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Experimentos necesarios para desarrollar el protocolo se realizaron de acuerdo a las regulaciones nacionales y fueron aprobados por el comité científico de ética local (Comitato di Bioética di Ateneo), que operan dentro de la institución, de la Universidad de Turín, Turín, Italia. 1. Preparación <ol><li> Anestesia <ol><li> Colocar el animal dentro de la cámara isoflurano apropiado para anestesiar a ella. </li><li> Llene la cámara con O 2 y mixta gas isoflurano para uso veterinario en una concentración de 2,5% en una cámara de gas de 2 L y esperar unos 3 minutos para que la rata se duerma. Compruebe si el efecto de la anestesia por una pizca dedo del pie. </li><li> Una vez que la anestesia hace efecto, retire la rata y pesarlo. </li><li> Extender una capa fina de gel hidrosoluble oftálmica en los ojos del animal para protegerlos y mantener la hidratación fisiológica ocular. </li><li> Coloque la rata sobre una ecografía y la estación de imagen fotoacústica encimera. YOorden n para mantener el efecto de anestesia, rápidamente la posición de la nariz dentro de la máscara apropiada proporcionar un flujo constante de la anestesia (isoflurano 2% -2,5% de oxígeno en 1 L / min). </li></ol></li><li> Afeitarse el animal <ol><li> Extender una capa consistente de crema depilatoria en la superficie de la cabeza, con atención para cubrir áreas que rodean las orejas y el cuello. Permita que la crema actúe durante varios minutos y suavemente lo saca con una espátula. Eliminar todos los restos de crema suavemente con una esponja húmeda para limpiar la piel con precisión. NOTA: La piel de los animales atrapa aire que afecta negativamente a la adquisición de imágenes basado en ultrasonido, por lo tanto, tiene que ser eliminado necesariamente tanto como sea posible. </li></ol></li><li> Posicionamiento del animal <ol><li> Organizar el animal en una posición propagación águila. Monitorear los signos vitales, por medio de sensores de parámetros vitales apropiados sobre la encimera (si están presentes). Incline las patas en los sensores después de aplicar unas gotas de crema de electrodos para uso profesional. NOTA: Durante la anestesia, asegurar que los parámetros vitales tienen valores como sigue: la temperatura corporal de la rata ≈ 37,5 ° C, latidos cardiacos por minuto (BPM) varía entre 250 y 350 y la tasa respiratoria está comprendida en el intervalo de 40-80 respiraciones por minuto . </li><li> Finalmente sujetar las extremidades con parche de seda artificial hipoalergénico. Si es necesario, extenderse de nuevo una capa delgada de gel soluble en agua oftálmica para proteger los ojos de los animales. </li></ol></li></ol> 2. Adquisición de imágenes de Temporal Punto de vista <ol><li> Posicionamiento del animal <ol><li> Mantener el animal en posición prona, girar su cuerpo ligeramente en el lado, con un ángulo de inclinación de unos 45 ° con respecto al eje del cuerpo sagital. Utilice pequeños rollos de gasa de algodón que se coloca para organizar correctamente la disposición (Figura 2a). </li><li> Levante la cabeza del animal y gire ligeramente a un lado (Figura 2a). Utilice un rollo de algodón como soporte de mantenimiento de la inser así hocicoTed en la máscara de anestesia. </li><li> Inclinar el plano de trabajo en un ángulo de aproximadamente 30 ° con respecto al plano horizontal. </li><li> Girar el transductor de formación de imágenes en un ángulo de aproximadamente 30 ° con respecto al plano vertical. </li></ol></li><li> Ultrasónico y adquisición de imágenes anatómicas y vascular fotoacústica <ol><li> Gire la imagen escanear en, introduzca la adquisición de la imagen de modo B y correctamente configurar todos los parámetros de adquisición de imágenes de respetar los posibles requisitos dados del experimento (Figura 3a). NOTA: Ajuste la frecuencia de transmisión central lo más bajo posible (16 MHz, Figura 3b), con el fin de tener la máxima profundidad de penetración posible para el transductor. </li><li> Disponer una capa consistente (aproximadamente 1 cm de espesor) de agua hipoalergénico gel de transmisión de ultrasonidos soluble en la cabeza del animal (Figura 2b). Cubrir la cabeza de transductor con una capa delgada de gel de la misma y ponerlo en contacto con la capa en la rat. Utilice gel caliente para minimizar la hipotermia localizada. </li><li> Iniciar la adquisición de la imagen en el modo B y ajustar la posición del transductor en tiempo real, mediante la identificación de referencias anatómicas y centrando la región de interés para el punto medio monitor. Asegúrese de eliminar las burbujas de aire en cualquier nivel atrapado en la capa de gel, ya que afectan negativamente a la adquisición. </li><li> Coloque el transductor para alinearlo con el eje virtual que conecta el oído al ojo (Figura 4a) para obtener una focalización del haz óptimo. Adquirir diferentes vistas del volumen cerebral interna, por la derecha o giro a la izquierda (Figura 4b yc). </li><li> Eventualmente sujetar el transductor en un soporte mecánico para asegurar de forma estable la posición y la orientación para sintonizar de forma fina. </li><li> Asegúrese de que la región cerebral de interés se localiza en 10 mm de profundidad con respecto a la fuente transductor US-LASER para recibir un pH óptimoseñal de respuesta otoacústicas (Figura 5). A continuación, coloque el indicador de US onda focalización exactamente en el centro de la zona analizada. NOTA: Durante la investigación de las áreas de interés, evitar la activación de la opción de puerta de la respiración, con el fin de acelerar el procedimiento de posicionamiento. </li><li> Entrar en el modo Doppler color para visualizar los vasos sanguíneos del cerebro internos de una manera sensible alta. </li><li> Una vez que el posicionamiento se ha establecido de una manera apropiada para visualizar las regiones buscados, activar la opción de puerta de respiración para evitar efectos no deseados relacionados con el movimiento (Figura 6a). </li><li> Elija el conjunto de parámetros de adquisición deseada en el modo Doppler color (Figura 6b) y la obtención de imágenes en esta modalidad de distinguir velocidades y direcciones de flujo de sangre, hasta varios milímetros de profundidad de penetración. </li><li> Entrar en el modo Doppler pulsado y adquirir imágenes para detectar la pulsación de sangre de la arteria y de diferenciar entre las arterias de unavenas nd. </li><li> Entrar en el modo Doppler de potencia y parámetros de adquisición establecidos (Figura 7) para llevar a cabo una cuantificación de la señal sobre la base del número de eventos de dispersión causadas por el movimiento de flujo, y por lo tanto a las diferencias en las tasas de flujo evaluados. </li><li> Entrar en el modo fotoacústica y debidamente refinar los parámetros de adquisición (Figura 8a) para recoger datos sobre la sangre contenido total de hemoglobina o el grado de oxigenación en un área determinada. Mediante la producción de excitación de láser en un espectro de longitud de onda (de 680 nm a 970 nm, Figura 8b), la absorción de la hemoglobina total presente en diferentes estados químicos dentro de un tejido se puede cuantificar. Mediante la realización de la colección de la señal en longitudes de onda específicas individuales (Figura 8C), es posible aislar las contribuciones de señal distintas debido a la absorción de oxi y especies puras de-oxi. </li></ol></li></ol> 3. Imaging desde el Punto de Vista occipital <ol><li> Posicionamiento del animal <ol><li> Mantener el animal en posición prona, bajar la cabeza y uso de animales pequeños rollos de gasa de algodón como destaca lateral para organizar correctamente la disposición. </li><li> Gire el transductor en paralelo de imagen para el plano transversal de la cabeza del animal (Figura 9). NOTA: En este modo, la adquisición se centra a través del foramen occipital en la base del cráneo. Al variar el ángulo de inclinación de la orientación de la sonda (Figura 9), será posible adquirir imágenes de los vasos internos en diferentes vistas dependiendo de la inclinación de ajuste. </li></ol></li><li> Ultrasónico y adquisición de imágenes anatómicas y vascular fotoacústica <ol><li> Introduzca la adquisición de la imagen de modo B, configurar todos los parámetros de adquisición de imágenes como se informó anteriormente (Figura 3) y difundir las capas de gel de ultrasonido necesarios en la sonda y en la nuca animal. </li><li> Organizar el transductor de permanecer casi horizontal, en order que se dirige a lo largo del eje anatómicas-posterior-a anterior del cuerpo. Apunte hacia el lado frontal del hocico y la incline ligeramente hacia adelante. </li><li> Comience la adquisición de imágenes en modo B y Doppler Color Mode (Figuras 3 y 6). Ajustar correctamente la posición del transductor y eliminar las burbujas de aire de la capa de gel como se describió anteriormente. Si es posible, fijar el transductor en una posición firme para controlar la orientación de una manera fina y elegir el mejor ángulo de inclinación para adquirir imágenes de las regiones anatómicas deseadas. </li><li> Visualizar los vasos sanguíneos del cerebro internos en el modo de Power Doppler, configurando adecuadamente los parámetros de adquisición (Figura 7). </li><li> Localizar arterias intensamente palpitaba por Pulsada Modo Doppler de onda. Distinguirlas de las venas, que por el contrario se caracterizan por bajos niveles de pulsación del flujo sanguíneo. </li><li> Recoger la sangre flujo de datos de velocidades y direcciones en el modo Doppler color, adaptando adecuadamente ACQparámetros uisition (Figura 6). </li><li> Juego completo profunda hemodinámica cerebral datos de caracterización, añadiendo información sangre química obtenida a través de la adquisición fotoacústica (Figura 8). Realice este mediante la evaluación, en particular, la cantidad de parámetros hemáticas tales como el porcentaje de saturación de O 2 y el contenido total de hemoglobina (HbT), que se mide generalmente mediante el establecimiento de la excitación de longitud de onda de láser a 750 y 850 nm (Figura 8c). </li></ol></li></ol> 4. Fin de Adquisición y Recolección Animal NOTA: considerar correctamente todo el tiempo dedicado al proceso de adquisición de la imagen (del paso 1 al paso 3), que se somete a las principales restricciones relacionadas con la dosis de anestésico aplicado al animal. <ol><li> Guarde todos los datos adquiridos, gire el láser pulsante apagado por salir del modo de adquisición fotoacústica y distanciar al transductor. </li><li> Mientras se mantiene la animal bajo el efecto de anestesia, comience a limpiar quitando suavemente el gel protector de los ojos con un algodón húmedo. Use una espátula y varias toallas de papel para eliminar completamente el gel de ultrasonido de la cabeza y el hocico, luego limpiar con una esponja húmeda. Tenga cuidado de no dañar la delicada piel afeitada. </li><li> Saque el parche adhesivo utilizado para sujetar las extremidades y desconectarlos de los sensores que controlan los parámetros fisiológicos. Transferir rápidamente al animal de la encimera de adquisición a una jaula diferente. </li><li> Anfitrión del animal en una pequeña jaula para la recuperación de la anestesia. Asegúrese de que los animales no deben compartir la jaula durante esta fase con el fin de evitar agresiones </li><li> Coloque la jaula de recuperación bajo una luz infrarroja para mantener al animal caliente. Espere hasta que se haya recuperado el conocimiento suficiente para mantener decúbito esternal. Compruebe las condiciones generales de salud de los animales, antes de pasar a la sala de cría de animales. </li></ol>

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Las tasas de publicación de este artículo fueron patrocinados por Visual Sonics.

El protocolo presentado fue optimizado con el fin de proporcionar un rendimiento muy eficaz de imágenes cerebrales en animales pequeños. Las imágenes pueden ser adquiridas en las diferentes modalidades de precisión siguiendo las indicaciones sobre los parámetros de adquisición y el posicionamiento del transductor en forámenes cráneo. En particular, el posicionamiento en el lado temporal es el más crítico, ya que los EE.UU. y el láser tienen que estar centrado con la mayor precisión posible penetrar correctamente el agujero, lo cual es más pequeño que el occipital. Sin embargo, gracias a esta configuración experimental, características hemodinámicas relacionadas con concursos fisiológicos o incluso patológicos son accesibles y se pueden evaluar incluso en regiones profundas del cerebro, que suelen ser difíciles de caracterizar. Desde la adquisición de imágenes exitosa depende de la exactitud del posicionamiento del transductor, esta dependencia ha de tenerse muy en cuenta, ya que puede afectar al rendimiento de imagen. Por ejemplo,algunas estructuras anatómicas de interés podrían no ser completamente incluidos en el plano de la imagen de adquisición y su identificación a partir de imágenes que ofrecen sólo una visión parcial podría resultar subóptimo. Por otra parte, una adquisición de imágenes de Estados Unidos y PA realizado en una modalidad en tres dimensiones (3D Mode) no sería compatible con la configuración experimental se ha descrito anteriormente, ya que requiere el transductor para mover a lo largo de un camino automatizado predefinido. Por último, debido a la variabilidad anatómica natural, la dimensión de las aberturas del cráneo puede variar significativamente entre los animales, lo que repercute impredecibles sobre el proceso de adquisición. Este hecho hace dependiente de la calidad de imagen de las características de cada individuo. En consecuencia, la imposibilidad de aplicar esta estrategia para algunos animales tiene que ser considerado en el diseño del protocolo experimental. En concreto, un notable interés está dirigido a la hemodinámica, debido a su papel fundamental en la determinación de labiodistribución de medicamentos u otras moléculas exógenas después de la administración sistémica 28-29. Las consecuencias aplicativas en el campo de la Imagen Molecular son muchas, que van desde la validación de los agentes de contraste de imagen piscina de sangre para estudios de administración de fármacos imagen supervisado requieren inducida por ultrasonidos BBB abertura 30. Todos estos propósitos de investigación sin duda beneficiarse de la mínima invasividad del protocolo, teniendo en cuenta que, sin ningún tipo de cirugía adicional, el riesgo de muerte o efectos secundarios no deseados se reduce sustancialmente y el seguimiento a largo plazo en los mismos modelos animales es factible. En resumen, el protocolo presentado permitirá al practicante de manera eficiente imagen e interpretar correctamente la topografía anatómica y el patrón vascular de los tejidos normales o patológicos cerebrales en modelos animales de investigación de uso. Mientras que los métodos actuales son principalmente limitadas a tomográficos de imagen cortical 25-27, esta configuración da la oportunidad de ePara ilustrar varios procesos que influyen en la fisiología cerebral profunda, mediante la fusión de ventajas que ofrece tanto imágenes Unidos y PA.

Se necesitan estrategias para describir minuciosamente las características de la hemodinámica cerebral en el sistema nervioso central de los animales pequeños para avanzar en el campo de la neurociencia 1-3. La técnica presentada muestra cómo realizar acústica no invasiva y de imagen fotoacústica en cerebro pequeño animal con el fin de examinar la biología vascular, disposición y función. Técnicas de imagen ópticos permiten la localización de eventos relacionados con la actividad neuronal 2,4-5 y adquieren simultáneamente señales generadas por la hemoglobina, tanto en estados oxigenados y no oxigenados 6. Sin embargo, debido a la absorción y la dispersión fotónica, la imagen óptica pura sufre de pobre resolución espacial y el tejido limitada profundidad de penetración 7-8. Por el contrario, la acústica ofrecen la oportunidad de realizar las imágenes más profunda con mayor resolución espacial espacio, pero se ve obstaculizado por el moteado y limitada contraste 9-11. Mediante la combinación de características de la fotónica wiº ultrasonido, la técnica fotoacústica mejora tanto la formación de imágenes de diagnóstico y potencialidades de los métodos individuales 12-16. Formación de imagen fotoacústica del cerebro tiene el potencial para dilucidar múltiples preguntas en la neurobiología, sin embargo, el casquete que protege naturalmente, el encéfalo, limita drásticamente tanto el 17-19 penetración en el tejido fotónico y ultrasonidos. Por otra parte, los huesos promover la dispersión de la luz y el sonido resulta en la pérdida de la sensibilidad y de la imagen aberraciones 17-18. Como consecuencia, ultrasónica cerebro y la formación de imagen fotoacústica se pueden realizar fácilmente en animales recién nacidos antes de la osificación 20, pero la profunda anatomía y la fisiología del cerebro adulto son claramente accesible sólo después de una craneotomía 21,22. Lamentablemente, la cirugía necesaria para la eliminación de cráneo es técnicamente difícil y sus efectos pueden ser perjudiciales para algunos fines experimentales por lo que es difícil de controlar la progresión de la enfermedad neuronal en elmismo animal con el tiempo. Por lo tanto, un método no invasivo para imagen profunda biología cerebral en modelos de animales pequeños es altamente deseable. En la literatura el método de fotón reciclador 17 se reporta como una manera de reducir la pérdida de teléfono y aumentar la transmitancia a través del cráneo intacto, la mejora de la señal fotoacústica a ruido (SNR) y el contraste de la diana. El protocolo presentado tiene como objetivo proporcionar un método fiable para acústica cerebro subcortical y formación de imagen fotoacústica en roedores investigación de uso (específicamente en ratas) sin ningún tipo de cirugía invasiva. El procedimiento se basa en el uso de dispositivos portátiles de transducción de ultrasonido de alta frecuencia y la formación de imagen fotoacústica. A diferencia de la tecnología de imágenes tomográficos 23, portátil y transductores direccionales 24 Habilitar selección de regiones específicas de cráneo con espesor reducido de forma natural, denominado fisuras o scissures. Los grandes hendiduras (forámenes) presentes en el vertebrado unNimal cráneo son necesarios para localizar los haces de nervios, vasos u otras estructuras de conexión circuitos encéfalo internos a otras partes del cuerpo. Los grandes hendiduras se encuentran en las aberturas de hueso de diferentes tamaños que pueden ser explotadas como pasajes específicos para las ondas de ultrasonido y láser. Tal formación de imágenes dirigida reduce los efectos de reflexión de onda causadas por las interfaces de hueso y aumenta la sensibilidad al aumentar la profundidad de penetración de formación de imágenes. En esta perspectiva, el transductor de formación de imágenes puede estar dispuesto para ser perpendicular a las hendiduras situadas en el temporal y en el lado occipital del cráneo (Figura 1), con el fin de converger máximo el ultrasonido y rayos fotónicos en estas áreas. Esta orientación tanto mejora la calidad de la señal y las fuerzas de la señal para proceder a través de una capa más delgada de hueso con respecto a otras orientaciones craneales. Por lo tanto, las ondas transmitidas y reflejadas se someten a un menor grado de dispersión, lo que permite colección de señales intensas procedentes de más profundacapas de tejido. En contraste con los procedimientos anteriores, esta configuración experimental requiere de afeitar la cabeza justo animal, mientras que ningún otro tipo de cirugía es necesaria. Con el protocolo propuesto, las imágenes se realiza en relativamente alta resolución espacial, revelando tanto, las estructuras anatómicas de referencia específica y los vasos sanguíneos más profundos que el estado actual de los métodos de la técnica, a la vez que la piel del animal y del cráneo permanecen intactos. Imágenes coronales y axiales únicos pueden ser adquiridos mediante la explotación de diversas modalidades de adquisición de imágenes por ultrasonidos (B, Doppler de potencia, color Doppler, modo de onda pulsada) en paralelo a la imagen fotoacústica. Un repertorio extenso de parámetros se puede extraer de estas imágenes, lo que permite la representación de parénquima y la anatomía vascular junto con toda una colección de características que afectan a la dinámica de circulación de la sangre. Este protocolo se puede utilizar para obtener imágenes de las características básicas del parénquima cortical en alta frecuencia Modo ultrasónico B modalidad, las arterias carótidas basilar e internos (BA e ICA respectivamente) que componen el Círculo de Willis, la arteria cerebral media (ACM) y otros detalles del aparato circulatorio. Además, la cuantificación del flujo sanguíneo, significa velocidades de las corrientes, la descripción movimiento direccional y los datos de saturación de oxígeno se puede recoger de cortical a las regiones profundas del cerebro. Esta nueva estrategia tiene un gran potencial para una variedad de aplicaciones y satisface la necesidad urgente de procedimientos confiables para representar características profundas del cerebro que son cruciales en diversas patologías. Por otra parte, debido a su mínima invasividad, el protocolo presentado puede permitir posibles estudios de imagen miríada sobre el sistema nervioso central, en particular aquellos que requieren un monitoreo a largo plazo o que involucre delicados modelos animales patológicos.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="979">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Name of Reagent/ Equipment</td>
			<td style="width:180px;">Company</td>
			<td style="width:119px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:464px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">High frequency ultrasound and photoacoustic imaging station (VEVO LAZR 2100 system)&#160;</td>
			<td>FUJIFILM VisualSonics Inc.</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Vevo Compact Dual Anesthesia System (Tabletop Version)&#160;&#160;</td>
			<td>FUJIFILM VisualSonics Inc.</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td>http://www.visualsonics.com/anesthesiasystem#sthash.opODt 
			Sht.dpuf</td>
		</tr>
		<tr height="84">
			<td height="84" style="height:84px;width:216px;">Ultrasound Transmission Gel (Aquasonic 100)</td>
			<td style="width:180px;">PARKER LABORATORIES INC.</td>
			<td style="width:119px;">01-08</td>
			<td>http://www.parkerlabs.com/aquasonic-100.asp</td>
		</tr>
		<tr height="231">
			<td height="231" style="height:231px;width:216px;">Sprague-Dawley rats</td>
			<td style="width:180px;">&#160;Charles River Laboratories</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:464px;">Three helathy 6-weeks old Sprague-Dawley rats were purchased by Charles River Laboratories and kept in standard housing (12 h light-dark cycles) with a standard rodent&#160; chow and water available ad libitum. Provided by: http://www.criver.com/</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

non-invasive parenchymal, vascular and metabolic high-frequency ultrasound and photoacoustic rat deep brain imaging

Photoacoustics and high frequency ultrasound stands out as powerful tools for neurobiological applications enabling high-resolution imaging on the central nervous system of small animals. However, transdermal and transcranial neuroimaging is frequently affected by low sensitivity, image aberrations and loss of space resolution, requiring scalp or even skull removal before imaging. To overcome this challenge, a new protocol is presented to gain significant insights in brain hemodynamics by photoacoustic and high-frequency ultrasounds imaging with the animal skin and skull intact. The procedure relies on the passage of ultrasound (US) waves and laser directly through the fissures that are naturally present on the animal cranium. By juxtaposing the imaging transducer device exactly in correspondence to these selected areas where the skull has a reduced thickness or is totally absent, one can acquire high quality deep images and explore internal brain regions that are usually difficult to anatomically or functionally describe without an invasive approach. By applying this experimental procedure, significant data can be collected in both sonic and optoacoustic modalities, enabling to image the parenchymal and the vascular anatomy far below the head surface. Deep brain features such as parenchymal convolutions and fissures separating the lobes were clearly visible. Moreover, the configuration of large and small blood vessels was imaged at several millimeters of depth, and precise information were collected about blood fluxes, vascular stream velocities and the hemoglobin chemical state. This repertoire of data could be crucial in several research contests, ranging from brain vascular disease studies to experimental techniques involving the systemic administration of exogenous chemicals or other objects endowed with imaging contrast enhancement properties. In conclusion, thanks to the presented protocol, the US and PA techniques become an attractive noninvasive performance-competitive means for cortical and internal brain imaging, retaining a significant potential in many neurologic fields.

Este método permite a la imagen de referencia, tanto las estructuras anatómicas y los vasos sanguíneos específica relativamente alta resolución espacial, más profundo que la técnica actual con la piel del animal y el cráneo intacto. En nuestras condiciones experimentales de la profundidad de la señal PA es 4,5 mm y la resolución axial es de 75 micras con un FOV 23 x 15,5 cm. Los experimentos con fotoacústica Tomografía modalidad 19 mostraron un valor de la resolución &lt;1 mm. El rango de valores de SNR es de 21,6 dB a 23,8 dB (obtenido por 5 puntos diferentes seleccionados al azar en el tejido cerebral y el fondo). La yuxtaposición el transductor en el lado temporal del cráneo, imágenes del cerebro pueden ser adquiridos como secciones transversales o incluso coronal sobre la base del ángulo de posicionamiento seleccionado del transductor con un punto de formación de imágenes resultante de vista lateral (Figura 4). Epidermis, huesos del cráneo y el material del parénquima están bien representados en modo B de ultrasonidos, ya que difieren en gran medida en términos de acimpedancia oustic (Figura 10). Incluso si su configuración depende del punto de vista elegido, algunos sitios anatómicos de referencia en el parénquima son reconocibles, tales como fisuras de separación cerebro parte interna de la corteza y el tracto óptico en forma de característica (Figura 10). Además, un gran número de buques son visibles tanto en las modalidades de imágenes ultrasónicas y fotoacústicas. Intersecciones característicos de la arteria carótida interna (ACI) con otros grandes vasos principales que se ejecutan a lo largo de la superficie lateral externa del cerebro del animal pueden ser fácilmente reconocidos. Rutas vasculares grandes, como el ICA, proporcionan un suministro de sangre masiva para satisfacer la necesidad neuronal constante de energía y oxígeno. El ICA, se originó de la arteria carótida común (CCA), se ejecuta en el lado lateral de la cabeza a varios milímetros de profundidad, va más allá de todos sus sitios de bifurcación y finalmente llega a la parte frontal de la cabeza. Este flujo sanguíneo principal propaga entre intermedicomió empresas vasos, antes de ser canalizado en las arteriolas siempre más pequeñas para finalmente alimentan a las neuronas. Desde el punto de vista temporal, es posible rastrear el patrón de la Arteria Cerebral interna, que se bifurca en los vasos dirigidas a frente y el lado lateral del cerebro. Las imágenes coronales y transversales pueden ser adquiridos con diferente inclinación del transductor con respecto a la dirección del eje virtual de unirse al ojo y la oreja del animal (Figura 4). Por la inclinación del transductor de acuerdo con las proyecciones descritas en la Figura 4, es posible obtener imágenes resueltas de la arteria cerebral media (MCA) que surge de ICA y además se divide en dos o más ramas, que finalmente envolvente lóbulos corticales (Figuras 11 y 12). Los mejores visualizaciones se obtuvieron para MCA con la inclinación de la sonda como mostró en la Figura 4c y de ICA como se muestra en la Figura 4b. Imágenes acústicas basadas en Doppler revela pequeñas ramas, mientras que la información de dirección de la corriente de la sangre está disponible gracias a la adquisición de Doppler color (Figura 13). Característica de la arteria MCA se confirma por Pulsada Wave técnica ultrasónica (Figuras 14 y 15). Señal fotoacústica de la hemoglobina contenida en los glóbulos rojos circulantes puede ser detectada y analizada para recopilar datos acerca de su estado oxidativo molecular y para calcular la saturación de oxígeno en sangre (Figuras 16 y 17). Contenido de oxígeno hemática se puede correlacionar con datos sónicos con el fin de confirmar la discriminación de la sangre arterial de la sangre venosa. Al señalar el transductor hacia el agujero occipital, la visión se proyecta en el plano axial de la cabeza (Figura 9) y este plano de la imagen se puede resolver en ángulos de inclinación variable. En este caso, el punto de vista de formación de imágenes del cerebro posterior podría connota por una<html> alta profundidad de penetración, a causa de la entrada occipital más grande. El Círculo de Willis, una configuración vaso característico en el cerebro profundo, puede ser localizada y se examina mediante la aplicación de todas las técnicas antes mencionadas. Arteria basilar (BA), que se ejecuta en el lado ventral del cerebelo, eventualmente conduce a encéfalo y simétricamente se bifurca en dos ramas. Estas dos ramas en el cerebro ventral extienden y luego se unen de nuevo, por lo tanto, la creación de una estructura de anillo (el círculo). Este círculo profundo basal es la basal vascular de la que surgen todos los vasos sanguíneos de tamaño medio, como las arterias posterior, Media y cerebral anterior (ACP, ACM y ACA, respectivamente), que son los principales efectores de un suministro de sangre masiva para el cerebro . En el modo Doppler color, la identificación de las ramas de tamaño medio es factible y permite la clara visualización de los segmentos vasculares curvas (como el PCA) que entra en el Círculo de Willis (Figura 18). nt &quot;&gt; El tejido del parénquima cerebral también se registró con PA modalidad en proyección occipital (Figura 19) para mostrar la caracterización vascular en la parcela espectral (Figura 20). Con este espectro es posible distinguir la señal derivada de vasos arteriales y venosos. <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig1highres.jpg" /> Figura 1: Ubicación de forámenes cráneo y el punto de vista de la adquisición de imágenes respectiva La cabeza de la rata en el perfil (a) y los sitios en los que el dispositivo transductor de imágenes se puede colocar a yuxtaponerse en foramen temporales (flecha morada) y en el agujero occipital. (flecha amarilla) en el perfil (b). <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig2highres.jpg" /> Figura 2: eliminación Animal para acquisitio imagen temporaln. (A) La disposición del animal sobre la encimera para la adquisición de imágenes: después del afeitado cabeza, el animal se coloca en una posición de decúbito prono con el cuerpo ligeramente inclinado en un lado con el fin de exponer el lado temporal de la cabeza. La encimera puede ser posiblemente dotada de un dispositivo calentador para mantener el cuerpo caliente del animal durante la adquisición. Algunos rollos de algodón pueden ser utilizados para obtener esta posición, mientras que los parches adhesivos sujetan las patas en los sensores para la monitorización de signos vitales. (B) una capa consistente de gel de ultrasonido cubre el área de la cabeza en el que se coloca el transductor durante la exploración. <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig3highres.jpg" width="550" /> Figura 3: Los parámetros de adquisición para la imagen B-Mode. (A) Una pantalla ilustrativa que muestra el panel de informes parámetros de adquisición importantes empleadas para obtener imágenes del cerebro en B-Modo. (B) Es importante destacar que la frecuencia de transmisión se encuentra en valores bajos (16 MHz) para mejorar estadounidense penetración tisular. <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig4highres.jpg" /> Figura 4: adquisición de la imagen transversal desde foramen temporal (a) La referencia virtual eje que une la aurícula a la vista y el movimiento de inclinación (flecha roja) para variar la inclinación del transductor y el plano de adquisición de imágenes; (b) en sentido antihorario con respecto al movimiento. eje de referencia de oreja a los ojos y la inclinación variable de la posición del transductor; c) el movimiento hacia la derecha con respecto al eje de referencia de oreja a los ojos y la inclinación variable de la posición del transductor. <img alt="Figura 5" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig5highres.jpg" /> Figura 5: La profundidad de enfoque óptimo para EE.UU.y la adquisición de imágenes PA. Mientras buscaba el área de interés, la profundidad de enfoque de imagen (representado por un triángulo amarillo) tiene que ser fijado en alrededor de 10 mm de profundidad de la fuente / láser de Estados Unidos, con el fin de obtener un rendimiento óptimo de imagen. <img alt="Figura 6" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig6highres.jpg" width="300" /> Figura 6: Los parámetros de adquisición de imágenes Modo Doppler color. (A) Antes de iniciar la adquisición de imágenes en el modo Doppler color, la opción de puerta de la respiración se puede activar, a fin de evitar el artefacto generado por los movimientos respiratorios fisiológicos. (B) Una pantalla ejemplificando mostrando los parámetros de adquisición importantes empleadas para obtener imágenes del cerebro en Doppler color Modo. <img alt="Figura 7" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig7highres.jpg" width="300" /> Figura 7: Adquisición<html> parámetros para imágenes Modo Power Doppler. Una pantalla ilustrativa que muestra los parámetros de adquisición importantes empleadas por imágenes del cerebro en el modo Power Doppler. <img alt="Figura 8" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig8highres.jpg" /> Figura 8: Los parámetros de adquisición de imágenes Modo fotoacústica. (A) El panel de presentación de informes parámetros de adquisición importantes empleadas para la formación de imágenes del cerebro en el modo fotoacústica. (B) Adquisición de un espectro fotoacústica, basado en un láser de excitación que van desde 680 nm a 970 nm, con un intervalo de longitud de onda de 5 nm (referido como paso tamaño). (parámetros c) Adquisición empleadas para el modo de onda fotoacústica solo a 750 nm y 850 nm, para la discriminación de señales de oxigenados y oxigenados hemoglobina respectivamente. <html> fig9highres.jpg &quot;/&gt; Figura 9:. Adquisición de la imagen transversal del foramen occipital (a) colocación del transductor en el cuello de los animales (flecha amarilla) y el plano de la imagen transversal resultante que prácticamente secciones de la cabeza en la dirección caudo-rostral; (b) vista posterior de la colocación del transductor y imagen plano de adquisición. <img alt="Figura 10" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig10highres.jpg" /> Figura 10:. Adquisición B-Mode de foramen temporales para la individuación de las referencias anatómicas Epidermis (a), el cráneo (b) y el parénquima (c) puede distinguirse fácilmente, pero también otras referencias anatómicas pueden ser detectados, como la fisura ( d) que rodea la parte profunda del cerebro ventral y la forma característica de la vía óptica (e). ve_content &quot;fo: keep-together.within-page =&quot; always &quot;&gt; <img alt="Figura 11" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig11highres.jpg" /> Figura 11: Power Doppler adquisición Modo través foramen temporales para la individuación de referencias vasculares MCA levantado de la ICA en el lado temporal del cerebro.. Para obtener este punto de vista, la imagen transversal fue adquirido por el transductor apuntando hacia el foramen temporales y girándola en sentido antihorario. <img alt="Figura 12" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig12highres.jpg" /> Figura 12: Power Doppler adquisición Modo través foramen temporales para la individuación de referencias vasculares MCA levantado de la ICA en el lado temporal del cerebro.. Para obtener este punto de vista, la imagen transversal fue adquirido por el transductor apuntando hacia el foramen temporales y girándola en sentido horario. Figura 13: El Doppler color adquisición Modo través foramen temporales para la individuación de referencias vasculares MCA levantado de la ICA en el lado temporal del cerebro.. Información direccional de corriente de la sangre se expresa por medio de una barra de escala de colores, distinguiendo entre los movimientos de flujo dirigido hacia el dispositivo transductor y fuera de ella. <img alt="Figura 14" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig14highres.jpg" /> Figura 14: Modo de adquisición de onda pulsada a través de foramen temporales para la individuación de referencias vasculares La confirmación de las propiedades arteriales de sangre que circula dentro de los vasos que fueron identificados como hipotéticamente arterias:. Modo de onda pulsada proporciona información sobre la variación de velocidades de las corrientes, que pueden correlacionarse a efecto de pulsación cardíaca (más inteNSE en las arterias que en las venas). <img alt="Figura 15" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig15highres.jpg" /> Figura 15: Pulsada Wave adquisición Modo través foramen temporales para la individuación de referencias vasculares Identificación por el modo de onda pulsada de los vasos sanguíneos como las venas, donde el efecto de la pulsación cardiaca en velocidades de las corrientes es insignificante.. <img alt="Figura 16" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig16highres.jpg" /> Figura 16: Modo de adquisición fotoacústica través foramen temporales para la individuación de referencias vasculares. Vasos internos del parénquima en el lado cerebral temporal visualizado por-Modo B (izquierda) y el modo de onda fotoacústica Soltero (a la derecha). Los colores de la barra de escala reflejan diferentes valores de intensidad de la señal fotoacústica, inducidos por una excitación láser realizado en una longitud de onda seleccionada. En order individualizar las venas y arterias, las longitudes de onda de excitación se puede ajustar a 750 y 850 nm, que representa los valores para obtener los picos de emisión fotoacústica para hemoglobina desoxigenada y oxigenada respectivamente. <img alt="Figura 17" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig17highres.jpg" /> Figura 17: Modo de adquisición fotoacústica través foramen temporales de discriminación hemoglobina oxigenada y desoxigenada. Vasos internos en el lado cerebral temporal visualizado por B-Mode (izquierda) y el Modo fotoacústica Oxy-Hemo (derecha). Los colores de la barra de escala reflejan diferentes valores de porcentaje de saturación de oxígeno de la hemoglobina en la sangre. <img alt="Figura 18" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig18highres.jpg" /> Figura 18: adquisición Modo Doppler color a través de agujero occipital para la individuación de referencias vasculares.Segmentos vasculares curvos que crean la estructura del sótano del Círculo de Willis, que se encuentra en el lado ventral del cerebro. <img alt="Figura 19" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig19highres.jpg" /> Figura 19: fotoacústica y B-Mode adquisición a través de agujero occipital para la individuación de referencias vasculares. Nell&#39;immagine en modo B si possono evidenziare le strutture Anatomiche individuabili la de la estafa Proiezione occipitale e nella corrispondente acquisizione con modalità fotoacustica con rilevamento spettrale tra 670 nm a 980 nm (con paso di 5 nm). <img alt="Figura 20" src="/files/ftp_upload/52162/52162fig20highres.jpg" /> Figura 20: fotoacústica y B-Mode adquisición a través de agujero occipital para la individuación de referencias vasculares. En questa imaginar Viene rappresentato lo spettro corrispondente Alle tre ROI tracciate un livello del parénquima cerebellare; in particolare sono tracciate un livello di tre strutture vascolari, la cui tipologia si differenzia un livello dell&#39;andamento spettrale (ROI fuxia e celeste corrispondono un strutture vascolari venose; ROI gialla corrisponde anuncio una struttura vascolare arteriosa).

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Non-invasive Parenchymal, Vascular and Metabolic High-frequency Ultrasound and Photoacoustic Rat Deep Brain Imaging

The present work describes a new protocol to perform non-invasive high-frequency ultrasound and photoacoustic based imaging on rat brain, to efficiently visualize deep subcortical regions and their vascular patterns by directing signals on skull foramina naturally present on animal cranium.

Parénquima no invasiva, vascular y metabólico de alta frecuencia de ultrasonido y fotoacústica Rata cerebral profunda Imaging

Photoacoustics and high frequency ultrasound stands out as powerful tools for neurobiological applications enabling high-resolution imaging on the central ...

non-invasive-parenchymal-vascular-metabolic-high-frequency-ultrasound

Research

JoVE Journal

Neuroscience

12.0K vistas.  University of Turin. The present work describes a new protocol to perform non-invasive high-frequency ultrasound and photoacoustic based imaging on rat brain, to efficiently visualize deep subcortical regions and their vascular patterns by directing signals on skull foramina naturally present on animal cranium.

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Immunohistochemical Analysis in the Rat Central Nervous System and Peripheral Lymph Node Tissue Sections

Immunohistochemistry (IHC) provides highly specific, reliable and attractive protein visualization. Correct performance and interpretation of an IHC-based multicolor labeling is challenging, especially when utilized for assessing interrelations between target proteins in the tissue with a high fat content such as the central nervous system (CNS).
Our protocol represents a refinement of the standard immunolabeling technique particularly adjusted for detection of both structural and soluble proteins in the rat CNS and peripheral lymph nodes (LN) affected by neuroinflammation. Nonetheless, with or without further modifications, our protocol could likely be used for detection of other related protein targets, even in other organs and species than here presented.

We here present an optimized, detailed protocol for double immunostaining in formalin-fixed, paraffin-embedded rat central nervous system (CNS) and peripheral lymph node (LN) tissue sections.

El análisis inmunohistoquímico en el sistema nervioso central y periférico de la rata de nodo linfático secciones de tejido

Immunohistochemistry (IHC) provides highly specific, reliable and attractive protein visualization. Correct performance and interpretation of an IHC-based ...

Investigación

Neurociencias

Deep Brain Stimulation with Simultaneous fMRI in Rodents

In order to visualize the global and downstream neuronal responses to deep brain stimulation (DBS) at various targets, we have developed a protocol for using blood oxygen level dependent (BOLD) functional magnetic resonance imaging (fMRI) to image rodents with simultaneous DBS. DBS fMRI presents a number of technical challenges, including accuracy of electrode implantation, MR artifacts created by the electrode, choice of anesthesia and paralytic to minimize any neuronal effects while simultaneously eliminating animal motion, and maintenance of physiological parameters, deviation from which can confound the BOLD signal.&#160;Our laboratory has developed a set of procedures that are capable of overcoming most of these possible issues. For electrical stimulation, a homemade tungsten bipolar microelectrode is used, inserted stereotactically at the stimulation site in the anesthetized subject. In preparation for imaging, rodents are fixed on a plastic headpiece and transferred to the magnet bore. For sedation and paralysis during scanning, a cocktail of dexmedetomidine and pancuronium is continuously infused, along with a minimal dose of isoflurane; this preparation minimizes the BOLD ceiling effect of volatile anesthetics. In this example experiment, stimulation of the subthalamic nucleus (STN) produces BOLD responses which are observed primarily in ipsilateral cortical regions, centered in motor cortex. Simultaneous DBS and fMRI allows the unambiguous modulation of neural circuits dependent on stimulation location and stimulation parameters, and permits observation of neuronal modulations free of regional bias. This technique may be used to explore the downstream effects of modulating neural circuitry at nearly any brain region, with implications for both experimental and clinical DBS.

This protocol describes a standard method for simultaneous functional magnetic resonance imaging and deep brain stimulation in the rodent. The combined use of these experimental tools allows for the exploration of global downstream activity in response to electrical stimulation at virtually any brain target.

La estimulación cerebral profunda con simultánea fMRI en roedores

In order to visualize the global and downstream neuronal responses to deep brain stimulation (DBS) at various targets, we have developed a protocol for ...

Analysis of Gene Expression Changes in the Rat Hippocampus After Deep Brain Stimulation of the Anterior Thalamic Nucleus

Deep brain stimulation (DBS) surgery, targeting various regions of the brain such as the basal ganglia, thalamus, and subthalamic regions, is an effective treatment for several movement disorders that have failed to respond to medication. Recent progress in the field of DBS surgery has begun to extend the application of this surgical technique to other conditions as diverse as morbid obesity, depression and obsessive compulsive disorder. Despite these expanding indications, little is known about the underlying physiological mechanisms that facilitate the beneficial effects of DBS surgery. One approach to this question is to perform gene expression analysis in neurons that receive the electrical stimulation. Previous studies have shown that neurogenesis in the rat dentate gyrus is elicited in DBS targeting of the anterior nucleus of the thalamus1. DBS surgery targeting the ATN is used widely for treatment refractory epilepsy. It is thus of much interest for us to explore the transcriptional changes induced by electrically stimulating the ATN. In this manuscript, we describe our methodologies for stereotactically-guided DBS surgery targeting the ATN in adult male Wistar rats. We also discuss the subsequent steps for tissue dissection, RNA isolation, cDNA preparation and quantitative RT-PCR for measuring gene expression changes. This method could be applied and modified for stimulating the basal ganglia and other regions of the brain commonly clinically targeted. The gene expression study described here assumes a candidate target gene approach for discovering molecular players that could be directing the mechanism for DBS.

The mechanism underlying the therapeutic effects of Deep Brain Stimulation (DBS) surgery needs investigation. The methods presented in this manuscript describe an experimental approach to examine the cellular events triggered by DBS by analyzing the gene expression profile of candidate genes that can facilitate neurogenesis post DBS surgery.

Análisis de los cambios de expresión génica en la Rata Hippocampus Después de la estimulación cerebral profunda del tálamo anterior Núcleo

Deep brain stimulation (DBS) surgery, targeting various regions of the brain such as the basal ganglia, thalamus, and subthalamic regions, is an effective ...

Non-invasive Assessment of Changes in Corticomotoneuronal Transmission in Humans

The corticospinal pathway is the major pathway connecting the brain with the muscles and is therefore highly relevant for movement control and motor learning. There exists a number of noninvasive electrophysiological methods investigating the excitability and plasticity of this pathway. However, most methods are based on quantification of compound potentials and neglect that the corticospinal pathway consists of many different connections that are more or less direct. Here, we present a method that allows testing excitability of different fractions of the corticospinal transmission. This so called H-reflex conditioning technique allows one to assess excitability of the fastest (monosynaptic) and also polysynaptic corticospinal pathways. Furthermore, by using two different stimulation sites, the motor cortex and the cervicomedullary junction, it allows not only differentiation between cortical and spinal effects but also assessment of transmission at the corticomotoneural synapse. In this manuscript, we describe how this method can be used to assess corticomotoneural transmission after low-frequency repetitive transcranial magnetic stimulation, a method that was previously shown to reduce excitability of cortical cells. Here we demonstrate that not only cortical cells are affected by this repetitive stimulation but also transmission at the corticomotoneuronal synapse at the spinal level. This finding is important for the understanding of basic mechanisms and sites of neuroplasticity. Besides investigation of basic mechanisms, the H-reflex conditioning technique may be applied to test changes in corticospinal transmission following behavioral (e.g., training) or therapeutic interventions, pathology or aging and therefore allows a better understanding of neural processes that underlie movement control and motor learning.

The aim of the present study was to assess changes in transmission at the corticomotoneuronal synapses in humans after repetitive transcranial magnetic stimulation. For this purpose, an electrophysiological method is introduced that allows assessment of pathway specific corticospinal transmission, i.e. differentiation of fast, direct corticospinal pathways from polysynaptic connections.

Evaluación no invasiva de los cambios en la transmisión corticomotoneuronal en seres humanos

The corticospinal pathway is the major pathway connecting the brain with the muscles and is therefore highly relevant for movement control and motor ...

Isolation and Cannulation of Cerebral Parenchymal Arterioles

Intracerebral parenchymal arterioles (PAs), which include parenchymal arterioles, penetrating arterioles and pre-capillary arterioles, are high resistance blood vessels branching out from pial arteries and arterioles and diving into the brain parenchyma. Individual PA perfuse a discrete cylindrical territory of the parenchyma and the neurons contained within. These arterioles are a central player in the regulation of cerebral blood flow both globally (cerebrovascular autoregulation) and locally (functional hyperemia). PAs are part of the neurovascular unit, a structure that matches regional blood flow to metabolic activity within the brain and also includes neurons, interneurons, and astrocytes. Perfusion through PAs is directly linked to the activity of neurons in that particular territory and increases in neuronal metabolism lead to an augmentation in local perfusion caused by dilation of the feed PA. Regulation of PAs differs from that of better-characterized pial arteries. Pressure-induced vasoconstriction is greater in PAs and vasodilatory mechanisms vary. In addition, PAs do not receive extrinsic innervation from perivascular nerves &#8212; innervation is intrinsic and indirect in nature through contact with astrocytic endfeet. Thus, data regarding contractile regulation accumulated by studies using pial arteries does not directly translate to understanding PA function. Further, it remains undetermined how pathological states, such as hypertension and diabetes, affect PA structure and reactivity. This knowledge gap is in part a consequence of the technical difficulties pertaining to PA isolation and cannulation. In this manuscript we present a protocol for isolation and cannulation of rodent PAs. Further, we show examples of experiments that can be performed with these arterioles, including agonist-induced constriction and myogenic reactivity. Although the focus of this manuscript is on PA cannulation and pressure myography, isolated PAs can also be used for biochemical, biophysical, molecular, and imaging studies.

This manuscript describes a simple and reproducible protocol for isolation of intracerebral arterioles (a group of blood vessels encompassing parenchymal arterioles, penetrating arterioles and pre-capillary arterioles) from mice, to be used in pressure myography, immunofluorescence, biochemistry, and molecular studies.

El aislamiento y la canulación del parénquima cerebral arteriolas

Intracerebral parenchymal arterioles (PAs), which include parenchymal arterioles, penetrating arterioles and pre-capillary arterioles, are high resistance ...

Non-Invasive Modulation and Robotic Mapping of Motor Cortex in the Developing Brain

Mapping the motor cortex with transcranial magnetic stimulation (TMS) has potential to interrogate motor cortex physiology and plasticity but carries unique challenges in children. Similarly, transcranial direct current stimulation (tDCS) can improve motor learning in adults but has only recently been applied to children. The use of tDCS and emerging techniques like high&#8211;definition tDCS (HD-tDCS) require special methodological considerations in the developing brain. Robotic TMS motor mapping may confer unique advantages for mapping, particularly in the developing brain. Here, we aim to provide a practical, standardized approach for two integrated methods capable of simultaneously exploring motor cortex modulation and motor maps in children. First, we describe a protocol for robotic TMS motor mapping. Individualized, MRI-navigated 12x12 grids centered on the motor cortex guide a robot to administer single-pulse TMS. Mean motor evoked potential (MEP) amplitudes per grid point are used to generate 3D motor maps of individual hand muscles with outcomes including map area, volume, and center of gravity. Tools to measure safety and tolerability of both methods are also included. Second, we describe the application of both tDCS and HD-tDCS to modulate the motor cortex and motor learning. An experimental training paradigm and sample results are described. These methods will advance the application of non-invasive brain stimulation in children.

We demonstrate protocols for the modulation (tDCS, HD-tDCS) and mapping (robotic TMS) of the motor cortex in children.

Modulación no invasiva y mapeo robótico de la corteza motora en el cerebro en desarrollo

Mapping the motor cortex with transcranial magnetic stimulation (TMS) has potential to interrogate motor cortex physiology and plasticity but carries ...

Targeted Neuronal Injury for the Non-Invasive Disconnection of Brain Circuitry

Surgical intervention can be quite effective for treating certain types of medically intractable neurological diseases. This approach is particularly useful for disorders in which identifiable neuronal circuitry plays a key role, such as epilepsy and movement disorders. Currently available surgical modalities, while effective, generally involve an invasive surgical procedure, which can result in surgical injury to non-target tissues. Consequently, it would be of value to expand the range of surgical approaches to include a technique that is both non-invasive and neurotoxic.
Here, a method is presented for producing focal, neuronal lesions in the brain in a non-invasive manner. This approach utilizes low-intensity focused ultrasound together with intravenous microbubbles to transiently and focally open the Blood Brain Barrier (BBB). The period of transient BBB opening is then exploited to focally deliver a systemically administered neurotoxin to a targeted brain area. The neurotoxin quinolinic acid (QA) is normally BBB-impermeable, and is well-tolerated when administered intraperitoneally or intravenously. However, when QA gains direct access to brain tissue, it is toxic to the neurons. This method has been used in rats and mice to target specific brain regions. Immediately after MRgFUS, successful opening of the BBB is confirmed using contrast enhanced T1-weighted imaging. After the procedure, T2 imaging shows injury restricted to the targeted area of the brain and the loss of neurons in the targeted area can be confirmed post-mortem utilizing histological techniques. Notably, animals injected with saline rather than QA do demonstrate opening of the BBB, but dot not exhibit injury or neuronal loss. This method, termed Precise Intracerebral Non-invasive Guided surgery (PING) could provide a non-invasive approach for treating neurological disorders associated with disturbances in neural circuitry.

The goal of the protocol is to provide a method for producing non-invasive neuronal lesions in the brain. The method utilizes Magnetic Resonance-guided Focused Ultrasound (MRgFUS) to open the Blood Brain Barrier in a transient and focal manner, in order to deliver a circulating neurotoxin to the brain parenchyma.

Lesión neuronal dirigida para la desconexión no invasiva del circuito cerebral

Surgical intervention can be quite effective for treating certain types of medically intractable neurological diseases. This approach is particularly ...

Analysis of Cerebral Vasospasm in a Murine Model of Subarachnoid Hemorrhage with High Frequency Transcranial Duplex Ultrasound

Cerebral vasospasm that occurs in the weeks after subarachnoid hemorrhage, a type of hemorrhagic stroke, contributes to delayed cerebral ischemia. A problem encountered in experimental studies using murine models of SAH is that methods for in vivo monitoring of cerebral vasospasm in mice are lacking. Here, we demonstrate the application of high frequency ultrasound to perform transcranial Duplex sonography examinations on mice. Using the method, the internal carotid arteries (ICA) could be identified. The blood flow velocities in the intracranial ICAs were accelerated significantly after induction of SAH, while blood flow velocities in the extracranial ICAs remained low, indicating cerebral vasospasm. In conclusion, the method demonstrated here allows functional, noninvasive in vivo monitoring of cerebral vasospasm in a murine SAH model.

The aim of this manuscript is to present a sonography-based method that allows in vivo imaging of blood flow in cerebral arteries in mice. We demonstrate its application to determine changes in blood flow velocities associated with vasospasm in murine models of subarachnoid hemorrhage (SAH).

Análisis Del Vasospasmo Cerebral En Un Modelo Murino De Hemorragia Subaracnoidea Con Ultrasonido Dúplex Transcraneal De Alta Frecuencia

Cerebral vasospasm that occurs in the weeks after subarachnoid hemorrhage, a type of hemorrhagic stroke, contributes to delayed cerebral ischemia. A ...

Whole-Brain 3D Activation and Functional Connectivity Mapping in Mice using Transcranial Functional Ultrasound Imaging

Functional ultrasound (fUS) imaging is a novel brain imaging modality that relies on the high-sensitivity measure of the cerebral blood volume achieved by ultrafast doppler angiography. As brain perfusion is strongly linked to local neuronal activity, this technique allows the whole-brain 3D mapping of task-induced regional activation as well as resting-state functional connectivity, non-invasively, with unmatched spatio-temporal resolution and operational simplicity. In comparison with fMRI (functional magnetic resonance imaging), a main advantage of fUS imaging consists in enabling a complete compatibility with awake and behaving animal experiments. Moreover, fMRI brain mapping in mice, the most used preclinical model in Neuroscience, remains technically challenging due to the small size of the brain and the difficulty to maintain stable physiological conditions. Here we present a simple, reliable and robust protocol for whole-brain fUS imaging in anesthetized and awake mice using an off-the-shelf commercial fUS system with a motorized linear transducer, yielding significant cortical activation following sensory stimulation as well as reproducible 3D functional connectivity pattern for network identification.

This protocol describes the quantification of volumetric cerebral hemodynamic variations in the mouse brain using functional ultrasound (fUS). Procedures for 3D functional activation map following sensory stimulation as well as resting-state functional connectivity are provided as illustrative examples, in anesthetized and awake mice.

Activación 3D de todo el cerebro y mapeo de conectividad funcional en ratones utilizando imágenes de ultrasonido funcional transcraneal

Functional ultrasound (fUS) imaging is a novel brain imaging modality that relies on the high-sensitivity measure of the cerebral blood volume achieved by ...

Stereotaxic Viral Injection and Gradient-Index Lens Implantation for Deep Brain In Vivo Calcium Imaging

A miniature fluorescence microscope (miniscope) is a potent tool for in vivo calcium imaging from freely behaving animals. It offers several advantages over conventional multi-photon calcium imaging systems: (1) compact; (2) light-weighted; (3) affordable; and (4) allows recording from freely behaving animals. This protocol describes brain surgeries for deep brain in vivo calcium imaging using a custom-developed miniscope recording system. The preparation procedure consists of three steps, including (1) stereotaxically injecting the virus at the desired brain region of a mouse brain to label a specific subgroup of neurons with genetically encoded calcium sensor; (2) implantation of gradient-index (GRIN) lens that can relay calcium image from deep brain region to the miniscope system; and (3) affixing the miniscope holder over the mouse skull where miniscope can be attached later. To perform in vivo calcium imaging, the miniscope is fastened onto the holder, and neuronal calcium images are collected along with simultaneous behavior recordings. The present surgery protocol is compatible with any commercial or custom-built single-photon and two-photon imaging systems for deep brain in vivo calcium imaging.

Stereotaxic Viral Injection and Gradient-Index Lens Implantation for Deep Brain In Vivo Calcium Imaging

Miniscope in vivo calcium imaging is a powerful technique to study neuronal dynamics and microcircuits in freely behaving mice. This protocol describes performing brain surgeries to achieve good in vivo calcium imaging using a miniscope.

Inyección viral estereotáxica e implantación de lentes de índice de gradiente para imágenes de calcio in vivo en el cerebro profundo

A miniature fluorescence microscope (miniscope) is a potent tool for in vivo calcium imaging from freely behaving animals. It offers several advantages ...