Diese Arbeit ist Teil des Mouse Imaging Centre (MICE) an der Hospital for Sick Children und der University of Toronto.

1. Multiple-Maus in vivo Brain Imaging: Bei der Abbildung lebender Tiere, mehrere wichtige Funktionen müssen in der gesamten Imaging-Sitzung zu präsentieren: 1) eine sichere Methode der Anästhesie, 2) Umwelt-Steuerung und 3) physiologische Überwachung. Darüber hinaus bei der Abbildung mehrere Fächer gleichzeitig, gibt es Komplexitäten in Bezug auf die einfache und schnelle Zubereitung und die Reproduzierbarkeit der Tier-Positionen zu Bildregistrierung erleichtern aufgenommen. Daher wurden drei große benutzerdefinierte Komponenten konstruiert und gefertigt: ein Ladesystem für die Mäuse in HF-Spulen innerhalb des MRI, eine Induktion Kammer einlegen, um Vorbereitung und eine Plattform mit eingebetteten Überwachung führt zu Position Standardisierung zu erleichtern. Die Loading-System: Die Maus loading-System besteht aus zwei Hauptteilen: der &#39;Maus Bienenstock &quot;und der&quot; Be-Array &quot;. Die Maus hive Hauptfunktion ist es, sieben Millipede HF-Spulen (Varian NMR Systems, Palo Alto, CA) in einer hexagonalen Anordnung innerhalb des Magneten Bohrung Position. Die Belastung Array ist so konzipiert zu halten und zu transportieren mehrere Mäuse in 50 Milliliter Zentrifugenröhrchen mit Löchern, durch deren Tipps gebohrt, um Eindringen von Narkosegas ermöglichen untergebracht. Nach der Mäuse anästhesiert und eine Schnittstelle für die Überwachung Ausrüstung Vorbereitung Bereich in der Nähe des Magneten sind, werden sie in den modifizierten Zentrifugenröhrchen gesteckt und montiert auf die Ladefläche Array. Nach der Montage alle Mäuse, ist die Belastung Array transportiert und in die Magneten positioniert und auf einer Schiene-System. Das Schienensystem kann das Array zu koppeln mit der Maus Bienenstock, wenn sich die Bohrung des Magneten geschoben. Als vollständig in der Magnet, der Zentrifugenröhrchen andocken der Narkose Abgabesystem innerhalb der HF-Spulen eingesetzt. Isofluran mit Sauerstoff vermischt wird von der Maus hive Ende der Probe durch ein Rohr entlang der Achse der jede einzelne Feder geliefert. Das Narkosegas-Gemisch strömt in den Rohren, vorbei an den Mäusen und wird durch eine aktive Spülung Gerät an der Rückseite des Ladens array (Abbildung 1) gesammelt. Die Induction Kammer: Da bildgebende Zeiten können bis zu drei Stunden, die Minimierung Tier Vorbereitungszeit ist entscheidend für die Maus Exposition auf die Anästhesie zu begrenzen. Daher haben wir eine eigene Induktion Kammer des Herstellungsverfahrens (Abb. 2) zu rationalisieren entwickelt. Der Brauch Induktion Kammer schafft eine einheitliche Umgebung für Induktions-und Verarbeitung von mehreren Mäusen. Hergestellt aus klarem Acrylglas, ermöglicht die Induktion Kammer verfügt selbstschliessend Silikon Iris Ports Betäubung Leckage zu minimieren und den Benutzer auf das interne Umfeld, ohne die Notwendigkeit für spezielle Handschuhe zugreifen. Im Vergleich zu herkömmlichen Maske und Schaltungen für eine einzelne Maus, ist die Induktion Kammer groß genug, um bis zu zwanzig Mäuse Haus und ermöglicht freien Manipulation der Mäuse ohne das Anbringen von schwerfälligen Röhren und Masken. Das Gerät ist mit einem konstanten Fluss von Narkosegas, das unter Verwendung eines passiven Spülsystem wird mitgeliefert. Resistive Heizelemente werden verwendet, um den Boden der Kammer Wärme an die Tiere die Körpertemperatur während der Vorbereitung zu halten. Der Schlitten: Eines der heikelsten und zeitraubende Aspekte der Vorbereitung Mäuse für die MRT sind die Anwendung von Elektrokardiogramm (EKG) Elektroden und rektale Temperatur-Sonden. Darüber hinaus wurden viele der herkömmlichen Elektroden, wie Manschette und Nadelelektroden, fand das Tier Haltung macht es schwierig, die Positionierung zu standardisieren verzerren. Deshalb haben wir eine eigene formschlüssige Positionierung Plattform mit eingebetteter EKG erfunden, genannt Atmung und Temperatur-Sonden den &quot;Schlitten&quot; (US-Patent 7.146.936) (Abbildung 3). Motion-Beschränkungen von Klettverschlüssen gemacht wurden verwendet, um Bewegung des Kopfes zu begrenzen. Multiple-Maus in vivo Bildgebung des Gehirns vor: <ol><li> Alle Maus-Forschung erfordert lokale ACC (Animal Care Committee), IACUC (Institutional Animal Care und Verwenden Committee) oder eine gleichwertige Genehmigung für Maus Handhabung. </li><li> Alle Verfahren wie Identifikation und Wiegen der Tiere sollten unter einer biologischen Sicherheitswerkbank (BSC) und in der MRT-Gerät durchgeführt werden. Die Tiere werden in einem autoklavierbaren Kunststoff überführt und in die MRI Induktion Kammer. </li><li> Mäuse sind in eine vorgewärmte Induktion Kammer mit 4% Isofluran und 4 L / min Sauerstoff anästhesiert. Die Tiere sind völlig betäubt, wenn sie zu paw Prise ansprechen. Fur aus der Brust entfernt mit einem Epiliergerät (Nair) gegebenenfalls einen besseren Kontakt mit EKG-und Temperaturüberwachung Geräte, die in eine eigene Schlitten gebaut wurden sind. Eve Salbe (Tears Naturale PM) ist für die Augen, um zu verhindern Trocknung aufgetragen und ca. 0,3 ml Kochsalzlösung wird subkutan verabreicht Hydratation beizubehalten. </li><li> Gd-DTPA-BMA (Omniscan) könnenverwendet werden, wenn Kontrastverstärkung gewünscht wird. Wenn Gd-DTPA verwendet werden soll, wird es in Kochsalzlösung (Endvolumen 300uL) verdünnt werden, verabreicht in einer Dosis von 1 mmol / kg vor der MR-Sitzung via IP. </li><li> Mäuse werden dann in einzelne Schlitten geladen, immobilisiert mit Kopfbänder und schieben in unbefristete 50ml konische Röhre (Abbildung 3). Bis zu 7 lebende Mäuse auf einmal gescannt werden. Nachdem alle Tiere mit physiologischen Überwachung verbunden geladen, stellen Sie die Isofluran-Ebene in der Magnet Bohrung bis 2% und der Sauerstoffgehalt zu 8 L / min. </li><li> Die konische Rohre werden in eine Docking-System (Abbildung 1) entwickelt, um Position Mäusen gleichmäßig in jedem HF-Spule in der Mitte des Magneten positioniert Bohrung montiert. Einmal geladen, kann Isofluran reduziert, um 0,9-2% liegen. EKG und Temperatur werden über jedes Tier im Laufe des Scans überwacht. Die Tiere sind warm gehalten im Laufe des Scans mit erwärmter Luft. </li><li> Die Dauer der einzelnen dreidimensionalen Scan ist ca. 3 Stunden. Die Details lauten wie folgt: schnelle Spin-Echo mit TR von 2300 ms und einer TEeff von 36 ms. Echo Zuglänge von 8 mit 1 Durchschnitt. Resultierende Bild-Auflösung beträgt 125 um (Abbildung 4). </li><li> Wenn der Scan abgeschlossen ist, werden die Tiere von dem Magneten entfernt und entladen in einem warmen Induktion Kammer mit 100% Sauerstoff gefüllt. Die Tiere werden in einem Kunststoff versiegelten Behältern übertragen und transportiert unter einer BSC. Sie sind an einem warmen zugfreien Käfig gestellt und darf von der Narkose erholen. </li></ol> 2. Multiple-Maus ex vivo Brain Imaging: Unabhängig von Bewegungsartefakten erreicht feste MR-Bildgebung eine höhere Auflösung als Live-Bildgebung. Hochauflösende, bieten dreidimensionalen Datensätzen maximale Flexibilität bei der Gewinnung quantitativer Informationen und ermöglichen eine automatisierte Bildanalyse. Eine benutzerdefinierte HF-Spule Array wurde für die parallele Erfassung von 16 hochauflösenden MR-Datensätzen von in-Schädel Mäusehirnen in Nacht Scan-Sitzungen fest entwickelt. Der 16-Coil ex vivo Brain Imaging Array: Ein custom-built 16-Weichenan Array wurde Bild 16 Proben gleichzeitig erstellt. Dieses Design verbessert die auf einem früheren Prototyp zur Abbildung drei Proben gleichzeitig in einem 60mm einfügen Gradienten eingestellt. Die 8-Gang-Magnetspulen werden über Wunde an den Enden, um eine einheitliche Empfindlichkeit liefern innerhalb von 10% über eine Länge von 26mm und sind individuell im modularen Fächern (Idziak und Haeberlen, 1982) abgeschirmt. Die 16-Spule Fächer sind an einem Rahmen (Abbildung 5), welche die Spulen innerhalb des Gradienten und klemmt es Positionen in Ort mit einem pneumatischen Blase um die Bewegung zu minimieren montiert. Multiple-Maus ex vivo Bildgebung des Gehirns vor: <ol><li> Öffnen Sie Brustkorb und legen Nadel (oder Sicherheit Winged Infusionsset 25G X 4.3) in den linken Ventrikel des Herzens von einer narkotisierten Maus (durch intraperitoneale Injektion von Ketamin (150 mg / kg) und Xylazin (10 mg / kg) . Schneiden Sie den rechten Vorhof. </li><li> Transcardiac Perfusion bündig mit 30 mL Raumtemp 1 X PBS + 1 ul / mL Heparin (1000 USP Einheiten / ml) + 2 mM ProHance bei einer Flussrate von ca. 100 ml / Std. </li><li> Fixation Pass mit 30 mL 4% PFA (Raumtemperatur) + 2 mM ProHance bei 100 ml / Std. </li><li> Enthaupten und Haut entfernen, Unterkiefer, Ohren, knorpeligen Nasenspitze. </li><li> Legen restlichen Schädel-Struktur in 4% PFA + 2 mM ProHance Nacht bei 4 ° C. </li><li> Transfer zum 1X PBS + 0,02% Natriumazid + 2 mM ProHance. </li><li> Hochauflösende dreidimensionale MRT bei 7 Tesla tritt zwischen 4 Tage und nicht länger als 2,5 Monate nach der Perfusion. Brains sind in einem 16-Kanal-Magnetspule array (Abbildung 5) platziert. </li><li> Imaging-Parameter lauten wie folgt: schnelle Spin-Echo mit TR 325 ms und einer TEeff von 30 ms, Echo-Zug Länge von 6 mit 4-Durchschnitt. Die endgültigen Bilder haben eine isotrope Auflösung von 32 um (Abbildung 6) und die Scan-Dauer beträgt ca. 12 Stunden. </li><li> Nach dem Scannen statt des Schädels in 10% Formalin + 2 mM ProHance für die Konservierung. </li></ol> 3. Repräsentative Ergebnisse: <img src="/files/ftp_upload/2497/2497fig1.jpg" alt="Abbildung 1" /> Abbildung 1. Die Maus Ladesystem. Die &quot;Be-Array&quot; und &quot;Maus hive&quot; mit einem gemeinsamen Glasfaser Eisenbahnnetz angeschlossen. <img src="/files/ftp_upload/2497/2497fig2.jpg" alt="Abbildung 2" /> Abbildung 2. Die Induktion Kammer. <img src="/files/ftp_upload/2497/2497fig3.jpg" alt="Abbildung 3" /> Abbildung 3. A) Der Schlitten, zeigt eingebettete Sensoren zur Überwachung und Kopfstütze. b) einer narkotisierten Maus auf einem Schlitten mit der Kopfstütze befestigt. Der Schlitten Montage leicht gleitet in die Zentrifugenröhrchen. <img src="/files/ftp_upload/2497/2497fig4.jpg" alt="Abbildung 4" /> Abbildung 4. </strong&gt; Vertreter in vivo multiple Hirn-Bilder von einem 3 Stunden dreidimensionalen Scan. <img src="/files/ftp_upload/2497/2497fig5.jpg" alt="Abbildung 5" /> Abbildung 5. 16-Kanal-Magnetspule Array für das Scannen von 16 festen Gehirn Proben. <img src="/files/ftp_upload/2497/2497fig6.jpg" alt="Abbildung 6" /> Abbildung 6. Representative ex-vivo Gehirn Bild.

<ol>
	<li>Bock, N. A., Konyer, N. B., Henkelman, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiple-mouse+MRI.">Multiple-mouse MRI.</a> Magn. Reson. Med. 49, 158-167 (2003).</li><li>Dazai, J., Bock, N. A., Nieman, B. J., Davidson, L. M., Henkelman, R. M., Chen, X. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiple+mouse+biological+loading+and+monitoring+system+for+MRI.">Multiple mouse biological loading and monitoring system for MRI.</a> Magn. Reson. Med. 52, 709-715 (2004).</li><li>Spring, S., Lerch, J. P., Henkelman, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sexual+dimorphism+revealed+in+the+structure+of+the+mouse+brain+using+three-dimensional+magnetic+resonance+imaging.">Sexual dimorphism revealed in the structure of the mouse brain using three-dimensional magnetic resonance imaging.</a> NeuroImage. 35, 1424-1433 (2007).</li><li>Idziak, S., Haeberlen, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+construction+of+a+high+homogeneity+rf+coil+for+solid-state+multiple-pulse+NMR.">Design and construction of a high homogeneity rf coil for solid-state multiple-pulse NMR.</a> J. Magn. Reson. 50, 281-288 (1982).</li></ol>

Sowohl die in vivo und ex vivo-Maus-Imaging-Systeme Bild mehrere Themen auf einmal, um den Durchsatz von bildgebenden Studien deutlich zu erhöhen, ohne eine Erhöhung der Belichtungszeit. Das Gehirn Bilder sowohl aus dem In-vivo-und ex vivo multiple-Maus bildgebenden Verfahren sind von hoher Qualität und eignen sich für Phänotypisierung Dur-und Moll-Strukturen im Gehirn der Maus bzw.. Zur Minimierung Tier Vorbereitungszeit von mehreren Exemplaren, ist die Parallelisierung von Prozessen von entscheidender Bedeutung. Zum Beispiel die Entwicklung der Induktion Kammer für die Induktion von mehreren Proben gleichzeitig erlaubt, und der Schlitten ist die Anwendung der EKG-und Temperaturfühler synchronisiert, während Normungsgremium Positionierung. Darüber hinaus ermöglicht unsere ex vivo Imaging System uns die hohe Auflösung dreidimensionale Bilder von 16 festen ganze Gehirn gleichzeitig die ideal für High-Throughput-Phänotypisierung Studien zu erwerben. Mögliche Einschränkungen der in-vivo-Imaging-System gehören die Unfähigkeit, individuell steuern Anästhesie und Temperatur für jede Maus. Bei Bedarf individuelle Narkose Steuerung kann mit der Zugabe von exklusiven Anästhesiemittelverdampfer für jede Maus durchgeführt werden. Eine weitere Einschränkung der in-vivo-Bildgebung ist, dass das Scannen an Mäusen, die weniger als etwa 32 Gramm sind beschränkt ist. Allerdings gibt es einen Plan derzeit an der Spule zu vergrößern, um größere Tiere unterzubringen.

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		<div>
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		<thead>
		<tr>
		<th>Material Name</th>
		<th>Type</th>
		<th>Company</th>
		<th>Catalogue Number</th>
		<th>Comment</th>
		</tr>
		</thead>
		<tbody>
		
<tr>
<td>Isoflurane, USP (AErrane)</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Baxter</td>
<td>CA2L9108</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>NAIR</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Church &amp; Dwight Canada Corp.</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Tears Naturale P.M.</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Alcon</td>
<td>DIN 02082519</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Omniscan (gadodiamide injection USP) </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>GE healthcare</td>
<td>J-110A</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Custom Sleds </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Dazai Research Instruments</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>PBS w/o Ca and Mg </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Wisent</td>
<td>311-010-CL</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Heparin 10000USP/10ml </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Pharmaceutical Partners of Canada</td>
<td>DIN 02264315</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>ProHance (gadoteridol injection USP)</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Bracco Diagnostics</td>
<td>11181 </td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Parafolmadehyde (powder)</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Sigma</td>
<td>P-6148-500g</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Sodium Azide</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Fisher</td>
<td>S227-100</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Formalin 10%</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Fisher </td>
<td>SF100-4</td>
<td>&nbsp;</td>		</tbody>
		</table>
		</div>

multiple-mouse neuroanatomical magnetic resonance imaging

Das Feld der Maus Phänotypisierung mit Magnet-Resonanz-Tomographie (MRT) wächst schnell, motiviert durch die Notwendigkeit einer verbesserten Werkzeuge für die Charakterisierung und Bewertung von Mausmodellen menschlicher Erkrankungen. Die MRT ist eine ausgezeichnete Modalität für die Untersuchung von gentechnisch veränderten Tieren. Es ist in der Lage ganze Gehirn Abdeckung kann in vivo verwendet werden, und bietet mehrere Gegensatz Mechanismen zur Untersuchung verschiedener Aspekte der neuranatomy und Physiologie. Das Aufkommen der Hochfeld-Scannern zusammen mit der Fähigkeit, mehrere Mäuse gleichzeitig scannen ermöglicht eine schnelle Phänotypisierung von neuen Mutationen. Effektive Maus MRT-Studien erfordern die Aufmerksamkeit auf viele Aspekte der Versuchsplanung. In diesem Artikel werden wir beschreiben, allgemeine Methoden, um qualitativ hochwertige Bilder für Maus Phänotypisierung unter Verwendung eines Systems zu erwerben, die Bilder Mäuse gleichzeitig in abgeschirmten Senden / Empfangen Hochfrequenz-(HF)-Spulen in einem gemeinsamen Magneten (Bock et al., 2003). Wir konzentrieren uns vor allem auf anatomische Phänotypisierung, eine wichtige und leicht zugängliche Anwendung, die ein hohes Potential für Auswirkungen in vielen Mausmodellen auf unsere Imaging-Center gezeigt hat. Bevor wir die einzelnen Schritte, um solche Bilder zu erwerben bieten kann, gibt es wichtige praktische Überlegungen für beide in vivo Bildgebung des Gehirns (Dazai et al., 2004) und Ex-vivo-Bildgebung des Gehirns (Spring et al., 2007), die beachtet werden sollten. Diese werden im Folgenden diskutiert.

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Multiple-mouse Neuroanatomical Magnetic Resonance Imaging

Magnetic Resonance Imaging (MRI) ist ein zunehmend beliebtes Werkzeug für die Prüfung der Phänotyp genetisch veränderten Mäusen. Dieser Artikel beschreibt die Methoden notwendig, um High-Throughput-Phänotypisierung von genetisch veränderten Mäusen mit Multiple-Maus MRT zu erreichen.

Multiple-Maus Neuroanatomische Magnetic Resonance Imaging

The field of mouse phenotyping with magnetic resonance imaging (MRI) is rapidly growing, motivated by the need for improved tools for characterizing and ...

multiple-mouse-neuroanatomical-magnetic-resonance-imaging

Research

JoVE Journal

Neuroscience

15.7K Aufrufe.  Hospital for Sick Children. Magnetic Resonance Imaging (MRI) ist ein zunehmend beliebtes Werkzeug für die Prüfung der Phänotyp genetisch veränderten Mäusen. Dieser Artikel beschreibt die Methoden notwendig, um High-Throughput-Phänotypisierung von genetisch veränderten Mäusen mit Multiple-Maus MRT zu erreichen.

Serie: Multiple-mouse Neuroanatomical Magnetic Resonance Imaging

Magnetic Resonance Spectroscopy of live Drosophila melanogaster using Magic Angle Spinning

High-Resolution Magic Angle Spinning (HRMAS) proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) is a novel non-destructive technique that improves spectral line-widths and allows high-resolution spectra to be obtained from extracts, intact cells, cell cultures, and more importantly intact tissue to investigate relationships between metabolites and cellular processes. In vivo HRMAS 1H-MRS studies have yet to be reported in the live fruit fly Drosophila melanogaster. Drosophila, as a simpler genetic organism, allows the multiple biological functions and various evolutionarily conserved signaling pathways to be examined at the whole organism level and it is a useful model for investigating genetics and physiology. To this end, we developed and implemented an in vivo HRMAS 1H-MRS method to investigate live Drosophila at 14.1 T. Here, we outline an HRMAS 1H-MRS protocol for the molecular characterization of Drosophila with a conventional MR spectrometer equipped with an HRMAS probe. This technique is a novel, in vivo, non-destructive Drosophila metabolite measurement approach, which enables the identification of disease biomarkers and thus may contribute to novel therapeutic development.

Magnetic Resonance Spectroscopy of live Drosophila melanogaster using Magic Angle Spinning

This technique enables the use of high-resolution magic angle spinning proton MR spectroscopy (HRMAS 1H-MRS) for molecular characterization of live Drosophila melanogaster with a conventional 14.1 tesla spectrometer equipped with an HRMAS probe.

Magnetic Resonance Spectroscopy von Live- Drosophila melanogaster Verwendung von Magic Angle Spinning

High-Resolution Magic Angle Spinning (HRMAS) proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) is a novel non-destructive technique that improves spectral ...

Forschung

Neurowissenschaften

High-resolution Functional Magnetic Resonance Imaging Methods for Human Midbrain

Functional MRI (fMRI) is a widely used tool for non-invasively measuring correlates of human brain activity. However, its use has mostly been focused upon measuring activity on the surface of cerebral cortex rather than in subcortical regions such as midbrain and brainstem. Subcortical fMRI must overcome two challenges: spatial resolution and physiological noise. Here we describe an optimized set of techniques developed to perform high-resolution fMRI in human SC, a structure on the dorsal surface of the midbrain; the methods can also be used to image other brainstem and subcortical structures.
High-resolution (1.2 mm voxels) fMRI of the SC requires a non-conventional approach. The desired spatial sampling is obtained using a multi-shot (interleaved) spiral acquisition1. Since, T2* of SC tissue is longer than in cortex, a correspondingly longer echo time (TE ~ 40 msec) is used to maximize functional contrast. To cover the full extent of the SC, 8-10 slices are obtained. For each session a structural anatomy with the same slice prescription as the fMRI is also obtained, which is used to align the functional data to a high-resolution reference volume.
In a separate session, for each subject, we create a high-resolution (0.7 mm sampling) reference volume using a T1-weighted sequence that gives good tissue contrast. In the reference volume, the midbrain region is segmented using the ITK-SNAP software application2. This segmentation is used to create a 3D surface representation of the midbrain that is both smooth and accurate3. The surface vertices and normals are used to create a map of depth from the midbrain surface within the tissue4.
Functional data is transformed into the coordinate system of the segmented reference volume. Depth associations of the voxels enable the averaging of fMRI time series data within specified depth ranges to improve signal quality. Data is rendered on the 3D surface for visualization.
In our lab we use this technique for measuring topographic maps of visual stimulation and covert and overt visual attention within the SC1. As an example, we demonstrate the topographic representation of polar angle to visual stimulation in SC.

This article describes techniques to perform high-resolution functional magnetic resonance imaging with 1.2 mm sampling in human midbrain and subcortical structures using a 3T scanner. Use of these techniques to resolve topographic maps of visual stimulation in the human superior colliculus (SC) is given as an example.

Hochauflösende Functional Magnetic Resonance Imaging Methods for Human Mittelhirn

Functional MRI (fMRI) is a widely used tool for non-invasively measuring correlates of human brain activity. However, its use has mostly been focused upon ...

The Use of Magnetic Resonance Spectroscopy as a Tool for the Measurement of Bi-hemispheric Transcranial Electric Stimulation Effects on Primary Motor Cortex Metabolism

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a neuromodulation technique that has been increasingly used over the past decade in the treatment of neurological and psychiatric disorders such as stroke and depression. Yet, the mechanisms underlying its ability to modulate brain excitability to improve clinical symptoms remains poorly understood 33. To help improve this understanding, proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) can be used as it allows the in vivo quantification of brain metabolites such as &#947;-aminobutyric acid (GABA) and glutamate in a region-specific manner 41. In fact, a recent study demonstrated that 1H-MRS is indeed a powerful means to better understand the effects of tDCS on neurotransmitter concentration 34. This article aims to describe the complete protocol for combining tDCS (NeuroConn MR compatible stimulator) with 1H-MRS at 3 T using a MEGA-PRESS sequence. We will describe the impact of a protocol that has shown great promise for the treatment of motor dysfunctions after stroke, which consists of bilateral stimulation of primary motor cortices 27,30,31. Methodological factors to consider and possible modifications to the protocol are also discussed.

This article aims to describe a basic protocol for combining transcranial direct current stimulation (tDCS) with proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) measurements to investigate the effects of bilateral stimulation on primary motor cortex metabolism.

Die Verwendung von magnetischen Resonanzspektroskopie als Werkzeug für die Messung der Bi-hemisphärische transkranielle elektrische Stimulation Auswirkungen auf primären motorischen Kortex Metabolism

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a neuromodulation technique that has been increasingly used over the past decade in the treatment of ...

High-resolution In Vivo Manual Segmentation Protocol for Human Hippocampal Subfields Using 3T Magnetic Resonance Imaging

The human hippocampus has been broadly studied in the context of memory and normal brain function and its role in different neuropsychiatric disorders has been heavily studied. While many imaging studies treat the hippocampus as a single unitary neuroanatomical structure, it is, in fact, composed of several subfields that have a complex three-dimensional geometry. As such, it is known that these subfields perform specialized functions and are differentially affected through the course of different disease states. Magnetic resonance (MR) imaging can be used as a powerful tool to interrogate the morphology of the hippocampus and its subfields. Many groups use advanced imaging software and hardware (&#62;3T) to image the subfields; however this type of technology may not be readily available in most research and clinical imaging centers. To address this need, this manuscript provides a detailed step-by-step protocol for segmenting the full anterior-posterior length of the hippocampus and its subfields: cornu ammonis (CA) 1, CA2/CA3, CA4/dentate gyrus (DG), strata radiatum/lacunosum/moleculare (SR/SL/SM), and subiculum. This protocol has been applied to five subjects (3F, 2M; age 29-57, avg. 37). Protocol reliability is assessed by resegmenting either the right or left hippocampus of each subject and computing the overlap using the Dice&#39;s kappa metric. Mean Dice&#39;s kappa (range) across the five subjects are: whole hippocampus, 0.91 (0.90-0.92); CA1, 0.78 (0.77-0.79); CA2/CA3, 0.64 (0.56-0.73); CA4/dentate gyrus, 0.83 (0.81-0.85); strata radiatum/lacunosum/moleculare, 0.71 (0.68-0.73); and subiculum 0.75 (0.72-0.78). The segmentation protocol presented here provides other laboratories with a reliable method to study the hippocampus and hippocampal subfields in vivo using commonly available MR tools.

High-resolution In Vivo Manual Segmentation Protocol for Human Hippocampal Subfields Using 3T Magnetic Resonance Imaging

The goal of this manuscript is to study the hippocampus and hippocampal subfields using MRI. The manuscript describes a protocol for segmenting the hippocampus and five hippocampal substructures: cornu ammonis (CA) 1, CA2/CA3, CA4/dentate gyrus, strata radiatum/lacunosum/moleculare, and subiculum.

Hohe Auflösung<em&gt; In-vivo-</em&gt; Manuelle Segmentierung Protokoll für Menschen Hippocampus Teilfelder Verwenden von 3T Kernspintomographie

The human hippocampus has been broadly studied in the context of memory and normal brain function and its role in different neuropsychiatric disorders has ...

High-resolution Structural Magnetic Resonance Imaging of the Human Subcortex In Vivo and Postmortem

The focus of this study was to test the resolution limits of structural MRI of a postmortem brain compared to living human brains. The resolution of structural MRI in vivo is ultimately limited by physiological noise, including pulsation, respiration and head movement. Although imaging hardware continues to improve, it is still difficult to resolve structures on the millimeter scale. For example, the primary visual sensory pathways synapse at the lateral geniculate nucleus (LGN), a visual relay and control nucleus in the thalamus that normally is organized into six interleaved monocular layers. Neuroimaging studies have not been able to reliably distinguish these layers due their small size that are less than 1 mm thick.
The resolving limit of structural MRI, in a postmortem brain was tested using multiple images averaged over a long duration (~24 h). The purpose was to test whether it was possible to resolve the individual layers of the LGN in the absence of physiological noise. A proton density (PD)1 weighted pulse sequence was used with varying resolution and other parameters to determine the minimum number of images necessary to be registered and averaged to reliably distinguish the LGN and other subcortical regions. The results were also compared to images acquired in living human brains. In vivo subjects were scanned in order to determine the additional effects of physiological noise on the minimum number of PD scans needed to differentiate subcortical structures, useful in clinical applications.

High-resolution Structural Magnetic Resonance Imaging of the Human Subcortex In Vivo and Postmortem

Here we present a protocol to determine the minimum number images that needed to be registered and averaged to resolve subcortical structures and test whether the individual layers of the LGN could be resolved in the absence of physiological noise.

Hochauflösende Strukturkernspintomographie des menschlichen Subcortex<I&gt; In-vivo-</I&gt; Und Postmortem

The focus of this study was to test the resolution limits of structural MRI of a postmortem brain compared to living human brains. The resolution of ...

A Magnetic Resonance Imaging Protocol for Stroke Onset Time Estimation in Permanent Cerebral Ischemia

MRI provides a sensitive and specific imaging tool to detect acute ischemic stroke by means of a reduced diffusion coefficient of brain water. In a rat model of ischemic stroke, differences in quantitative T1 and T2 MRI relaxation times (qT1 and qT2) between the ischemic lesion (delineated by low diffusion) and the contralateral non-ischemic hemisphere increase with time from stroke onset. The time dependency of MRI relaxation time differences is heuristically described by a linear function and thus provides a simple estimate of stroke onset time. Additionally, the volumes of abnormal qT1 and qT2 within the ischemic lesion increase linearly with time providing a complementary method for stroke timing. A (semi)automated computer routine based on the quantified diffusion coefficient is presented to delineate acute ischemic stroke tissue in rat ischemia. This routine also determines hemispheric differences in qT1 and qT2 relaxation times and the location and volume of abnormal qT1 and qT2 voxels within the lesion. Uncertainties associated with onset time estimates of qT1 and qT2 MRI data vary from &plusmn; 25 min to &plusmn; 47 min for the first 5 hours of stroke. The most accurate onset time estimates can be obtained by quantifying the volume of overlapping abnormal qT1 and qT2 lesion volumes, termed 'Voverlap' (&plusmn; 25 min) or by quantifying hemispheric differences in qT2 relaxation times only (&plusmn; 28 min). Overall, qT2 derived parameters outperform those from qT1. The current MRI protocol is tested in the hyperacute phase of a permanent focal ischemia model, which may not be applicable to transient focal brain ischemia.

A protocol for stroke onset time estimation in a rat model of stroke exploiting quantitative magnetic resonance imaging (qMRI) parameters is described. The procedure exploits diffusion MRI for delineation of the acute stroke lesion and quantitative T1 and T2 (qT1 and qT2) relaxation times for timing of stroke.

Ein Magnet-Resonanz-Tomographie-Protokoll für Schlaganfall auftreten Zeit Schätzung in ständigen zerebraler Ischämie

MRI provides a sensitive and specific imaging tool to detect acute ischemic stroke by means of a reduced diffusion coefficient of brain water. In a rat ...

Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging in Chronic Spinal Cord Compression

Chronic spinal cord compression is the most common cause of spinal cord impairment in patients with nontraumatic spinal cord damage. Conventional magnetic resonance imaging (MRI) plays an important role in both confirming the diagnosis and evaluating the degree of compression. However, the anatomical detail provided by conventional MRI is not sufficient to accurately estimate neuronal damage and/or assess the possibility of neuronal recovery in chronic spinal cord compression patients. In contrast, diffusion tensor imaging (DTI) can provide quantitative results according to the detection of water molecule diffusion in tissues. In the present study, we develop a methodological framework to illustrate the application of DTI in chronic spinal cord compression disease. DTI fractional anisotropy (FA), apparent diffusion coefficients (ADCs), and eigenvector values are useful for visualizing microstructural pathological changes in the spinal cord. Decreased FA and increases in ADCs and eigenvector values were observed in chronic spinal cord compression patients compared to healthy controls. DTI could help surgeons understand spinal cord injury severity and provide important information regarding prognosis and neural functional recovery. In conclusion, this protocol provides a sensitive, detailed, and noninvasive tool to evaluate spinal cord compression.

Here, we present a protocol for the application of diffusion tensor imaging parameters to evaluate spinal cord compression.

Diffusion Tensor Magnetresonanztomographie bei chronischer WirbelsäulenkorrekUnterdrückung

Chronic spinal cord compression is the most common cause of spinal cord impairment in patients with nontraumatic spinal cord damage. Conventional magnetic ...

Standardized Data Acquisition for Neuromelanin-Sensitive Magnetic Resonance Imaging of the Substantia Nigra

The dopaminergic system plays a crucial role in healthy cognition (e.g., reward learning and uncertainty) and neuropsychiatric disorders (e.g., Parkinson's disease and schizophrenia). Neuromelanin is a byproduct of dopamine synthesis that accumulates in dopaminergic neurons of the substantia nigra. Neuromelanin-sensitive magnetic resonance imaging (NM-MRI) is a noninvasive method for measuring neuromelanin in those dopaminergic neurons, providing a direct measure of dopaminergic cell loss in the substantia nigra and a proxy measure of dopamine function. Although NM-MRI has been shown to be useful for studying various neuropsychiatric disorders, it is challenged by a limited field-of-view in the inferior-superior direction resulting in the potential loss of data from the accidental exclusion of part of the substantia nigra. In addition, the field is lacking a standardized protocol for the acquisition of NM-MRI data, a critical step in facilitating large-scale multisite studies and translation into the clinic. This protocol describes a step-by-step NM-MRI volume placement procedure and online quality control checks to ensure the acquisition of good-quality data covering the entire substantia nigra.

This protocol shows how to acquire neuromelanin-sensitive magnetic resonance imaging data of the substantia nigra.

Standardisierte Datenerfassung für Neuromelanin-sensitive Magnetresonanztomographie der Substantia nigra

The dopaminergic system plays a crucial role in healthy cognition (e.g., reward learning and uncertainty) and neuropsychiatric disorders (e.g., ...

Acquisition of Resting-State Functional Magnetic Resonance Imaging Data in the Rat

Resting-state functional magnetic resonance imaging (rs-fMRI) has become an increasingly popular method to study brain function in a resting, non-task state. This protocol describes a preclinical survival method for obtaining rs-fMRI data. Combining low dose isoflurane with continuous infusion of the &#945;2 adrenergic receptor agonist dexmedetomidine provides a robust option for stable, high-quality data acquisition while preserving brain network function. Furthermore, this procedure allows for spontaneous breathing and near-normal physiology in the rat. Additional imaging sequences can be combined with resting-state acquisition creating experimental protocols with anesthetic stability of up to 5 h using this method. This protocol describes the setup of equipment, monitoring of rat physiology during four distinct phases of anesthesia, acquisition of resting-state scans, quality assessment of data, recovery of the animal, and a brief discussion of post-processing data analysis. This protocol can be used across a wide variety of preclinical rodent models to help reveal the resulting brain network changes that occur at rest.

This protocol describes a method for obtaining stable resting-state functional magnetic resonance imaging (rs-fMRI) data from a rat using low dose isoflurane in combination with low dose dexmedetomidine.

Erfassung von funktionellen Magnetresonanztomographiedaten im Ruhezustand bei ratten

Resting-state functional magnetic resonance imaging (rs-fMRI) has become an increasingly popular method to study brain function in a resting, non-task ...

Endovascular Perforation Model for Subarachnoid Hemorrhage Combined with Magnetic Resonance Imaging (MRI)

The endovascular filament perforation model to mimic subarachnoid hemorrhage (SAH) is a commonly used model - however, the technique can cause a high mortality rate as well as an uncontrollable volume of SAH and other intracranial complications such as stroke or intracranial hemorrhage. In this protocol, a standardized SAH mouse model is presented, induced by endovascular filament perforation, combined with magnetic resonance imaging (MRI) 24 h after operation to ensure the correct bleeding site and exclude other relevant intracranial pathologies. Briefly, C57BL/6J mice are anesthetized with an intraperitoneal ketamine/xylazine (70 mg/16 mg/kg body weight) injection and placed in a supine position. After midline neck incision, the common carotid artery (CCA) and carotid bifurcation are exposed, and a 5-0 non-absorbable monofilament polypropylene suture is inserted in a retrograde fashion into the external carotid artery (ECA) and advanced into the common carotid artery. Then, the filament is invaginated into the internal carotid artery (ICA) and pushed forward to perforate the anterior cerebral artery (ACA). After recovery from surgery, mice undergo a 7.0 T MRI 24 h later. The volume of bleeding can be quantified and graded via postoperative MRI, enabling a robust experimental SAH group with the option to perform further subgroup analyses based on blood quantity.

Endovascular Perforation Model for Subarachnoid Hemorrhage Combined with Magnetic Resonance Imaging MRI

Here we present a standardized SAH mouse model, induced by endovascular filament perforation, combined with magnetic resonance imaging (MRI) 24 h after operation to ensure the correct bleeding site and exclude other relevant intracranial pathologies.

Endovaskuläres Perforationsmodell für Subarachnoidalblutungen in Kombination mit Magnetresonanztomographie (MRT)

The endovascular filament perforation model to mimic subarachnoid hemorrhage (SAH) is a commonly used model - however, the technique can cause a high ...

Methods Article

Multiple-Maus Neuroanatomische Magnetic Resonance Imaging