Tous les travaux ont été effectués au Centre Duke pour microscopie in vivo, une NIH / NIBIB nationale de la technologie biomédicale du Centre de ressources (P41 EB015897) et NCI Programme de petites ressources animales Imaging (U24 CA092656). Un soutien supplémentaire a été fourni par la NSF bourse d&#39;études supérieures de recherche (2003014921).

1. Assembler et calibrer les systèmes ultrasons <ol><li> Le système à ultrasons commence par un transducteur à ultrasons à un seul élément d&#39;un diamètre suffisamment large pour couvrir le cerveau de la souris et une fréquence centrale dans la gamme de 2 MHz. Le transducteur est entraîné par un amplificateur de 50 dB puissance, qui est relié à un générateur de signal qui produit la séquence d&#39;impulsions à ultrasons. </li><li> À étalonner la pression acoustique du système à ultrasons, utiliser un hydrophone de relier la tension appliquée à la pression acoustique résultante. Placez la sonde dans un réservoir d&#39;eau au cours de l&#39;hydrophone. Appliquer une simple impulsion (par exemple, une sinusoïde 10-cycle à la fréquence du transducteur avec une fréquence de répétition des impulsions de 10 Hz) pour le transducteur. Utiliser un étage de translation 3-axe pour trouver la réponse de crête, qui doit être au centre du faisceau d&#39;ultrasons à foyer naturel du transducteur (environ 60 mm à notre 13 mm de diamètre transducteur MHz 2,15). </li><li> Faire plusieurs mesures sur une sonnée des tensions d&#39;entrée (par exemple, de 50 à 400 mV pp) pour vérifier la linéarité du système. Utilisez une régression linéaire simple pour estimer la relation entre la tension d&#39;entrée et de la pression acoustique. Dans notre système, des tensions d&#39;entrée de 258 et 167 mV pp correspondait aux heures de pointe négatifs pressions acoustiques de 0,52 et 0,36 MPa. </li><li> Programmer le générateur de signal pour produire une séquence d&#39;impulsions à ultrasons comprenant des salves d&#39;impulsions sinusoïdales à la fréquence du transducteur avec 50000 cycles par salve et une période de salve de 64 ms. Sur la base des mesures d&#39;étalonnage, de régler l&#39;amplitude d&#39;impulsion pour générer des pressions acoustiques de pointe négatifs de 0,36 MPa au centre de foyer naturel du transducteur. </li></ol> 2. Préparer les réactifs <ol><li> Dissoudre le chlorure de manganèse tétrahydraté (MnCl 2 .4 H 2 O) dans l&#39;eau stérile à une concentration de 100 mM (300 mOsM) et le filtre stériliser. </li><li> Produire le lipide perflutren microsphères par &quot;activating &quot;le flacon dans l&#39;agitateur fourni par le fabricant pendant 45 s. pour un jour d&#39;expériences, un flacon unique peut être activé une fois au début de la journée et utilisé sans réactivation pour le reste de la journée. </li><li> Immédiatement avant l&#39;administration de microsphères, agiter le flacon à la main pendant 1 min à remettre en suspension des microsphères. Lors du retrait des microbulles dans le flacon, ne pas injecter de l&#39;air ambiant dans le flacon, car cela dégrade les microbulles restants. Laisser le flacon jusqu&#39;à ce que la dernière utilisation de la journée, puis de le stocker dans un réfrigérateur. Maintenu dans ce mode, un seul flacon peut durer plusieurs jours. Réactiver le flacon stockée dans l&#39;agitateur, avant la première utilisation selon les jours. </li></ol> 3. Préparation des animaux <ol><li> Anesthésier les animaux avec de l&#39;isoflurane, délivré par cône de nez. L&#39;appareil cône de nez doit être destiné à fixer la tête de l&#39;animal avec précision et fiabilité dans la même position à chaque fois. Notre dispositif 15 maintient la tête dans ee &quot;crâne plat&quot; position (c.-à-la surface du crâne dorsale est horizontale) utilisé dans l&#39;atlas de Paxinos cerveau 16. Titrer l&#39;anesthésie afin de maintenir un rythme respiratoire entre 85 et 125 respirations par minute. Maintenir la température du corps en utilisant une lampe chauffante ou de l&#39;air soufflé. Protéger les yeux avec du lubrifiant. </li><li> Retirez les cheveux sur le cuir chevelu de la souris en utilisant une tondeuse électrique. </li><li> Placez un cathéter dans la veine caudale et une intrapéritonéale (IP) du cathéter. Pour les études de survie, veillez à utiliser une technique stérile appropriée; la pose du cathéter IP démontré dans la vidéo de cet article est approprié seulement pour les non-survie expériences. </li><li> Effectuez les préparatifs supplémentaires nécessaires à l&#39;expérience de stimulation neuronale. Pour la cartographie de la stimulation du cortex vibrisses domaine baril, utiliser un microscope à dissection et de ciseaux de microchirurgie à couper le vibrisses aussi proche que possible de la surface de la peau sans l&#39;irriter le follicule ou de la peau environnante. </li><li> Gel pour ultrasons sur la placele cuir chevelu, puis abaissez une colonne d&#39;eau contenue par une fine feuille de plastique (par exemple, une doublure 7,6 um poubelle bin) sur la tête. Atteindre à travers la colonne d&#39;eau avec un coton-tige pour faire sortir les bulles d&#39;air qui se retrouvent piégés dans le gel pour ultrasons. Placez le transducteur à ultrasons à sa distance focale naturelle (58 mm) directement sur le cerveau de souris dans la colonne d&#39;eau, puis essuyez la sonde avec un bout de doigt pour enlever les bulles d&#39;air emprisonnées. </li></ol> 4. Ouverture de la barrière hémato-encéphalique avec microbulles et sonores Ultra (BOMUS) <ol><li> Donner une injection intrapéritonéale de la solution de manganèse à une dose de 0,5 mmol / kg IP. Boucher le cathéter intrapéritonéal de sorte que le manganèse ne s&#39;écoule pas, et attendre 10 minutes pour lui permettre de distribuer (Figure 1). </li><li> Pour ouvrir la BHE, administrer 30 uL de lipides perflutren microsphères (DEFINITY activé) à travers le cathéter dans la veine caudale, et en même temps, lancer la séquence d&#39;impulsions ultra-sons. Continuer insonification pendant 3 minutes. </li></ol> 5. Stimulation neuronale <ol><li> Comptez environ 40 minutes pour les concentrations cérébrales de Mn 2 + à stabiliser avant de commencer la stimulation neuronale. De cette façon, la mise en valeur de référence spectaculaire en raison de Mn 2 + la diffusion à travers la BHE peut être distinguée de la mise en valeur subtile différence due à la stimulation. Puis, commencer la stimulation avec votre paradigme de choix (Figure 1). </li><li> Pour la stimulation des vibrisses, éteignez l&#39;isoflurane et enlever le cône de nez. Déplacez pinceau d&#39;un artiste doux manuellement dans un mouvement circulaire (1-5 Hz) à travers le réseau vibrisses à une distance d&#39;environ 2-5 mm de la peau. Continuer la stimulation pendant 90 min. Le manganèse a un effet sédatif qui permet la stimulation effrénée de l&#39;animal. Si l&#39;animal devient agité, administrer 5% d&#39;isoflurane par cône de nez pendant environ 15 secondes. </li></ol> 6. Magnetic imagerie par résonance <ol><li> Après la stimulation, de reprendre l&#39;anesthésie par l&#39;intermédiaire cône de nez. Continuer à maintenir la température du corps et en titrant le niveau isoflurane à une fréquence respiratoire de 85 à 125 respirations par minute. </li><li> Placez la souris dans une bobine d&#39;IRM et de transférer dans le système IRM. Acquérir 3D à haute résolution T 1-pondérées des images IRM. Par exemple, utiliser un gradient 3D gâté rappelé écho (SPGR) de séquence avec les paramètres suivants: temps de répétition de 25 ms, le temps d&#39;écho de 2 ms; angle de bascule de 30 degrés; bande passante de 15,63 kHz; champ de vision de 20 × 20 × 12 mm; matrice de 128 × 128 × 60. </li></ol> 7. Analyse d&#39;Image <ol><li> L&#39;analyse d&#39;image est spécifique au paradigme de stimulation utilisé. Pour l&#39;expérience de stimulation des vibrisses (Figure 2), d&#39;importer les images de plusieurs animaux dans un environnement d&#39;analyse approprié. Si certains animaux ont été stimulés sur le droit tandis que d&#39;autres ont été stimulées sur la gauche, flip certaine façon à ce que toutes les images sont effectivement &quot;à gauche stimulée.&quot; Ensuite, pour comparer le côté stimulé de chaque cerveau de son côté non stimulé controlatéral, créer un double et miroir de gauche non stimulées ensemble image est créée. Inscrivez-vous toutes les images à un espace commun, puis de les lisser avec un 3 × 3 × 3 pixels du noyau gaussien. </li><li> Exportez les données vers un environnement d&#39;analyse mathématique, tels que MATLAB. En option, l&#39;anatomie masquer pertinent dans les ensembles de données. Intensité-normaliser les images par la méthode itérative de Venot et al. 17,18. </li><li> Utiliser un paires, t test unique à queue pour comparer chaque voxel des côtés de chaque stimulées cerveau pour le voxel correspondant controlatérale sur les côtés non stimulées de chaque cerveau. </li><li> Afficher la résultante p-valeur de la carte pour identifier les régions d&#39;activité différentielle (figure 3). </li></ol> 8. Les résultats représentatifs La méthode présentée ici a deux fonds<html> étapes amental: (1) d&#39;ouverture de BBB avec microbulles et des ultrasons (BOMUS) et (2) activation-induced Manganèse-IRM (AIM IRM). Parce que la dernière étape dépend de la première, il est important de vérifier la mise en œuvre avec succès BOMUS. La perturbation de la barrière hémato-encéphalique après administration d&#39;un T 1-raccourcissement agent de contraste (comme le manganèse ou d&#39;un agent à base de gadolinium) se traduit par une augmentation du signal dans le parenchyme cérébral sur T 1-imagerie pondérée par rapport aux cerveaux dans lequel BOMUS n&#39;a pas été effectuée (figure 4). La distribution de cette amélioration de manganèse n&#39;est pas complètement uniforme, bien qu&#39;il soit assez cohérente entre les animaux. La répartition ne reflète pas seulement dans inhomogénéité ouverture BBB, mais est également la valeur intrinsèque distribution non uniforme de Mn dans le cerveau 19. Les dynamiques spatiales et temporelles de l&#39;ouverture BBB ont encore été décrit précédemment 12. ent &quot;&gt; Une fois BOMUS a été appliquée avec succès, la prochaine étape consiste à effectuer AIM IRM nombreux paradigmes expérimentaux sont possibles;.. Cependant, parce qu&#39;il ya beaucoup de potentiels facteurs de confusion, les contrôles et les analyses doivent être soigneusement conçues effets confondants comprennent inhomogène ouverture BBB, l&#39;accumulation hétérogène de Mn dans le cerveau, la dynamique temporelle de la diffusion de Mn, et non spécifique de l&#39;activité neuronale. Dans cette démonstration, la réponse à la stimulation neuronale unilatérale de l&#39;vibrisses a été cartographiée. Pour tenir compte des inhomogénéités et Mn flux, le côté non stimulé de chaque cerveau a été utilisé comme un contrôle interne. Pour tenir compte de l&#39;activité neuronale non spécifique qui peut varier entre les animaux, l&#39;analyse des tests statistiques utilisés pour identifier les régions qui étaient systématiquement différente chez les animaux (Figure 2). Les résultats ont été une carte de différence en trois dimensions et une tridimensionnelle valeur p carte (figure 3), le côté droit de régions qui indiqued&#39;un signal plus élevé controlatéral à la vibrisses stimulé. Le côté gauche de la carte indique les régions qui avaient significativement plus élevée du signal ipsilatéral à la vibrisses stimulé. La carte p-valeur identifiée dans une vaste région de signal élevée controlatéral à la vibrisses stimulé ce qui correspond au champ baril de le cortex sensoriel primaire, dont la réponse à la stimulation des vibrisses a été largement documenté par électrophysiologie 20,21 et 2-désoxyglucose études. Une discussion plus complète de ces résultats a été publiée auparavant 13. <img alt="Figure 1" src="/files/ftp_upload/4055/4055fig1.jpg" /> Figure 1. Calendrier Protocole pour la neuroimagerie fonctionnelle avec BOMUS et AIM IRM (Adapté de Howles et al. 13). <img alt="Figure 2" src="/files/ftp_upload/4055/4055fig2.jpg" /> Schéma d&#39;analyse Figure 2. Pour identifier les régions of intensité différente entre les côtés stimulés et non stimulés de chaque cerveau. Pour comparer le côté stimulé de chaque cerveau de son côté non stimulé controlatéral, un double et miroir de gauche non stimulées ensemble image est créée. Ces images sont enregistrées, filtrée, et normalisée. Enfin, au test compare les images de gauche et de gauche stimulés non stimulées. Le test t est &quot;jumelé&quot; de sorte que le côté stimulé de chaque cerveau est seulement par rapport au côté non stimulé de la même cerveau. Le test t est «mono-queue&quot; de sorte qu&#39;un côté de la carte p-valeur indique que le signal significativement plus élevée sur le côté stimulé du cerveau, tandis que l&#39;autre côté de la carte p-valeur indique que le signal significativement plus élevée sur le côté non stimulé de l&#39; cerveau (Adapté de Howles et al. 13). <img alt="Figure 3" src="/files/ftp_upload/4055/4055fig3.jpg" /> Figure 3. Résultats de l&#39;analyse groupée de 7 animaux moins deux positions axiales différentes. T<html> il la première colonne montre la moyenne de toutes les images enregistrées alignés, de sorte que toutes les souris efficacement eu leur vibrisses gauche stimulée. Ces images sont recouvertes avec une carte de couleurs indiquant l&#39;augmentation pour cent en moyenne du signal à chaque voxel par rapport à l&#39;hémisphère controlatéral, comme indiqué par la barre de couleur. Régions de couleur sur le côté droit de l&#39;image montre où l&#39;hémisphère controlatéral à la stimulation avait plus de signal. Régions de couleur sur le côté gauche de l&#39;image montre où l&#39;hémisphère ipsilatéral à la stimulation avait plus de signal. La deuxième colonne montre les mêmes images superposées avec la carte p-valeur indiquant la signification statistique de l&#39;augmentation du signal. La troisième colonne indique la même p-valeur de la carte en surimpression sur les chiffres correspondants de l&#39;atlas de Paxinos stéréotaxique 16 avec les champs canon du cortex sensoriel ombragée (Adapté de Howles et al. 13). / 4055/4055fig4.jpg &quot;/&gt; Figure 4. Répartition spatiale de Mn 2 + dans le cerveau. Les images ont été acquises 170 min après 0,5 IP mmol / kg MnCl 2 à partir de BOMUS-traités (n = 5) et le contrôle (n = 4) chez la souris. Après la normalisation, la moyenne et des cartes d&#39;écart-type ont été calculés (panneau de gauche). Amélioration était plus grande chez les souris traitées BOMUS. Bien que cette amélioration n&#39;a pas été uniforme à travers le cerveau, il était assez cohérente, à l&#39;exception près des bords du cerveau et les ventricules. Utilisation des régions d&#39;intérêt (ROI) tracées autour de différentes structures, la moyenne SNR (+ 1 SD) a été calculé pour chaque groupe (panneau de droite). BOMUS les animaux traités ont montré une plus grande SNR, mais aussi une plus grande variance entre les structures et entre les animaux (Adapté de Howles et al. 13). <img alt="Figure 5" src="/files/ftp_upload/4055/4055fig5.jpg" /> Figure 5. Pour examiner les effets de tissus BOMUS, cerveaux de souris traitées BOMUS ont été fixés, en soictioned à 500 - intervalles um, et colorées à l&#39;hématoxyline et l&#39;éosine. Le nombre moyen de globules rouges extravasations vus dans chaque partie du cerveau est montré pour des pressions acoustiques de 0,36 MPa (n = 3), 0,52 MPa (n = 4), et 5,0 MPa (n = 1). Les barres d&#39;erreur indiquent l&#39;erreur standard. Le deuxième volet montre un exemple de graves extravasation des globules rouges à partir du cerveau exposé à 5,0 MPa (Adapté de Howles et al. 12). <img alt="Figure 6" src="/files/ftp_upload/4055/4055fig6.jpg" /> Figure 6. Quantitative tests comportementaux a été utilisé pour évaluer l&#39;activité, l&#39;excitation, et la réactivité avant l&#39;anesthésie, et 3 et 24 heures après le rétablissement de l&#39;anesthésie. Le système de notation, décrit précédemment 12, a été basée sur l&#39;évaluation bien établie de la souris quantitative du comportement de développered par Irwin en 1968 22. Le comportement moyen (± SEM) score pour le contrôle (n = 3) et BOMUS (0,36 MPa) traitée (n = 8) animaux est montré. Par rapport à la base de pré-anesthésie, tous les animaux montrent une diminution du score le comportement de 3 heures après l&#39;anesthésie, mais ils ont largement de récupérer le lendemain. A chaque instant, aucune différence n&#39;a été observée entre les deux groupes, indiquant que BOMUS n&#39;a pas mesurable sur le comportement des animaux (Adapté de Howles et al. 12).

<ol>
	<li>Aoki, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+of+the+anoxic+depolarization+of+focal+ischemia+using+manganese-enhanced+MRI.">Detection of the anoxic depolarization of focal ischemia using manganese-enhanced MRI.</a> Magnet. Reson. Med. 50, 7-12 (2003).</li><li>Aoki, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+activity-induced+manganese-dependent+contrast+magnetic+resonance+imaging.">Dynamic activity-induced manganese-dependent contrast magnetic resonance imaging.</a> DAIM MRI). Magnet. Reson. Med. 48, 927-933 (2002).</li><li>Duong, T. Q., Silva, A. C., Lee, S. P., Kim, S. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+MRI+of+calcium-dependent+synaptic+activity:+Cross+correlation+with+CBF+and+BOLD+measurements.">Functional MRI of calcium-dependent synaptic activity: Cross correlation with CBF and BOLD measurements.</a> Magnet. Reson. Med. 43, 383-392 (2000).</li><li>Lin, Y. J., Koretsky, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Manganese+ion+enhances+T-1-weighted+MRI+during+brain+activation:+An+approach+to+direct+imaging+of+brain+function.">Manganese ion enhances T-1-weighted MRI during brain activation: An approach to direct imaging of brain function.</a> Magnet. Reson. Med. 38, 378-388 (1997).</li><li>Lu, H. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cocaine-induced+brain+activation+detected+by+dynamic+manganese-enhanced+magnetic+resonance+imaging+(MEMRI).">Cocaine-induced brain activation detected by dynamic manganese-enhanced magnetic resonance imaging (MEMRI).</a> P. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 104, 2489-2494 (2007).</li><li>Drapeau, P., Nachshen, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Manganese+fluxes+and+manganese-dependent+neurotransmitter+release+in+presynaptic+nerve-endings+isolated+from+rat-brain.">Manganese fluxes and manganese-dependent neurotransmitter release in presynaptic nerve-endings isolated from rat-brain.</a> J. Physiol-London. 348, 493-510 (1984).</li><li>Narita, K., Kawasaki, F., Kita, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mn+and+Mg+influxes+through+Ca+channels+of+motor-nerve+Terminals+are+prevented+by+verapamil+in+Frogs.">Mn and Mg influxes through Ca channels of motor-nerve Terminals are prevented by verapamil in Frogs.</a> Brain Res. 510, 289-295 (1990).</li><li>Hynynen, K., McDannold, N., Vykhodtseva, N., Jolesz, F. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noninvasive+MR+imaging-guided+focal+opening+of+the+blood-brain+barrier+in+rabbits.">Noninvasive MR imaging-guided focal opening of the blood-brain barrier in rabbits.</a> Radiology. 220, 640-644 (2001).</li><li>Sheikov, N., McDannold, N., Vykhodtseva, N., Jolesz, F., Hynynen, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cellular+mechanisms+of+the+blood-brain+barrier+opening+induced+by+ultrasound+in+presence+of+microbubbles.">Cellular mechanisms of the blood-brain barrier opening induced by ultrasound in presence of microbubbles.</a> Ultrasound Med. Biol. 30, 979-989 (2004).</li><li>McDannold, N., Vykhodtseva, N., Raymond, S., Jolesz, F. A., Hynynen, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MRI-guided+targeted+blood-brain+barrier+disruption+with+focused+ultrasound:+Histological+findings+in+rabbits.">MRI-guided targeted blood-brain barrier disruption with focused ultrasound: Histological findings in rabbits.</a> Ultrasound Med. Biol. 31, 1527-1537 (2005).</li><li>McDannold, N., Vykhodtseva, N., Hynynen, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Targeted+disruption+of+the+blood-brain+barrier+with+focused+ultrasound:+association+with+cavitation+activity.">Targeted disruption of the blood-brain barrier with focused ultrasound: association with cavitation activity.</a> Phys. Med. Biol. 51, 793-807 (2006).</li><li>Howles, G. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contrast-enhanced+in+vivo+magnetic+resonance+microscopy+of+the+mouse+brain+enabled+by+noninvasive+opening+of+the+blood-brain+barrier+with+ultrasound.">Contrast-enhanced in vivo magnetic resonance microscopy of the mouse brain enabled by noninvasive opening of the blood-brain barrier with ultrasound.</a> Magnet. Reson. Med. 64, 995-1004 (2010).</li><li>Howles, G. P., Qi, Y., Johnson, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasonic+disruption+of+the+blood-brain+barrier+enables+in+vivo+functional+mapping+of+the+mouse+barrel+field+cortex+with+manganese-enhanced+MRI.">Ultrasonic disruption of the blood-brain barrier enables in vivo functional mapping of the mouse barrel field cortex with manganese-enhanced MRI.</a> Neuroimage. 50, 1464-1471 (2010).</li><li>Woolsey, T. A., Welker, C., Schwartz, R. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparative+anatomical+studies+of+sml+face+cortex+with+special+reference+to+occurrence+of+barrels+in+layer-4.">Comparative anatomical studies of sml face cortex with special reference to occurrence of barrels in layer-4.</a> J. Comp. Neurol. 164, 79-94 (1975).</li><li>Howles, G. P., Nouls, J. C., Qi, Y., Johnson, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+production+of+specialized+animal+handling+devices+using+computer-aided+design+and+solid+freeform+fabrication.">Rapid production of specialized animal handling devices using computer-aided design and solid freeform fabrication.</a> J. Magnet. Reson. Imag. 30, 466-471 (2009).</li><li>Paxinos, G., Franklin, K. B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The mouse brain in stereotaxic coordinates. , (2001).</li><li>Cross, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Statistical+mapping+of+functional+olfactory+connections+of+the+rat+brain+in+vivo.">Statistical mapping of functional olfactory connections of the rat brain in vivo.</a> Neuroimage. 23, 1326-1335 (2004).</li><li>Venot, A., Lebruchec, J. F., Golmard, J. L., Roucayrol, J. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+automated-method+for+the+normalization+of+scintigraphic+images.">An automated-method for the normalization of scintigraphic images.</a> J. Nucl. Med. 24, 529-531 (1983).</li><li>Aoki, I., Naruse, S., Tanaka, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Manganese-enhanced+magnetic+resonance+imaging+(MEMRI)+of+brain+activity+and+applications+to+early+detection+of+brain+ischemia.">Manganese-enhanced magnetic resonance imaging (MEMRI) of brain activity and applications to early detection of brain ischemia.</a> Nmr. Biomed. 17, 569-580 (2004).</li><li>Welker, E., Vanderloos, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+correlation+between+barrel-field+size+and+the+sensory+innervation+of+the+whiskerpad+-+a+comparative-study+in+6+strains+of+mice+bred+for+different+patterns+of+mystacial+vibrissae.">Quantitative correlation between barrel-field size and the sensory innervation of the whiskerpad - a comparative-study in 6 strains of mice bred for different patterns of mystacial vibrissae.</a> J. Neurosci. 6, 3355-3373 (1986).</li><li>McCasland, J. S., Woolsey, T. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-resolution+2-deoxyglucose+mapping+of+functional+cortical+columns+in+mouse+barrel+cortex.">High-resolution 2-deoxyglucose mapping of functional cortical columns in mouse barrel cortex.</a> J. Comp. Neurol. 278, 555-569 (1988).</li><li>Irwin, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comprehensive+observational+assessment+:+A+systematic+quantitative+procedure+for+assessing+behavioral+and+physiologic+state+of+mouse.">Comprehensive observational assessment : A systematic quantitative procedure for assessing behavioral and physiologic state of mouse.</a> Psychopharmacologia. 13, 222-257 (1968).</li><li>Choi, J. J., Pernot, M., Small, S. A., Konofagou, E. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noninvasive,+transcranial+and+localized+opening+of+the+blood-brain+barrier+using+focused+ultrasound+in+mice.">Noninvasive, transcranial and localized opening of the blood-brain barrier using focused ultrasound in mice.</a> Ultrasound Med. Biol. 33, 95-104 (2007).</li><li>McDannold, N., Vykhodtseva, N., Hynynen, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+ultrasound+pulses+combined+with+definity+for+targeted+blood-brain+barrier+disruption:+A+feasibility+study.">Use of ultrasound pulses combined with definity for targeted blood-brain barrier disruption: A feasibility study.</a> Ultrasound Med. Biol. 33, 584-590 (2007).</li><li>Silva, A. C., Lee, J. H., Aoki, L., Koretsky, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Manganese-enhanced+magnetic+resonance+imaging+(MEMRI):+methodological+and+practical+considerations.">Manganese-enhanced magnetic resonance imaging (MEMRI): methodological and practical considerations.</a> Nmr. Biomed. 17, 532-543 (2004).</li><li>Meiri, U., Rahamimoff, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neuromuscular+transmission+-+inhibition+by+manganese+ions.">Neuromuscular transmission - inhibition by manganese ions.</a> Science. 176, 308 (1972).</li><li>Aschner, M., Guilarte, T. R., Schneider, J. S., Zheng, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Manganese:+Recent+advances+in+understanding+its+transport+and+neurotoxicity.">Manganese: Recent advances in understanding its transport and neurotoxicity.</a> Toxicol. Appl. Pharm. 221, 131-147 (2007).</li><li>Watanabe, T., Frahm, J., Michaelis, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Manganese-enhanced+MRI+of+the+mouse+auditory+pathway.">Manganese-enhanced MRI of the mouse auditory pathway.</a> Magnet. Reson. Med. 60, 210-212 (2008).</li><li>Yu, X., Wadghiri, Y. Z., Sanes, D. H., Turnbull, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+auditory+brain+mapping+in+mice+with+Mn-enhanced+MRI.">In vivo auditory brain mapping in mice with Mn-enhanced MRI.</a> Nat. Neurosci. 8, 961-968 (2005).</li><li>Yu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Statistical+mapping+of+sound-evoked+activity+in+the+mouse+auditory+midbrain+using+Mn-enhanced+MRI.">Statistical mapping of sound-evoked activity in the mouse auditory midbrain using Mn-enhanced MRI.</a> Neuroimage. 39, 223-230 (2008).</li></ol>

Pas de conflits d&#39;intérêt déclarés.

Ici, une méthode non invasive a été présenté pour l&#39;ouverture de la BHE dans le cerveau de souris entier avec des ultrasons et des microbulles (BOMUS). Après avoir ouvert le BBB, Mn 2 + a été administré et l&#39;activation induite par le manganèse-IRM (IRM AIM) a été utilisée pour la réponse neuronale à l&#39;image de courte durée de stimulation chez les souris légère sédation. Suffisant ouverture BBB a été réalisé avec un pic de pression négative acous...

<table border="1"><tbody><tr><td> Nom du réactif </td><td> Entreprise </td><td> Le numéro de catalogue </td><td> Commentaires </td></tr><tr><td> Hydrophone </td><td> Sonora Medical Systems, Longmont, CA </td><td> SN S4-251 </td><td></td></tr><tr><td> Stade de la traduction </td><td> Newport Corporation, Irvine, CA </td><td></td><td></td></tr><tr><td> Transducteur à ultrasons </td><td> Olympus NDT, Inc, Waltham MA </td><td> A306S-SU </td><td> Votre avis feuille de test du fabricant qui accompagne le transducteur de trouver la fréquence exacte du centre de ce transducteur particulier, qui peut différer de la fréquence nominale indiquée dans le catalogue. (Par exemple, la fréquence nominale de notre capteur est de 2,25 MHz, mais la fréquence centrale réelle était de 2,15 MHz.) </td></tr><tr><td> Vevo Imaging station </td><td> VisualSonics, Inc Toronto, Canada </td><td>; </td><td></td></tr><tr><td> 50 dB amplificateur de puissance </td><td> E &amp; I, Rochester, NY </td><td> modèle 240L </td><td></td></tr><tr><td> Générateur de signal </td><td> Agilent Technologies, Santa Clara, CA </td><td> modèle 33220A </td><td></td></tr><tr><td> MnCl 2 - (H2O) 4 </td><td> Sigma </td><td></td><td> Poids moléculaire varie en fonction du lot, contacter le fabricant pour la mesure exacte </td></tr><tr><td> Lipidique perflutrène microsphères </td><td> Lantheus Medical Imaging, N. Billerica, MA </td><td> DEFINITY </td><td></td></tr><tr><td> Agitateur MICROSPHERE </td><td> Lantheus Medical Imaging, N. Billerica, MA </td><td> Vialmix </td><td></td></tr><tr><td> Imagerie par résonance magnétique bobine </td><td> m2m Imaging Corp, Hillcrest, OH </td><td></td><td> 35 mm de diamètre en quadrature de transmission / réception bobine de volume </td></tr><tr><td> Système d&#39;IRM </td><td> GE Healthcare, Milwaukee, WI </td><td></td><td> Console EXCITE GE exploitation d&#39;un 7-T aimant horizontal alésage </td></tr><tr><td> Environnement d&#39;analyse d&#39;image </td><td> Imagerie Visage, San Diego, CA, The MathWorks, Natick MA </td><td> Amira MATLAB </td><td></td></tr></tbody></table>

functional neuroimaging using ultrasonic blood-brain barrier disruption and manganese-enhanced mri

Bien que les souris sont le système modèle dominant pour l&#39;étude des fondements génétiques et moléculaires des neurosciences, de la neuroimagerie fonctionnelle chez la souris reste techniquement difficile. Une approche, induite par activation de manganèse IRM (AIM IRM), a été utilisée avec succès pour cartographier l&#39;activité neuronale chez les rongeurs 1-5. Dans AIM IRM, Mn 2 + agit comme un analogue de calcium et s&#39;accumule dans les neurones dépolarisés 6,7. Parce que Mn 2 + réduit le T 1 propriété de tissu, les régions de l&#39;activité neuronale élevée permettra d&#39;améliorer en IRM. Par ailleurs, Mn 2 + efface lentement à partir des régions activées, par conséquent, la stimulation peut être effectuée en dehors de l&#39;aimant avant d&#39;imagerie, permettant une plus grande flexibilité expérimentale. Cependant, parce que Mn 2 + ne traverse pas facilement la barrière hémato-encéphalique (BHE), la nécessité d&#39;ouvrir la BHE a limité l&#39;utilisation de l&#39;IRM AIM, en particulier chez la souris. Un outil pour l&#39;ouverture de la BHE est ULTrasound. Bien que potentiellement dommageable, si l&#39;échographie est administré en combinaison avec du gaz-remplis de microbulles (c.-à-agents de contraste ultrasonores), la pression acoustique nécessaire pour l&#39;ouverture est considérablement inférieure à BBB. Cette combinaison d&#39;ultrasons et microbulles peut être utilisé pour assurer l&#39;ouverture du Bureau sans provoquer des lésions tissulaires 8-11. Ici, on présente une méthode pour effectuer AIM IRM en utilisant des microbulles et des ultrasons pour ouvrir la BHE. Après une injection intraveineuse de microbulles perflutren, un faisceau d&#39;ultrasons pulsés floue est appliquée à la tête de la souris rasé pendant 3 minutes. Par souci de simplicité, nous nous référons à cette technique de l&#39;ouverture de BBB avec microbulles et ultrasons BOMUS 12. Utilisation BOMUS pour ouvrir le BBB à travers les deux hémisphères cérébraux, le manganèse est administré à l&#39;ensemble de cerveau de souris. Après stimulation expérimentale des souris légère sédation, AIM IRM est utilisée pour cartographier la réponse neuronale. Àillustrent cette approche, ici BOMUS et AIM IRM sont utilisées pour cartographier unilatérale stimulation mécanique de la vibrisses chez la souris légère sédation 13. Parce que BOMUS pouvez ouvrir le BBB à travers les deux hémisphères, du côté du cerveau non stimulé est utilisée pour contrôler la stimulation de fond non spécifique. La carte d&#39;activation résultante 3D est en bon accord avec les représentations publiés des régions vibrisses du champ baril cortex 14. L&#39;ouverture à ultrasons de la BHE est rapide, non invasive et réversible, et donc cette approche est appropriée pour les études à haut débit et / ou longitudinales dans les souris éveillées.

Watch this Scientific Journal Video about Functional Neuroimaging Using Ultrasonic Blood-brain Barrier Disruption and Manganese-enhanced MRI at JoVE.com

Functional Neuroimaging Using Ultrasonic Blood-brain Barrier Disruption and Manganese-enhanced MRI

Une technique est décrite pour large ouverture de la barrière hémato-encéphalique chez la souris en utilisant des microbulles et des ultrasons. En utilisant cette technique, le manganèse peut être administré au cerveau de la souris. Parce que le manganèse est un agent de contraste IRM qui s&#39;accumule dans les neurones dépolarisés, cette approche permet d&#39;imagerie de l&#39;activité neuronale.

Utilisation de neuro-imagerie fonctionnelle par ultrasons rupture de la barrière hémato-encéphalique et le manganèse-IRM

Although mice are the dominant model system for studying the genetic and molecular underpinnings of neuroscience, functional neuroimaging in mice remains ...

functional-neuroimaging-using-ultrasonic-blood-brain-barrier

Research

JoVE Journal

Neuroscience

14.9K vues.  Stanford University. Une technique est décrite pour large ouverture de la barrière hémato-encéphalique chez la souris en utilisant des microbulles et des ultrasons. En utilisant cette technique, le manganèse peut être administré au cerveau de la souris. Parce que le manganèse est un agent de contraste IRM qui s'accumule dans les neurones dépolarisés, cette approche permet d'imagerie de l'activité neuronale.

Vidéo: Functional Neuroimaging Using Ultrasonic Blood-brain Barrier Disruption and Manganese-enhanced MRI

Measuring the Subjective Value of Risky and Ambiguous Options using Experimental Economics and Functional MRI Methods

Most of the choices we make have uncertain consequences. In some cases the probabilities for different possible outcomes are precisely known, a condition termed "risky". In other cases when probabilities cannot be estimated, this is a condition described as "ambiguous". While most people are averse to both risk and ambiguity1,2, the degree of those aversions vary substantially across individuals, such that the subjective value of the same risky or ambiguous option can be very different for different individuals. We combine functional MRI (fMRI) with an experimental economics-based method3 to assess the neural representation of the subjective values of risky and ambiguous options4. This technique can be now used to study these neural representations in different populations, such as different age groups and different patient populations.
In our experiment, subjects make consequential choices between two alternatives while their neural activation is tracked using fMRI. On each trial subjects choose between lotteries that vary in their monetary amount and in either the probability of winning that amount or the ambiguity level associated with winning. Our parametric design allows us to use each individual's choice behavior to estimate their attitudes towards risk and ambiguity, and thus to estimate the subjective values that each option held for them. Another important feature of the design is that the outcome of the chosen lottery is not revealed during the experiment, so that no learning can take place, and thus the ambiguous options remain ambiguous and risk attitudes are stable. Instead, at the end of the scanning session one or few trials are randomly selected and played for real money. Since subjects do not know beforehand which trials will be selected, they must treat each and every trial as if it and it alone was the one trial on which they will be paid. This design ensures that we can estimate the true subjective value of each option to each subject. We then look for areas in the brain whose activation is correlated with the subjective value of risky options and for areas whose activation is correlated with the subjective value of ambiguous options.

Using functional MRI and behavioral methods to determine the neural representation of the subjective value of risky and ambiguous options in the human brain.

Mesurer la valeur subjective des options risquées et ambiguës l&#39;aide de l&#39;économie expérimentale et fonctionnels des méthodes d&#39;IRM

Most of the choices we make have uncertain consequences. In some cases the probabilities for different possible outcomes are precisely known, a condition ...

Recherche

Neurosciences

Optogenetic Functional MRI

The investigation of the functional connectivity of precise neural circuits across the entire intact brain can be achieved through optogenetic functional magnetic resonance imaging (ofMRI), which is a novel technique that combines the relatively high spatial resolution of high-field fMRI with the precision of optogenetic stimulation. Fiber optics that enable delivery of specific wavelengths of light deep into the brain in vivo are implanted into regions of interest in order to specifically stimulate targeted cell types that have been genetically induced to express light-sensitive trans-membrane conductance channels, called opsins. fMRI is used to provide a non-invasive method of determining the brain's global dynamic response to optogenetic stimulation of specific neural circuits through measurement of the blood-oxygen-level-dependent (BOLD) signal, which provides an indirect measurement of neuronal activity. This protocol describes the construction of fiber optic implants, the implantation surgeries, the imaging with photostimulation and the data analysis required to successfully perform ofMRI. In summary, the precise stimulation and whole-brain monitoring ability of ofMRI are crucial factors in making ofMRI a powerful tool for the study of the connectomics of the brain in both healthy and diseased states.

This protocol describes the steps and data analysis required to successfully perform optogenetic functional magnetic resonance imaging (ofMRI). ofMRI is a novel technique that combines high-field fMRI readout with optogenetic stimulation, allowing for cell type-specific mapping of functional neural circuits and their dynamics across the whole living brain.

L&#39;IRM fonctionnelle optogénétiques

The investigation of the functional connectivity of precise neural circuits across the entire intact brain can be achieved through optogenetic functional ...

High-resolution Confocal Imaging of the Blood-brain Barrier: Imaging, 3D Reconstruction, and Quantification of Transcytosis

The blood-brain barrier (BBB) is a dynamic multicellular interface that regulates the transport of molecules between the circulation and the brain. Transcytosis across the BBB regulates the delivery of hormones, metabolites, and therapeutic antibodies to the brain parenchyma. Here, we present a protocol that combines immunofluorescence of free-floating sections with laser scanning confocal microscopy and image analysis to visualize subcellular organelles within endothelial cells at the BBB. Combining this data-set with 3D image analysis software allows for the semi-automated segmentation and quantification of capillary volume and surface area, as well as the number and intensity of intracellular organelles at the BBB. The detection of mouse endogenous immunoglobulin (IgG) within intracellular vesicles and their quantification at the BBB is used to illustrate the method. This protocol can potentially be applied to the investigation of the mechanisms controlling BBB transcytosis of different molecules in vivo.

Here we present a microscopy-based protocol for high-resolution imaging and a three-dimensional reconstruction of the mouse neurovascular unit and blood-brain barrier using brain free-floating sections. This method allows for the visualization, analysis, and quantification of intracellular organelles at the BBB.

Imagerie confocale à haute résolution de la barrière hémato - encéphalique : imagerie, Reconstruction 3D et la Quantification de la transcytose

The blood-brain barrier (BBB) is a dynamic multicellular interface that regulates the transport of molecules between the circulation and the brain. ...

An In Vivo Blood-brain Barrier Permeability Assay in Mice Using Fluorescently Labeled Tracers

Blood-brain barrier (BBB) is a specialized barrier that protects the brain microenvironment from toxins and pathogens in the circulation and maintains brain homeostasis. The principal sites of the barrier are endothelial cells of the brain capillaries whose barrier function results from tight intercellular junctions and efflux transporters expressed on the plasma membrane. This function is regulated by pericytes and astrocytes that together form the neurovascular unit (NVU). Several neurological diseases such as stroke, Alzheimer&#39;s disease (AD), brain tumors are associated with an impaired BBB function. Assessment of the BBB permeability is therefore crucial in evaluating the severity of the neurological disease and the success of the treatment strategies employed.
We present here a simple yet robust permeability assay that have been successfully applied to several mouse models both, genetic and experimental. The method is highly quantitative and objective in comparison to the tracer fluorescence analysis by microscopy that is commonly applied. In this method, mice are injected intraperitoneally with a mix of aqueous inert fluorescent tracers followed by anesthetizing the mice. Cardiac perfusion of the animals is performed prior to harvesting brain, kidneys or other organs. Organs are homogenized and centrifuged followed by fluorescence measurement from the supernatant. Blood drawn from the cardiac puncture just before perfusion serves for normalization purpose to the vascular compartment. The tissue fluorescence is normalized to the wet weight and serum fluorescence to obtain a quantitative tracer permeability index. For additional confirmation, the contralateral hemi-brain preserved for immunohistochemistry can be utilized for tracer fluorescence visualization purposes.

An In Vivo Blood-brain Barrier Permeability Assay in Mice Using Fluorescently Labeled Tracers

Here we present a mouse brain vascular permeability assay using intraperitoneal injection of fluorescent tracers followed by perfusion that is applicable to animal models of blood-brain barrier dysfunction. One hemi-brain is used for assessing permeability quantitatively and the other for tracer visualization/immunostaining. The procedure takes 5 - 6 h for 10 mice.

Un test In Vivo barrière hémato - encéphalique perméabilité chez la souris à l’aide de fluorescent marqué traceurs

Blood-brain barrier (BBB) is a specialized barrier that protects the brain microenvironment from toxins and pathogens in the circulation and maintains ...

An In Vivo Assessment of Blood-Brain Barrier Disruption in a Rat Model of Ischemic Stroke

Ischemic stroke leads to vasogenic cerebral edema and subsequent primary brain injury, which is mediated through destruction of the blood-brain barrier (BBB). Rats with induced ischemic stroke were established and used as in vivo models to investigate the functional integrity of the BBB. Spectrophotometric detection of Evans blue (EB) in the brain samples with ischemic injury could provide reliable justification for the research and development of novel therapeutic modalities. This method generates reproducible results, and is applicable in any laboratory without a need for special equipment. Here, we present a visualized and technical guideline on the detection of the extravasation of EB following induction of ischemic stroke in rats.

An In Vivo Assessment of Blood-Brain Barrier Disruption in a Rat Model of Ischemic Stroke

The overall goal of this procedure is to provide a highly reproducible technique for in vivo assessment of the blood-brain barrier disruption in rat models of ischemic stroke.

Une évaluation In Vivo de la perturbation de la barrière hémato - encéphalique dans un modèle de Rat d’accident vasculaire cérébral ischémique

Ischemic stroke leads to vasogenic cerebral edema and subsequent primary brain injury, which is mediated through destruction of the blood-brain barrier ...

Neuroimaging Field Methods Using Functional Near Infrared Spectroscopy (NIRS) Neuroimaging to Study Global Child Development: Rural Sub-Saharan Africa

Portable neuroimaging approaches provide new advances to the study of brain function and brain development with previously inaccessible populations and in remote locations. This paper shows the development of field functional Near Infrared Spectroscopy (fNIRS) imaging to the study of child language, reading, and cognitive development in a rural village setting of C&#244;te d&#39;Ivoire. Innovation in methods and the development of culturally appropriate neuroimaging protocols allow&#160;a first-time look into the brain&#39;s development and children&#39;s learning outcomes in understudied environments. This paper demonstrates protocols for transporting and setting up a mobile laboratory, discusses considerations for field versus laboratory neuroimaging, and presents a guide for developing neuroimaging consent procedures and building meaningful long-term collaborations with local government and science partners. Portable neuroimaging methods can be used to study complex child development contexts, including the impact of significant poverty and adversity on brain development. The protocol presented here has been developed for use in C&#244;te d&#39;Ivoire, the world&#39;s primary source of cocoa, and where reports of child labor in the cocoa sector are common. Yet, little is known about the impact of child labor on brain development and learning. Field neuroimaging methods have the potential to yield new insights into such urgent issues, and the development of children globally.

Neuroimaging Field Methods Using Functional Near Infrared Spectroscopy NIRS Neuroimaging to Study Global Child Development: Rural Sub-Saharan Africa

Portable neuroimaging approaches (functional Near Infrared Spectroscopy) provide advances to the study of the brain in previously inaccessible regions; here, rural C&#244;te d&#39;Ivoire. Innovation in methods and development of culturally-appropriate neuroimaging protocols permits novel study of the brain&#39;s development and children&#39;s learning outcomes in environments with significant poverty and adversity.

Méthodes de champ de la neuro-imagerie utilisation fonctionnelle près Neuroimaging spectroscopie infrarouge (NIRS) pour étudier le développement Global de l’enfant : zones rurales d’Afrique subsaharienne

Portable neuroimaging approaches provide new advances to the study of brain function and brain development with previously inaccessible populations and in ...

A Benchtop Approach to the Location Specific Blood Brain Barrier Opening using Focused Ultrasound in a Rat Model

Stereotaxic surgery is the gold standard for localized drug and gene delivery to the rodent brain. This technique has many advantages over systemic delivery including precise localization to a target brain region and reduction of off target side effects. However, stereotaxic surgery is highly invasive which limits its translational efficacy, requires long recovery times, and provides challenges when targeting multiple brain regions. Focused ultrasound (FUS) can be used in combination with circulating microbubbles to transiently open the blood brain barrier (BBB) in millimeter sized regions. This allows intracranial localization of systemically delivered agents that cannot normally cross the BBB. This technique provides a noninvasive alternative to stereotaxic surgery. However, to date this technique has yet to be widely adopted in neuroscience laboratories due to the limited access to equipment and standardized methods. The overall goal of this protocol is to provide a benchtop approach to FUS BBB opening (BBBO) that is affordable and reproducible and can therefore be easily adopted by any laboratory.

Focused ultrasound with microbubble agents can open the blood brain barrier focally and transiently. This technique has been used to deliver a wide range of agents across the blood brain barrier. This article provides a detailed protocol for the localized delivery to the rodent brain with or without MRI guidance.

Une approche benchtop à l’ouverture spécifique de barrière de cerveau de sang d’emplacement utilisant l’ultrason focal dans un modèle de rat

Stereotaxic surgery is the gold standard for localized drug and gene delivery to the rodent brain. This technique has many advantages over systemic ...

Focused Ultrasound Induced Blood-Brain Barrier Opening for Targeting Brain Structures and Evaluating Chemogenetic Neuromodulation

Acoustically Targeted Chemogenetics (ATAC) allows for the noninvasive control of specific neural circuits. ATAC achieves such control through a combination of focused ultrasound (FUS) induced blood-brain barrier opening (FUS-BBBO), gene delivery with adeno-associated viral (AAV) vectors, and activation of cellular signaling with engineered, chemogenetic, protein receptors and their cognate ligands. With ATAC, it is possible to transduce both large and small brain regions with millimeter precision using a single noninvasive ultrasound application. This transduction can later allow for a long-term, noninvasive, device-free neuromodulation in freely moving animals using a drug. Since FUS-BBBO, AAVs, and chemogenetics have been used in multiple animals, ATAC should also be scalable for the use in other animal species. This paper expands upon a previously published protocol and outlines how to optimize the gene delivery with FUS-BBBO to small brain regions with MRI-guidance but without a need for a complicated MRI-compatible FUS device. The protocol, also, describes the design of mouse targeting and restraint components that can be 3D-printed by any lab and can be easily modified for different species or custom equipment. To aid reproducibility, the protocol describes in detail how the microbubbles, AAVs, and venipuncture were used in ATAC development. Finally, an example data is shown to guide the preliminary investigations of studies utilizing ATAC.

This protocol delineates steps necessary for the gene delivery through focused ultrasound blood brain barrier (BBB) opening, evaluation of the resulting gene expression, and measurement of neuromodulation activity of chemogenetic receptors through histological tests.

Ouverture de la barrière hémato-encéphalique induite par ultrasons focalisés pour cibler les structures cérébrales et évaluer la neuromodulation chimiogénétique

Acoustically Targeted Chemogenetics (ATAC) allows for the noninvasive control of specific neural circuits. ATAC achieves such control through a ...

Role of Diffusion MRI Tractography in Endoscopic Endonasal Skull Base Surgery

Endoscopic endonasal surgery has gained a prominent role in the management of complex skull base tumors. It allows the resection of a large group of benign and malignant lesions through a natural anatomical extra-cranial pathway, represented by the nasal cavities, avoiding brain retraction and neurovascular manipulation. This is reflected by the patients' prompt clinical recovery and the low risk of permanent neurological sequelae, representing the main caveat of conventional skull base surgery. This surgery must be tailored to each specific case, considering its features and relationship with surrounding neural structures, mostly based on preoperative neuroimaging. Advanced MRI techniques, such as tractography, have been rarely adopted in skull base surgery due to technical issues: lengthy and complicated processes to generate reliable reconstructions for inclusion in the neuronavigation system. 
This paper aims to present the protocol implemented in the institution and highlights the synergistic collaboration and teamwork between neurosurgeons and the neuroimaging team (neurologists, neuroradiologists, neuropsychologists, physicists, and bioengineers) with the final goal of selecting the optimal treatment for each patient, improving the surgical results and pursuing the advancement of personalized medicine in this field.

We present a protocol to integrate diffusion MRI tractography in patient work-up to endoscopic endonasal surgery for a skull base tumor. The methods for adopting these neuroimaging studies in the pre- and intra-operative phases are described.

Rôle de la tractographie par IRM de diffusion dans la chirurgie endoscopique de la base du crâne endonasal

Endoscopic endonasal surgery has gained a prominent role in the management of complex skull base tumors. It allows the resection of a large group of ...

Mesure de la résistance transendothéliale pour évaluer l’intégrité de la barrière cellulaire

Barrier Functional Integrity Recording on bEnd.3 Vascular Endothelial Cells via Transendothelial Electrical Resistance Detection

The blood-brain barrier (BBB) is a dynamic physiological structure composed of microvascular endothelial cells, astrocytes, and pericytes. By coordinating the interaction between restricted transit of harmful substances, nutrient absorption, and metabolite clearance in the brain, the BBB is essential in preserving central nervous system homeostasis. Building in vitro models of the BBB is a valuable tool for exploring the pathophysiology of neurological disorders and creating pharmacological treatments. This study describes a procedure for creating an in vitro monolayer BBB cell model by seeding bEnd.3 cells into the upper chamber of a 24-well plate. To assess the integrity of cell barrier function, the conventional epithelial cell voltmeter was used to record the transmembrane electrical resistance of normal cells and CoCl2-induced hypoxic cells in real-time. We anticipate that the above experiments will provide effective ideas for the creation of in vitro models of BBB and drugs to treat disorders of central nervous system diseases.

Pleins feux sur l’auteur : Applications de la détection TEER pour évaluer l’intégrité de la barrière cellulaire 

This protocol describes a dependable and efficient in vitro model of the brain blood barrier. The method uses mouse cerebral vascular endothelial cells bEnd.3 and measures transmembrane electrical resistance.

Enregistrement de l’intégrité fonctionnelle de la barrière sur les cellules endothéliales vasculaires bEnd.3 via la détection de résistance électrique transendothéliale

The blood-brain barrier (BBB) is a dynamic physiological structure composed of microvascular endothelial cells, astrocytes, and pericytes. By coordinating ...