMRI. (A) 볼륨 배열 코일 배치. 쥐 머리는 수평 위치에 있으며 귀 바에 의해 차단. 항해 자유롭게 이동 하는 코일에 의해 또는 MRI 침대에 의해 차단 되지 않습니다 확인 합니다. (B)는 전형적인 대담한 신호 활성화 왼쪽된 신 피 질 (빨간색 화살표). 신호가 contralateral 오른쪽 반구 (파란색 화살표)에서 검색 됩니다. 임계값은 강도 값의 최대의 76.5%에서 설정 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 5
그림 5: 표면 코일. 이 연구에 사용 된 표면 코일의 (A) 그림. (B) 표면 코일 배치입니다. 쥐 머리를 왼쪽된 신 피 질 및 그러므로, 표면 코일 (머리 된 약 30 °, 정확한 위치는 surfa에 대 한 왼쪽된 배럴 피 사이 좋은 타협의 각도에서 MRI 침대의 센터에 있는 약간 설정 해야 합니다. ce 코일 그리고 MRI 침대에 의해 차단 되지 해야 오른쪽 수염의 항해의 자유 운동). 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 6
그림 6: 일반적인 지역화 1H 부인 휴식 (블루 스펙트럼)와 수염 활성화 (빨간 스펙트럼) 중. 복 (녹색 사각형)은 해부학 T2_TurboRARE 이미지 대담한 fMRI 이미지에 쥐 뇌 아틀라스 계획 및 신호 향상을 사용 하 여 왼쪽된 S1BF에 위치 해 있습니다. 스펙트럼 뺄셈 블랙에 플롯 됩니다. 젖 산 및 N-acetylaspartate (NAA) 봉우리 1.32와 2.02 ppm에 각각 표시 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 7
그림 7: 부인 스펙트럼의 전형적인 스펙트럼 deconvolution. (A) Deconvolution 128-스캔 나머지 스펙트럼의. (B) Deconvolution 128 스캔의 스펙트럼을 활성화. 잔류물, 뺄셈 사이 실험 스펙트럼 (원시 데이터), 그리고 LCModel 적합; MM = 고분자; Cr = creatine + phosphocreatine; PCho + GPC = phosphocholine + glycerophosphocholine; NAA = N-acetylaspartate; 락 = 젖 산; GABA γ-aminobutyric 산; = Gln 글루타민; = Glu 조미료 =. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

Figure 8
그림 8: 젖 산 변화 두뇌 자극 하는 동안 콘텐츠. 블루 도트: 휴식, LCModel에 의해 결정 creatine + phosphocreatine 콘텐츠를 기준으로 콘텐츠를 젖이 나올. 레드 닷: 수염 자극, LCModel에 의해 크 레 아 틴 + phosphocreatine 콘텐츠를 기준으로 결정 하는 동안 콘텐츠를 젖이 나올. 차이 사이 활성화 하 고 나머지, p = 0.0005, 쌍 t-테스트 (패라메트릭, 양측), n = 23. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

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Discussion

Somatosensory 피 질 또는 배럴 필드에 대 한 S1BF 라고도 신 피 질은 대뇌 피 질의 레이어 얼룩9, 시 토 크롬 c 산화 효소를 사용 하 여 관찰 될 수 있다 4 내 영역 그리고 조직을 잘 알려져 크게 설명된 이후로 10,11. 한 vibrissa 열12약 19000 뉴런 구성 됩니다 한 배럴에 연결 된다. 수염-신 피 질 통로 몇 가지 장점이 있습니다. 첫째, 그것은 활성화 될 수 있다 자석 내부 (되도록 S1BF 지역의 가장 큰 부분에는 해당 복 부인 수행는 모든 수염의 크기에 대체로 쉽게 수 제 수는 MRI 호환에 어 퍼프 시스템 사용 하 여 압착 vibrissa의 최대의 자극을 허용 하는 항해에). 둘째, 오른쪽 수염 활성화 왼쪽된 배럴 피 질 활성화를 이끌어이 두뇌 지역에에서 위치 하 고 높은-민감한 표면 코일의 사용을 허용 하는 somatosensory 피 질. 셋째, somatosensory 피 질 활성화의이 방법은 전기 발 자극, 후자는 오른쪽 반구13에서 일부를 포함 한 다른 뇌 구조를 자극의 불리를 데에 비해 비 침 투입니다. 따라서, 여기에 사용 되는 프로토콜은 대뇌 활성화 아래 뇌 대사는 vivo에서, 비 침범 성, 고 경도 수행에 가장 적합 한 공부.

마 취의 선택은 중요 한, 마 취약의 많은 혈관 커플링, 뇌 대사와 뇌 활동14,15변화 유도. 예를 들어 isoflurane, 가장 일반적인 마 취 사용 MRI, 리드는 3-두뇌 젖 콘텐츠15,16 겹 증가 고, 그러므로, 두뇌 대사 연구에 사용 하지 않아야. Medetomidine는 α2-adrenoreceptor 주 작동 근, 신뢰할 수 있는 진정, 진통, 근육 이완, 그리고 anxiolysis17유도 이다. 이러한 효과 되돌릴 수 있습니다 신속 하 게 atipamezole, α2 길 항 제를 사용 하 여. Medetomidine 뇌 대사 산물 내용에 대담한 신호에 낮은 수정 매우 낮은 충격 이후 설치류18 기능 연구를 수행 하는 가장 적합 한 후보입니다.

그것은 또한 수염 활성화 패러다임을 제대로 따라 하는 것이 중요입니다. NMR 인수 지난 몇 분, 이후 연속 활성화/휴식 기간 사용 제한 활성화 뇌 영역에서 뉴런의 둔감 필수적 이다. 이 패러다임의 매개 변수 (20 s 활성화의 기간 다음에 나머지 10의 s) 해당 신 피 질에서 가장 대담한 fMRI 신호를 선택 했다. 굵게 처리에 대 한 활성화/휴식 기간을 결정 하는 중요 한 이후 TTL 포트에 의해 제어 됩니다 경우에 이러한 시간 창을 존중 하 주의 많이 해야 합니다. 신 피 질 활성화, 항해의 높은 수준을 얻기 위해 해당 그룹 수염 함께 중요 하다 S1BF 영역을 자극의 가장 큰 부분을 수 있기 때문. Anteroposterior 평면에 이동할 수 있다 그래야이 항해 앞 출구 공기 튜브를 주의 많이 해야 합니다. 주파수 보였다 때 수염 자극 주파수 5와 15 Hz19사이 신 피 질에서 신경 활성화 됩니다 이후 신중 하 게 측정 될 수 있다. 낮은 또는 높은 주파수를 사용 하 여 S1BF 지역의 활성화에 지도 하지 것입니다.

이 연구에 사용 된 프로토콜 같은 두뇌 지역 나머지에 두뇌 자극 동안에 취득 하는 스펙트럼을 비교 가능 하 게 하 고, 따라서, 변화 모니터링을 대뇌에 연결 된 정품 인증을 변경 됩니다. NMR 분광학 프로토콜 동물이 이동 하지 하 고 휴식 및 활성화 상태 사이 측정 하는 신진 대사 내용에 차이 때문에 두뇌는의 끝에 지역화 시퀀스 시작 부분에서 수행 하는 것이 중요 하다 자극 운동 유물을 하지.

여기 설명 된 프로토콜을 사용 하 여, 젖 산 콘텐츠 증가 했다 사이 측정 휴식 기간을 활성화. 젖 산 증가 두뇌 활성화 중 vivo에서 NMR 분광학을 사용 하 여 먼저 초기 1990 년대20,21에 인간에서 관찰 되었다. 그러나, 대부분 측정 설치류, 신호 대 잡음 비율은 훨씬 낮은 보다는 인간에서 수행 했다. 쥐에서 ex vivo NMR 정량화 젖 산의 쥐 뇌 활성화 동안 Mazuel 그 외 여러분 에 의해 수행 됐다 22, 신경 활성화와 콘텐츠를 젖이 나올 두뇌에 있는 증가 관찰. 여기에 제시 된 결과 그 젖 수염 활성화 동안에 증가 했다 보여줍니다. 그러나, 지역화 된 부인 셀룰러 해상도 허용 하지 않습니다, 때문에 아니다 (뉴런 또는 이다)는 세포질 구획 젖 오고 있다에서 아직 알려진. 나아가 뇌 대사 교류 이해에는 아직도 논쟁 ANLSH (사이토 신경 젖 셔틀 가설)과 같은,이 프로토콜이이 셔틀의 주요 구성 요소에 대 한 유전자 변형된 동물에와 같은 적용 되는 monocarboxylate 전송기입니다.

여기서 설명 하는 연구에서 NAA 콘텐츠에 통계적으로 유의 한 차이가 관찰 되었다. NAA 콘텐츠 시각적 자극 동안에 감소 이전에 인간23,,2425에 발견 했지만 Mangia와 Tkac26에 의해 확인 되지. 현재 연구에서 관찰 NAA의 증가 콘텐츠 중 50%는 쥐의 뇌 활성화와 나머지 절반 감소 합니다. 따라서, NAA 대사 산물 콘텐츠에 다른 변화 감지 기능 부인 아니 동안 정량화에 대 한 내부 기준으로 피해 야 한다.

모두 젖이 나올 고 신경 활성화 동안 NAA 유사 논쟁23,26,27,,2829이어졌다. 두뇌 활동에 연결 된 이러한 대사 변동에 대 한 우리의 이해를 심화 하기 위해 유전자 변형 동물에이 프로토콜을 적용할 흥미로울 것입니다. 이 추가 기본 프로세스에 대 한 정보를 제공할 것 이다. 전반적으로, 지역화 1H 부인 작업 또는 기능 부인29동안 설치류, 관련 지역 동적 변화에 정상 또는 병 적인 두뇌 metabolites에 연구에에서 신흥 기술입니다.

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Disclosures

저자는 공개 없다.

Acknowledgments

이 작품은 ANR-10-LABX-57, 및 프랑스-스위스 ANR-FNS 부여 참조 ANR-15-CE37-0012 LabEx 트레일 그랜트에 의해 지원 되었다. 저자는 그의 기술 지원에 대 한 Aurélien Trotier 감사합니다.

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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