Ce travail fait partie du Centre de Mouse Imaging (MICE) à l&#39;Hospital for Sick Children et de l&#39;Université de Toronto.

1. Multiple-souris dans l&#39;imagerie cérébrale in vivo: Lorsque les animaux imagerie en temps réel, plusieurs caractéristiques clés doivent être présents pendant toute la session d&#39;imagerie: 1) une méthode sûre de l&#39;anesthésie, 2) le contrôle de l&#39;environnement et 3) la surveillance physiologique. Par ailleurs, lorsque les sujets d&#39;imagerie simultanée de plusieurs, il ya ajouté la complexité quant à la facilité et la rapidité de préparation et de la reproductibilité des positions des animaux pour faciliter l&#39;enregistrement de l&#39;image. En conséquence, trois grands composants personnalisés ont été conçus et fabriqués: un système de chargement pour insérer la souris en bobines RF au sein de l&#39;IRM, une chambre d&#39;induction pour faciliter la préparation et une plateforme avec une surveillance intégrée conduit à normaliser la position. Le système de chargement: Le système de chargement de la souris se compose de deux parties principales: &#39;array chargement »de la« souris ruche et l&#39;. Fonction principale de la ruche la souris est d&#39;en septième position Millipede bobines RF (Varian systèmes RMN, Palo Alto, CA) dans un réseau hexagonal à l&#39;intérieur de l&#39;aimant. Le tableau de chargement a été conçu pour recueillir et transporter plusieurs souris logées dans des tubes de 50 millilitres par centrifugation avec des trous forés à travers leurs conseils pour permettre l&#39;entrée de gaz anesthésique. Après les souris sont anesthésiées et interfacé à l&#39;équipement de surveillance dans une zone de préparation dans le voisinage de l&#39;aimant, ils sont insérés dans les tubes à centrifuger modifié et monté sur le tableau de chargement. Après le montage, toutes les souris, le tableau de chargement est transporté et inséré dans l&#39;aimant et positionné sur un système de rail. Le système de rail permet le tableau pour couple avec la ruche souris lorsque poussé vers le bas de l&#39;alésage de l&#39;aimant. Une fois pleinement inséré dans l&#39;aimant, le quai de centrifugation des tubes sur le système de prestation au sein de l&#39;anesthésie bobines RF. L&#39;isoflurane mélangé à l&#39;oxygène est fourni à la fin ruche souris pour l&#39;échantillon dans un tube long de l&#39;axe de chaque bobine individuelle. Ce mélange de gaz anesthésiant se jette dans les tubes d&#39;hier, les souris et est recueilli par une unité active balayage attaché à l&#39;arrière du tableau de chargement (figure 1). La Chambre d&#39;induction: Depuis des temps d&#39;imagerie peut prendre jusqu&#39;à trois heures, en minimisant le temps de préparation des animaux est essentielle pour limiter l&#39;exposition de la souris à l&#39;anesthésie. Ainsi, nous avons développé une chambre d&#39;induction sur mesure pour simplifier le processus de préparation (figure 2). La chambre de l&#39;induction personnalisé crée un environnement unique pour l&#39;induction et la manipulation de plusieurs souris. Construit à partir d&#39;acrylique clair, les caractéristiques de chambre à induction à fermeture automatique en silicone ports de l&#39;iris pour minimiser les fuites de l&#39;anesthésie et permet à l&#39;utilisateur d&#39;accéder à l&#39;environnement interne sans avoir besoin de gants spéciaux. Comparé à masque classique et de circuits pour une seule souris, la chambre de l&#39;induction est assez grande pour accueillir jusqu&#39;à vingt souris et permet la manipulation libre de la souris sans l&#39;attachement des tubes encombrants et des masques. L&#39;appareil est fourni avec un débit constant de gaz anesthésique qui est recueillie à l&#39;aide d&#39;un système passif de balayage. Résistances chauffantes sont utilisées pour chauffer le plancher de la chambre pour maintenir la température du corps de l&#39;animal pendant la préparation. Le traîneau: Un des aspects les plus délicats et fastidieux de préparer des souris pour l&#39;IRM sont l&#39;application de électrocardiographe (ECG) des électrodes et des sondes de température rectale. En outre, beaucoup des électrodes conventionnelles, telles que le brassard et électrodes aiguilles, ont été trouvés à fausser la posture de l&#39;animal qui rend difficile de normaliser le positionnement. Par conséquent, nous avons conçu une plate-forme de positionnement formulaire personnalisé équipée avec embarqué ECG, la respiration et des sondes de température appelé le «traîneau» (US Patent 7,146,936) (figure 3). Contraintes de mouvement à partir de bandes velcro ont été utilisés pour limiter le mouvement de la tête. Multiples étapes de la souris dans l&#39;imagerie du cerveau in vivo: <ol><li> Toutes les recherches souris nécessite locale du CAC (Comité de protection des animaux), l&#39;approbation du IACUC (Institutional Animal Care et le Comité d&#39;utilisation) ou équivalent pour les procédures de manipulation de la souris. </li><li> Toutes les procédures telles que l&#39;identification et la pesée des animaux doit être effectué sous une enceinte de sécurité biologique (ESB) et de l&#39;unité d&#39;IRM. Les animaux sont transférés dans un récipient en plastique autoclavables et transporté à la chambre de l&#39;induction d&#39;IRM. </li><li> Les souris sont anesthésiées dans une chambre d&#39;induction préchauffée avec 4% d&#39;isoflurane et 4 L / min d&#39;oxygène. Les animaux sont anesthésiés totalement une fois qu&#39;ils ne répondent pas à pincer patte. Fourrure de la poitrine est enlevée en utilisant un épilateur (NAIR) si nécessaire pour fournir un meilleur contact avec l&#39;ECG et les dispositifs de surveillance de température qui ont été intégrés dans un traîneau personnalisés. Salve Eve (Tears Naturale PM) est appliqué sur les yeux pour éviter le dessèchement, et environ 0,3 ml de solution saline est administré par voie sous cutanée pour maintenir l&#39;hydratation. </li><li> Gd-DTPA-BMA (Omniscan) peutêtre utilisé si l&#39;amélioration de contraste est souhaitée. Si Gd-DTPA est utilisé, il sera dilué dans (volume final 300uL) saline et administré en une dose unique de 1 mmol / kg avant la session MR via IP. </li><li> Les souris sont ensuite chargés dans des traîneaux individuels, immobilisé avec des sangles et de glisser dans la tête ouverte tube 50ml conique (figure 3). Jusqu&#39;à 7 souris vivantes peuvent être numérisés en une seule fois. Une fois que tous les animaux sont chargés de la surveillance physiologique connecté, définissez le niveau de l&#39;isoflurane dans l&#39;aimant à 2% et le niveau d&#39;oxygène à 8 L / min. </li><li> Les tubes coniques sont montés dans un système d&#39;amarrage (figure 1) destinée à des souris de position uniforme dans chaque bobine RF positionnée au centre de l&#39;aimant. Une fois chargé, l&#39;isoflurane peut être réduite à 0.9 à 2%. ECG et la température sont contrôlés sur chaque animal tout au long de la numérisation. Les animaux sont gardés au chaud pendant le cours de l&#39;analyse de l&#39;air réchauffé. </li><li> La durée de chaque balayage en trois dimensions est d&#39;environ 3 heures. Les détails sont les suivants: écho de spin rapide avec TR de 2300 ms et une TEeff de 36 ms. Echo longueur des trains de 8 avec une moyenne. Résolution de l&#39;image résultante est de 125 um (figure 4). </li><li> Lorsque l&#39;analyse est terminée, les animaux sont retirés de l&#39;aimant et déchargés dans une chambre d&#39;induction chaude remplie d&#39;oxygène à 100%. Les animaux sont transférés dans un des récipients en plastique scellé et transporté dans un BSC. Ils sont placés sur une cage projet chaude gratuite et a permis de récupérer de l&#39;anesthésie. </li></ol> 2. Multiple-Mouse Imaging ex vivo du cerveau: Insensible aux artefacts de mouvement, fixe l&#39;IRM réalise une résolution plus élevée que l&#39;imagerie en direct. Haute résolution en trois dimensions des ensembles de données fournissent une flexibilité maximale à extraire des informations quantitatives et permettent une analyse automatique des images. Un large bobine RF personnalisée a été développé pour l&#39;acquisition parallèle de 16 ensembles de données MR haute résolution de fixe-crâne dans les cerveaux de souris nuit séances de balayage. Le 16-Coil ex vivo d&#39;imagerie cérébrale Array: Un tableau personnalisé construit électrovanne 16 bobine a été créé à l&#39;image de 16 échantillons simultanément. Cette conception améliore un prototype antérieur utilisé à l&#39;image de trois échantillons simultanément dans un ensemble de gradient insérez 60mm. Les bobines 8-tour sur la blessure aux extrémités pour fournir une sensibilité uniforme à moins de 10% sur une longueur de 26mm et sont blindés individuellement au sein de compartiments modulaires (Idziak et Haeberlen, 1982). Les 16 compartiments de la bobine sont assemblés sur un cadre (figure 5), ce qui positionne les bobines dans le dégradé et les colliers qu&#39;elle en place en utilisant une vessie pneumatique afin de minimiser le mouvement. Multiple-souris ex vivo les étapes d&#39;imagerie cérébrale: <ol><li> Cavité thoracique ouverte et insérez l&#39;aiguille (ou de perfusion de sécurité ailé, 25G X 3 / 4) dans le ventricule gauche du cœur d&#39;une souris anesthésiée (par injection intrapéritonéale de kétamine (150 mg / kg) et de xylazine (10 mg / kg) . Couper l&#39;oreillette droite. </li><li> Perfusion transcardiaque rincer avec 30 mL 1 temp X PBS + 1 pl / ml d&#39;héparine (1000 unités USP / ml) ProHance + 2 mM à un débit d&#39;environ 100 ml / hr. </li><li> Passent de fixation avec 30 ml de 4% PFA (température ambiante) ProHance + mm 2 à 100 ml / hr. </li><li> Décapiter et enlever la peau, la mâchoire inférieure, les oreilles, bout du nez cartilagineux. </li><li> Placez la structure du crâne reste dans PFA 4% + 2 mM ProHance nuit à 4 ° C. </li><li> Transfert à PBS 1X + azide de sodium à 0,02% ProHance + mm 2. </li><li> Haute résolution trois dimensions de balayage IRM à 7 Tesla se produit entre 4 jours et pas plus de 2,5 mois après la perfusion. Les cerveaux sont placés dans un tableau de 16 canaux, électrovanne bobine (figure 5). </li><li> Paramètres d&#39;imagerie sont comme suit: écho de spin rapide avec TR 325 ms et une TEeff de 30 ms, la longueur des trains écho de 6 à 4 en moyenne. Les images finales ont une résolution isotropique de 32 um (figure 6) et la durée de balayage est d&#39;environ 12 heures. </li><li> Après la numérisation, placez le crâne dans formol à 10% + 2 mM ProHance pour la conservation. </li></ol> 3. Les résultats représentatifs: <img src="/files/ftp_upload/2497/2497fig1.jpg" alt="Figure 1" /> Figure 1. Le système de chargement de la souris. Le &quot;tableau de chargement&quot; et &quot;souris ruche&quot; relié à un système de rails en fibre de verre commun. <img src="/files/ftp_upload/2497/2497fig2.jpg" alt="Figure 2" /> Figure 2. La chambre de l&#39;induction. <img src="/files/ftp_upload/2497/2497fig3.jpg" alt="Figure 3" /> Figure 3. A) Le traîneau, montrant des capteurs de surveillance embarqués et appuie-tête. b) Une souris anesthésiés sur un traîneau avec l&#39;appuie-tête ci-joint. L&#39;assemblage de traîneau glisse facilement dans le tube à centrifuger. <img src="/files/ftp_upload/2497/2497fig4.jpg" alt="Figure 4" /> Figure 4. </strongReprésentative&gt; in vivo des images multiples du cerveau d&#39;un scanner 3 heures trois dimensions. <img src="/files/ftp_upload/2497/2497fig5.jpg" alt="Figure 5" /> Figure 5. 16-canaux large bobine pour la numérisation de 16 échantillons de cerveau fixe. <img src="/files/ftp_upload/2497/2497fig6.jpg" alt="Figure 6" /> Figure 6. Représentant l&#39;image du cerveau ex-vivo.

<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>

Tant l&#39;in vivo et ex vivo chez la souris l&#39;image des systèmes d&#39;imagerie sujets multiples à la fois pour augmenter le débit des études d&#39;imagerie considérablement sans augmenter le temps d&#39;imagerie. Les images du cerveau à la fois de l&#39;in vivo et ex vivo des techniques d&#39;imagerie multi-souris sont de haute qualité et sont adaptés pour le phénotypage des structures majeures et mineures dans le cerveau de souris respectivement. Afin de minimiser le temps de préparation des spécimens d&#39;animaux multiples, la parallélisation des processus est d&#39;une importance capitale. Par exemple, le développement de la chambre d&#39;induction a permis à l&#39;induction de spécimens multiples simultanément, et le traîneau a synchronisé l&#39;application de l&#39;ECG et les sondes de température tout en standardisant le positionnement du corps. En outre, notre système d&#39;imagerie ex vivo nous permet d&#39;acquérir une haute résolution des images tridimensionnelles de 16 fixes cerveaux entiers en une seule fois ce qui est idéal pour les études de phénotypage à haut débit. Les limitations possibles de notre système d&#39;imagerie in vivo comprennent l&#39;incapacité de contrôler individuellement anesthésique et de température pour chaque souris. Si nécessaire un contrôle individuel anesthésie peut être mis en œuvre avec l&#39;ajout d&#39;exclusivité évaporateurs d&#39;anesthésie pour chaque souris. Une autre limitation de l&#39;imagerie in vivo du système est que la numérisation est limitée à des souris qui sont inférieures d&#39;environ 32 grammes. Cependant, il existe un plan actuellement pour augmenter la taille bobine à accueillir de plus grands animaux.

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		<div>
		<table border="1">
		<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

Le domaine de phénotypage de souris avec l&#39;imagerie par résonance magnétique (IRM) est en croissance rapide, motivée par la nécessité d&#39;améliorer les outils de caractérisation et d&#39;évaluation des modèles murins de maladies humaines. L&#39;IRM est une modalité excellent pour enquêter sur les animaux génétiquement modifiés. Il est capable de couverture ensemble du cerveau, peuvent être utilisés in vivo, et prévoit des mécanismes de contraste multiples pour étudier les différents aspects de neuranatomy et la physiologie. L&#39;avènement des scanners haut champ avec la possibilité de numériser simultanément plusieurs souris permet de phénotypage rapide de nouvelles mutations. Efficace de souris études IRM nécessitent une attention à de nombreux aspects de la conception de l&#39;expérience. Dans cet article, nous allons décrire les méthodes générales d&#39;acquérir des images de qualité pour le phénotypage de souris en utilisant un système que les souris des images simultanément en radio fréquence blindé émission / réception (RF) des bobines dans un aimant commun (Bock et al., 2003). Nous nous concentrons particulièrement sur le phénotypage anatomiques, une application importante et accessible qui a montré un potentiel élevé d&#39;impact dans de nombreux modèles de souris dans notre centre d&#39;imagerie. Avant que nous puissions fournir les étapes détaillées pour acquérir de telles images, il ya d&#39;importantes considérations d&#39;ordre pratique pour les deux in vivo l&#39;imagerie cérébrale (Dazai et al., 2004) et ex vivo d&#39;imagerie cérébrale (Printemps et al., 2007) qui devrait être noté. Ces questions sont abordées ci-dessous.

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Multiple-mouse Neuroanatomical Magnetic Resonance Imaging

Imagerie par résonance magnétique (IRM) est devenue un outil de plus en plus populaire pour examiner le phénotype des souris génétiquement modifiées. Cet article illustre les méthodes nécessaires pour atteindre à haut débit phénotypage de souris génétiquement modifiées à l&#39;aide de plusieurs souris IRM.

Multiple-Mouse Imaging neuroanatomiques par résonance magnétique

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

15.6K vues.  Hospital for Sick Children. Imagerie par résonance magnétique (IRM) est devenue un outil de plus en plus populaire pour examiner le phénotype des souris génétiquement modifiées. Cet article illustre les méthodes nécessaires pour atteindre à haut débit phénotypage de souris génétiquement modifiées à l'aide de plusieurs souris IRM.

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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.

Spectroscopie par résonance magnétique du direct Drosophila melanogaster En utilisant Magic Angle Spinning

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

Recherche

Neurosciences

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.

Haute résolution magnétique fonctionnelle Méthodes d&#39;imagerie par résonance mésencéphale humain

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.

L&#39;utilisation de la spectroscopie par résonance magnétique, un outil pour la mesure de la Bi-hémisphériques transcrânienne électriques effets de stimulation sur le moteur primaire Cortex métabolisme

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.

Haute résolution<em&gt; In Vivo</em&gt; Protocole de segmentation manuelle pour les sous-zones de l&#39;hippocampe humain Utilisation 3T imagerie par résonance magnétique

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.

Haute résolution structurelle Imagerie par résonance magnétique de la sous-cortex humain<I&gt; In Vivo</I&gt; Et 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.

Un protocole d’imagerie par résonance magnétique pour l’Estimation de temps AVC apparition dans l’ischémie cérébrale permanente

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 tenseur imagerie par résonance magnétique dans la compression de la moelle épinière chronique

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.

Acquisition de données normalisées pour l’imagerie par résonance magnétique sensible à la neuromélanine de la substance noire

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.

Acquisition de données d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle à l’état de repos chez le rat

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.

Modèle de perforation endovasculaire pour l’hémorragie sous-arachnoïdienne combinée à l’imagerie par résonance magnétique (IRM)

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