The authors have no acknowledgements.

ניסויים דרושים כדי לפתח הפרוטוקול בוצעו על פי תקנות לאומיות ואושרו על ידי ועדת המדע אתי המקומית (Comitato di Bioetica di Ateneo), הפועלים במוסד של אוניברסיטת טורינו, טורינו, איטליה. 1. הכנה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הרדמה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את החיה בתוך חדר isoflurane המתאים כדי להרדים אותו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למלא את התא עם מעורב O 2 וגז isoflurane לשימוש וטרינרים בריכוז של 2.5% בתא גזי 2 L ולחכות דקות על 3 לחולדה להירדם. בדקו את ההשפעה של הרדמה על ידי קמצוץ הבוהן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ברגע שההרדמה תיכנס לתוקף, להסיר את החולדה ולשקול אותו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מורחים שכבה דקה של ג&#39;ל עיניים המסיס במים בעיניו של בעל החיים כדי להגן עליהם ולשמור על הידרציה הפיזיולוגית של העין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הנח את העכבר על משטח עבודה אולטרסאונד ותחנת ההדמיה photoacoustic. אניכדי n כדי לשמור על השפעת ההרדמה, במהירות למקם את האף בתוך המסכה המתאימה מתן זרם בלתי פוסק הרדמה (isoflurane 2% -2.5% בL 1 / min חמצן). </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גילוח בעלי החיים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מורחים שכבה של הסרת שיער קרם עקבית על פני השטח הראש, עם תשומת לב לכיסוי אזורים הסובבים את האוזניים וצוואר. לאפשר לקרם לפעול במשך כמה דקות ומוציא בעדינות את זה עם מרית. ברכות להסיר את כל שאריות הקרם עם ספוג רטוב כדי לנקות את העור באופן מדויק. הערה: הפרווה בעלי החיים לוכדת אוויר שמשפיע לרעה על רכישת הדמיה מבוססת אולטרא-סאונד, ובכך שיש לו יוסר בהכרח ככל האפשר. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מיצוב בעלי החיים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מסדרים את החיה במצב התפשטות-נשר. לפקח על הסימנים החיוניים, באמצעות חיישני פרמטר חיוניים מתאימים על משטח העבודה (אם הם קיימים). להישען על כפות החיישנים לאחר החלת כמה טיפות של האלקטרודה קרם לשימוש מקצועי. הערה: במהלך הרדמה, להבטיח לי שהפרמטרים חיוניים ערכים כדלקמן: ≈ טמפרטורת גוף חולדה 37.5 ° C, פעימות לב לדקה (BPM) נעות בין 250 ו -350 וקצב הנשימה מורכבת בטווח של 40-80 נשימות לדקה . </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבסוף להדק את הגפיים עם תיקון משי מלאכותי היפואלרגנית. במידת צורך, פזר שכבה דקה של ג&#39;ל עיניים המסיס במים כדי להגן על עיניו של בעל חיים. </li></ol></li></ol> 2. תמונת רכישה מTemporal Point of View <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מיצוב בעלי החיים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שמירה על בעלי החיים במצב שכיבה, לסובב את גופו מעט בצד, עם זווית הטיה של כ -45 מעלות ביחס לגוף ציר sagittal. השתמש לחמניות גזה כותנה קטנות כעומד להסדיר את הרשות (איור 2 א) בצורה נכונה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הרם את הראש לבעלי החיים ולסובב אותו מעט בצד אחד (איור 2 א). השתמש ברול כותנה כעמדת שמירת inser גם חוטםטד למסכת ההרדמה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להטות את משטח העבודה בזווית של כ -30 מעלות ביחס למישור האופקי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל את מתמר ההדמיה בזווית של כ -30 מעלות ביחס למישור האנכי. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Ultrasonic ורכישת תמונה אנטומית וכלי דם photoacoustic <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל ההדמיה לסרוק ב, להיכנס לרכישת תמונת מצב B ולהגדיר כראוי את כל הפרמטרים רכישת התמונה לכבד דרישות אפשריות נתונה של הניסוי (איור 3 א). הערה: הגדר את תדירות שידור המרכז הנמוכה ככל האפשר (16 MHz, 3 ב איור), על מנת שיהיה עומק החדירה המקסימאלי אפשרי למתמר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השלך שכבה אחידה (כ 1 סנטימטר עובי) של ג&#39;ל שידור אולטרסאונד המסיס במים היפואלרגנית על ראשו של בעל החיים (איור 2b). לכסות את הראש מתמר בשכבה דקה של ג&#39;ל ולשים אותו במגע עם השכבה על rat. השתמש בג&#39;ל חם כדי למזער היפותרמיה מקומית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחל רכישת תמונה במצב B ולהתאים את המיקום מתמר בזמן אמת, על ידי זיהוי אזכור אנטומיים ועל ידי מרכוז האזור של עניין לאמצע נקודת הצג. ודא לחסל בועות אוויר בכל רמה וממולכד לתוך שכבת ג &#39;, כי הם משפיעים לרעה על הרכישה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את המתמר ליישר אותו לציר הווירטואלי המחבר את האוזן לעין (איור 4 א) כדי להשיג מיקוד אלומה אופטימלי. לרכוש תצוגות שונות של את פנימי נפח המוח, על ידי סיבוב בכיוון השעון או נגד כיוון השעון (איור 4 ב ו-ג). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סופו של דבר להדק את המתמר על דוכן מכאני כדי לאבטח את העמדה ולכוון את הכיוון בצורה עדינה ביציבות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ודא שהאזור במוח של עניין localizes ב -10 מ&quot;מ של עומק ביחס למקור מתמר ארה&quot;ב הלייזר על מנת לקבל ph אופטימליאות otoacoustic תגובה (איור 5). לאחר מכן למקם את המחוון של מיקוד גל ארה&quot;ב בדיוק במרכזו של האזור מנותח. הערה: במהלך המחקר של תחומי העניין, להימנע מהפעלה של אופצית שער הנשימה, על מנת להאיץ את הליך המיצוב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הזן צבע דופלר מצב לדמיין כלי דם במוח פנימיים באופן רגיש גבוה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ברגע שהמיקום נקבע בצורה מתאימה כדי להמחיש את האזורים רצה, להפעיל את אפשרות שער נשימה כדי למנוע תופעות לא רצויות הקשורים לתנועה (איור 6 א). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר את ערכת פרמטר רכישה המבוקש בצבע דופלר מצב (6 ב איור) ולרכוש תמונות בשיטה זו כדי להבחין מהירויות זרם דם וכיוונים, עד כמה מילימטרים של עומק חדירה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להיכנס למצב פעמו גל דופלר ולרכוש תמונות כדי לזהות פעימת דם בעורק ולהבחין בין עורקיםורידי nd. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הזן כוח דופלר מצב ופרמטרי רכישה שנקבעו (איור 7) לבצע כימות אות על בסיס מספר פיזור אירועים שנגרמו על ידי תנועת השטף, ולכן הבדלים מוערכים בספיקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הזן photoacoustic מצב וצריך לחדד את הפרמטרים רכישה (8 א &#39;איור) כדי לאסוף נתונים על תוכן דם הכולל של המוגלובין או תואר חמצון באזור נתון. על ידי ייצור עירור לייזר באורכי גל בספקטרום שלם (מ -680 ננומטר 970 ננומטר, איור 8b), הקליטה של הווה המוגלובין כולל במדינות כימיות שונות בתוך רקמה ניתן לכמת. על ידי ביצוע אוסף אות באורכי גל ספציפי אחת (איור 8 ג), ניתן לבודד את תרומת האות מובהקת בשל הספיגה של אצטילן ומינים טהורים דה-אצטילן. </li></ol></li></ol> 3. הדמיה מהנקודה העורפית של צפה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מיצוב בעלי החיים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שמירה על בעלי החיים במצב שכיבה, להוריד את הראש לבעלי החיים ולהשתמש לחמניות גזה כותנה קטנות כרוחב עומד להסדיר את הרשות בצורה נכונה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הפעל מקביל מתמר הדמיה למטוס הרוחבי של ראש החיה (איור 9). הערה: בדרך זו, הרכישה תהיה מרוכזת דרך הנקב העורפי בבסיס הגולגולת. על ידי שינוי זווית ההטיה של הנטייה הבדיקה (איור 9), ניתן יהיה לרכוש תמונות כלי פנימיות בתצוגות שונות בהתאם לנטיית ההגדרה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Ultrasonic ורכישת תמונה אנטומית וכלי דם photoacoustic <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הזן את רכישת תמונת מצב B, להגדיר את כל הפרמטרים רכישת תמונה כפי שדווח בעבר (איור 3) ולהפיץ את שכבות ג&#39;ל אולטרסאונד צורך בבדיקה ועל העורף של בעלי החיים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מסדרים את המתמר להישאר כמעט אופקי, בORDאה להיות מכוון לאורך הציר אחורי לקדמי האנטומי של הגוף. לכוון אותו לכיוון הצד הקדמי של החוטם ולהטות אותו מעט קדימה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחל רכישת תמונה בB מצב ומצב הצבע דופלר (איורים 3 ו -6). במדויק להתאים את המיקום מתמר ולהסיר בועות אוויר ממעייל ג&#39;ל כפי שתואר לעיל. במידת האפשר, להדק את המתמר על עמידה איתנה לשלוט ההתמצאות בדרך עדינה ולבחור את זווית ההטיה הטובה ביותר לרכוש תמונות של האזורים אנטומיים הרצויים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> דמיינו כלי דם במוח פנימיים בכוח דופלר המצב, על ידי ההגדרה כראוי פרמטרים רכישה (איור 7). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> למקם עורקים פעמו בעוצמה על ידי פעמו גל דופלר מצב. להבדיל ביניהם לבין ורידים, שמנגד מתאפיינים ברמות נמוכות של זרימת דם פעימה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאסוף נתונים דם זרם מהירויות וכיוונים בצבע דופלר מצב, על ידי כראוי התאמת ACQהפרמטרים uisition (איור 6). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סט שלם עמוק hemodynamic מוח נתונים אפיון, על ידי הוספת מידע דם הכימי שהושג באמצעות רכישת photoacoustic (איור 8). לבצע זאת על ידי הערכה בפרט את כמות הפרמטרים דָמִי כגון אחוז O 2 הרוויה ותוכן המוגלובין הכולל (HBT), שהם בדרך כלל נמדדים על ידי קביעת גל עירור הלייזר ב 750 ו 850 ננומטר (איור 8 ג). </li></ol></li></ol> 4. סוף הרכישה והסרת בעלי החיים הערה: ובכן לשקול את כל הזמן שהוקדש לתהליך רכישת תמונה (משלב 1 לשלב 3), אשר כפוף להגבלות עיקריות הקשורים למינון הרדמה פנה לבעלי החיים. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשמור את כל הנתונים שנרכשו, להפוך את הלייזר פועם מידי יציאה ממצב רכישת photoacoustic ולהרחיק את המתמר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תוך שמירה על animal תחת השפעת ההרדמה, להתחיל לנקות אותו בעדינות על ידי הסרת הג&#39;ל המגן מהעיניים עם מקלון צמר גפן רטוב. השתמש במרית וכמה מגבות נייר כדי להסיר לחלוטין את ג&#39;ל אולטרסאונד מהראש והחוטם, ולאחר מכן לנקות אותם עם ספוג רטוב. היזהר שלא לגרום נזק לעור העדין המגולח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוציא את תיקון הדבק משמש כדי להדק את הגפיים ולנתק אותם מהחיישנים העוקבים אחר הפרמטרים הפיזיולוגיים. במהירות להעביר את בעלי החיים ממשטח העבודה לרכישת כלוב שונה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לארח את בעל החיים בכלוב קטן להתאוששות מן ההרדמה. ודא שבעלי החיים לא צריכים לשתף את הכלוב בשלב זה על מנת למנוע תוקפנות </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את כלוב ההתאוששות תחת אור אינפרא אדום כדי לשמור על חמים לבעלי החיים. חכה עד שהוא שב להכרתו מספיק כדי לשמור על כיבה sternal. בדקו מצבים הבריאותיים הכלליים של בעלי החיים, לפני שעברת אותו לחדר מהגידול בעלי חיים. </li></ol>

<ol>
	<li>Bestmann, S., Feredoes, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combined+neurostimulation+and+neuroimaging+in+cognitive+neuroscience:+past,+present,+and+future.">Combined neurostimulation and neuroimaging in cognitive neuroscience: past, present, and future.</a> Ann N Y Acad Sci. 1296, 11-30 (1111).</li><li>Kim, S. A., Jun, S. B. <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+Optical+Measurement+of+Neural+Activity+in+the+Brain.">In-vivo Optical Measurement of Neural Activity in the Brain.</a> Exp Neurobio. 22 (3), 158-166 (2013).</li><li>Silva, 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=Nanotechnology+approaches+to+crossing+the+blood-brain+barrier+and+drug+delivery+to.">Nanotechnology approaches to crossing the blood-brain barrier and drug delivery to.</a> the CNS.BMC Neurosci. 9, S4 (2008).</li><li>Stemmer, N., Mehnert, J., Steinbrink, J., Wunder, 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+fluorescence+imaging+in+animal+models+of+stroke.">Noninvasive fluorescence imaging in animal models of stroke.</a> Curr Med Chem. 19 (28), 4786-4793 (2012).</li><li>Frohman, E. M., Fujimoto, J. G., Frohman, T. C., Calabresi, P. A., Cutter, G., Balcer, L. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optical+coherence+tomography:+a+window+into+the+mechanisms+of+multiple+sclerosis.">Optical coherence tomography: a window into the mechanisms of multiple sclerosis.</a> Nat Clin Pract Neurol. 4 (12), 664-675 (2008).</li><li>Liao, L. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neurovascular+coupling:+in+vivo+optical+techniques+for+functional+brain+imaging.">Neurovascular coupling: in vivo optical techniques for functional brain imaging.</a> Biomed Eng Online. , 12-38 (2013).</li><li>Youn, H., Hong, K. J. <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+Noninvasive+Small+Animal+Molecular+Imaging.">In vivo Noninvasive Small Animal Molecular Imaging.</a> Osong Public Health Res Perspect. 3 (1), 48-59 (2012).</li><li>Miyawaki, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A.Fluorescence+imaging+in+the+last+two+decades.">A.Fluorescence imaging in the last two decades.</a> Microscopy (Oxf). 62 (1), 63-68 (1093).</li><li>Feldman, M. K., Katyal, S., Radiographics Blackwood, M. S. U. S. a. r. t. i. f. a. c. t. s. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> 29 (4), 1179-1189 (1148).</li><li>Postema, M., Gilja, O. H. <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+and+targeted+ultrasound.">Contrast-enhanced and targeted ultrasound.</a> World J Gastroenterol. 17 (1), 28-41 (2011).</li><li>Zacharatos, H., Hassan, A. E., Qureshi, A. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intravascular+ultrasound:+principles+and+cerebrovascular+applications.">Intravascular ultrasound: principles and cerebrovascular applications.</a> AJNR Am J Neuroradiol. 31 (4), 586-597 (2010).</li><li>Li, C., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoacoustic+tomography+and+sensing+in+biomedicine.">Photoacoustic tomography and sensing in biomedicine.</a> Phys Med Biol. 54 (19), R59-R97 (2009).</li><li>Kim, C., Favazza, C., Wang, L. V. <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+photoacoustic+tomography+of+chemicals:+high-resolution+functional+and+molecular+optical+imaging+at+new+depths.">In vivo photoacoustic tomography of chemicals: high-resolution functional and molecular optical imaging at new depths.</a> Chem Rev. 110 (5), 2756-2782 (2010).</li><li>Hu, S., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoacoustic+imaging+and+characterization+of+the+microvasculature.">Photoacoustic imaging and characterization of the microvasculature.</a> J Biomed Opt. 15 (1), (2010).</li><li>Mallidi, S., Luke, G. P., Emelianov, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoacoustic+imaging+in+cancer+detection,+diagnosis,+and+treatment+guidance.">Photoacoustic imaging in cancer detection, diagnosis, and treatment guidance.</a> Trends Biotechnol. 29 (5), 213-221 (2011).</li><li>Pysz, M. A., Gambhir, S. S., Willmann, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+imaging:+current+status+and+emerging+strategies.">Molecular imaging: current status and emerging strategies.</a> Clin Radiol. 65 (7), 500-517 (2010).</li><li>Nie, L., Cai, X., Maslov, K., Garcia-Uribe, A., Anastasio, M. A., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoacoustic+tomography+through+a+whole+adult+human+skull+with+a+photon+recycler.">Photoacoustic tomography through a whole adult human skull with a photon recycler.</a> J Biomed Opt. 17 (11), (2012).</li><li>Huang, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Aberration+correction+for+transcranial+photoacoustic+tomography+of+primates+employing+adjunct+image+data.">Aberration correction for transcranial photoacoustic tomography of primates employing adjunct image data.</a> J Biomed Opt. 17 (6), (2012).</li><li>Nie, L., Guo, Z., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoacoustic+tomography+of+monkey+brain+using+virtual+point+ultrasonic+transducers.">Photoacoustic tomography of monkey brain using virtual point ultrasonic transducers.</a> J Biomed Opt. 16 (7), (2011).</li><li>Guevara, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+of+an+inflammatory+injury+in+the+newborn+rat+brain+with+photoacoustic+tomography.">Imaging of an inflammatory injury in the newborn rat brain with photoacoustic tomography.</a> PLoS On. 8 (12), (2013).</li><li>Yao, J., Wang, L. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoacoustic+Microscopy.">Photoacoustic Microscopy.</a> Laser Photon Rev. 7 (5), (2013).</li><li>Liu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Assessing+the+effects+of+norepinephrine+on+single+cerebral+microvessels+using+optical-resolution+photoacoustic+microscope.">Assessing the effects of norepinephrine on single cerebral microvessels using optical-resolution photoacoustic microscope.</a> J Biomed Opt. 18 (7), (2013).</li><li>Xia, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Whole-body+ring-shaped+confocal+photoacoustic+computed+tomography+of+small+animals+in+vivo.">Whole-body ring-shaped confocal photoacoustic computed tomography of small animals in vivo.</a> J Biomed Opt. 17 (5), 050506 (2012).</li><li>Sun, J., Lindvere, L., Van Raaij, M. E., Dorr, A., Stefanovic, B., Foster, F. S. <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+imaging+of+cerebral+hemodynamics+using+high-frequency+micro-ultrasound.">In vivo imaging of cerebral hemodynamics using high-frequency micro-ultrasound.</a> Cold Spring Harb Protoc. (9), (2010).</li><li>Nasiriavanaki, M., Xia, J., Wan, H., Bauer, A. Q., Culver, J. P., Wang, L. V. <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+photoacoustic+tomography+of+resting-state+functional+connectivity+in+the+mouse+brain.">High-resolution photoacoustic tomography of resting-state functional connectivity in the mouse brain.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 111 (1), 21-26 (2014).</li><li>Jao, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noninvasive+photoacoustic+computed+tomography+of+mouse+brain+metabolism+in+vivo.">Noninvasive photoacoustic computed tomography of mouse brain metabolism in vivo.</a> Neuroimage. 64, 257-266 (2013).</li><li>Deng, Z., Wang, Z., Yang, X., Luo, Q., Gong, 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+imaging+of+hemodynamics+and+oxygen+metabolism+in+acute+focal+cerebral+ischemic+rats+with+laser+speckle+imaging+and+functional+photoacoustic+microscopy.">In vivo imaging of hemodynamics and oxygen metabolism in acute focal cerebral ischemic rats with laser speckle imaging and functional photoacoustic microscopy.</a> J Biomed Op. 17 (8), 081415-081414 (2012).</li><li>Huang, R. B., Mocherla, S., Heslinga, M. J., Charoenphol, P., Eniola-Adefeso, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+and+cellular+interactions+of+nanoparticles+in+vascular-targeted+drug+delivery.">Dynamic and cellular interactions of nanoparticles in vascular-targeted drug delivery.</a> Mol Membr Biol. 27 (7), 312-327 (2010).</li><li>Saxer, T., Zumbuehl, A., M&#252;ller, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+use+of+shear+stress+for+targeted+drug+delivery.">The use of shear stress for targeted drug delivery.</a> Cardiovasc Res. 99, 328-3233 (2013).</li><li>Zhao, Y. Z., Lu, C. T., Li, X. K., Cai, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasound-mediated+strategies+in+opening+brain+barriers+for+drug+brain+delivery.">Ultrasound-mediated strategies in opening brain barriers for drug brain delivery.</a> Expert Opin Drug Deliv. 10, 987-1001 (2013).</li></ol>

עמלות פרסום לכתבה זו מומנו על ידי Sonics החזותי.

הפרוטוקול שהוצג היה מותאם כדי לספק ביצועי הדמיה מוחית יעילים מאוד בבעלי חיים קטנים. ניתן לרכוש תמונות באופנים שונים על ידי דווקא בעקבות הסימנים על הפרמטרים הרכישה והמיצוב מתמר על foramina גולגולת. בפרט, המיקום בצד הזמני הוא הקריטי ביותר, שכן בארה&quot;ב ובליזר צריך להיות מרוכזות באופן מדויק ככל האפשר לחדור בצורה נכונה נקב, שהוא קטן יותר מעורפי אחד. עם זאת, הודות להגדרת ניסוי זה, תכונות hemodynamic הקשורים לתחרויות פיזיולוגיות או פתולוגי אפילו נגישות וניתן להעריך אפילו באזורי מוח עמוקים, אשר בדרך כלל קשות לאפיון. מאז רכישת תמונה מוצלחת תלויה במידת הדיוק של המיקום מתמר, תלות זו צריכה להילקח בחשבון בזהירות כי זה עלול להשפיע על ביצועי ההדמיה. לדוגמא,כמה מבנים אנטומיים של עניין יכולים להיות שלא נכללו לגמרי במטוס ההדמיה רכישה וזיהוי שלהם מתמונות שמציעות רק חזון חלקי עלולים לגרום לא טוב. יתר על כן, רכישת הדמיה בארה&quot;ב והרשות הפלסטינית מתבצעת בשיטה תלת-ממדית (3D Mode) תהיה לא תואמת את ההגדרה הניסיונית שתוארה קודם לכן, שכן הוא דורש מתמר לנוע לאורך נתיב automatized מוגדר מראש. לבסוף, בשל השונות האנטומית טבעיות, הממד של פתחי גולגולת עשוי להשתנות באופן משמעותי בקרב בעלי חיים, ובכך יש השלכות בלתי צפויות על תהליך הרכישה. עובדה זו הופכת את איכות התמונה תלויה במאפיינים של כל אדם. כתוצאה מכך, חוסר האפשרות ליישם אסטרטגיה זו לחלק מבעלי החיים שיש לשקול בעת תכנון פרוטוקול הניסוי. באופן ספציפי, עניין יוצא דופן מופנה לפרמטרים המודינמיים, בשל תפקידה העיקרי לקביעתbiodistribution סמים או מולקולות אקסוגניים אחרות לאחר מתן מערכתי 28-29. ההשלכות אפליקטיביים בתחום ההדמיה המולקולרית הן רבות, החל האימות של סוכנים בניגוד ההדמיה בריכת דם ללימודי משלוח סמים בפיקוח תמונה הדורשים מושרה אולטרסאונד BBB פתיחת 30. כל מטרות מחקר אלה בהחלט ייהנו מהפולשנות המזערית של הפרוטוקול, בהתחשב בכך ש, ללא כל ניתוח נוסף, את הסיכון למוות או תופעות לוואי בלתי רצויים מופחת באופן משמעותי וניטור ארוך טווח באותו מודלים של בעלי החיים הוא אפשרי. לסיכום, הפרוטוקול המובא יאפשר למטפל ביעילות ובצורה נכונה תמונה לפרש את הטופוגרפיה אנטומיים ודפוס כלי הדם של רקמות מוח נורמליות או פתולוגי במודלים של בעלי החיים מחקר שימוש. בעוד שיטות הנוכחיות הן בעיקר מוגבלות לטומוגרפיה הדמיה קליפת המוח 25-27, הגדרה זו נותנת ההזדמנות to להמחיש כמה תהליכים המשפיעים על פיזיולוגיה של מוח עמוק, על ידי מיזוג יתרונות הניתנים על ידי שתי ההדמיה בארה&quot;ב והרשות הפלסטינית.

אסטרטגיות לתאר בדקדקנות תכונות של פרמטרים המודינמיים מוח במערכת העצבים המרכזית של בעלי חיים קטנים הנדרשות לקידום תחום מדעי המוח 1-3. הטכניקה שהוצגה מדגימה כיצד לבצע אקוסטית פולשני והדמיה photoacoustic על המוח של בעלי חיים קטנים על מנת לבחון ביולוגיה של כלי דם, הסדר ותפקוד. טכניקות הדמיה אופטיות מאפשרות לוקליזציה של אירועים הקשורים לפעילות עצבית 2,4-5 ובו זמנית לרכוש אותות שנוצרו על ידי המוגלובין הן במדינות מחומצן ו- מחומצן שאינם 6. עם זאת, עקב ספיגה ופיזור פוטונים, הדמיה אופטית טהורה סובלת מרזולוציה מרחבית ירודה ועומק חדיר לרקמות מוגבלות 7-8. לעומת זאת, אקוסטיקה מציעה את ההזדמנות כדי לבצע הדמיה עמוקה יותר עם ​​רזולוציה מרחבית גבוהה יותר מרחב, אבל זה הפריע לעומת זאת רבב ומוגבל 9-11. על ידי שילוב של תכונות של wi פוטוניקסה אולטרסאונד, טכניקת photoacoustic משפרת גם הדמיה ואבחון פוטנציאל של שיטות יחידים 12-16. ההדמיה photoacoustic של המוח יש את הפוטנציאל להבהיר שאלות רבות בנוירוביולוגיה, עם זאת, כי באופן טבעי הכיפה מגנה גזע המוח, באופן דרמטי מגבילה שני 17-19 חדיר לרקמות פוטוניים ואולטרא סאונד. יתר על כן, עצמות לקדם פיזור של שני אור וקול וכתוצאה מכך האובדן של סטיות רגישות ותמונת 17-18. כתוצאה מכך, על-קולי מוח וההדמיה photoacoustic יכולים להתבצע בקלות על בעלי חיים ילוד לפני התאבנות 20, אבל את האנטומיה והפיסיולוגיה העמוקה של המוח הבוגר הן בבירור נגישות רק לאחר 21,22 craniotomy. למרבה הצער, הניתוח הדרוש להסרת גולגולת הוא מבחינה טכנית קשה והשפעותיו יכולות להיות מזיקות לכמה מטרות ניסוי ובכך מקשות לעקוב אחר התקדמות מחלה עצבית בבעלי חיים זהים לאורך זמן. לכן, שיטה לא פולשנית לביולוגיה מוחית עמוקה תמונה במודלים של בעלי חיים קטנים היא רצויה מאוד. בספרות בשיטה של ממחזר פוטון 17 דווחה כדרך להפחית את אובדן הטלפון ולהגדיל את העברה דרך הגולגולת שלמה, שיפור אות photoacoustic יחס רעש (SNR) והניגודיות של היעד. הפרוטוקול שהוצג נועד לספק שיטה אמינה לאקוסטית קורטיקליים מוח והדמיה photoacoustic על מכרסמים מחקר שימוש (במיוחד על חולדות) ללא כל ניתוח פולשני. ההליך מבוסס על השימוש במכשירים ניידים transducing לאולטרסאונד בתדר גבוה וההדמיה photoacoustic. בניגוד לטומוגרפיה טכנולוגיית הדמיה 23, ניידת ומתמר כיוונית 24 לאפשר בחירה של אזורי גולגולת הספציפיים עם עובי מופחת באופן טבעי, מכונה סדקים או scissures. הבקיעים הגדולים (foramina) קיימים בחוליותnimal הגולגולת נחוצות כדי לאתר את צרורות עצבים, כלי או מבנים אחרים חיבור מעגלי גזע מוח פנימיים לחלקים אחרים של הגוף. הבקיעים הגדולים נמצאים בפתחי עצם בגודל שונה, שניתן לנצל כקטעים ספציפיים לגלי אולטרסאונד ולייזר. הדמיה ממוקדת כגון מפחיתה תופעות השתקפות גל שנגרמו על ידי ממשקי עצם ומגבירה את הרגישות על ידי שיפור עומק חדירת הדמיה. בפרספקטיבה זו, מתמר ההדמיה ניתן לארגן להיות בניצב לבקיעים הממוקמים על הזמן ועל הצד העורפי של הגולגולת (איור 1), על מנת להתכנס אולטרסאונד וקורות פוטוניים באזורים אלה מקסימאלי. נטייה זו גם משפרת את איכות אות ומאלצת את האות כדי להמשיך דרך שכבת עצם דקה יותר ביחס לנטיות גולגולת אחרות. לפיכך, הגלים המשודרים ובאו לידי ביטוי לעבור דרגה נמוכה יותר של פיזור, המאפשרים איסוף של אותות אינטנסיביים שמקורם עמוק יותרשכבות רקמה. בניגוד לנהלים קודמים, הגדרה ניסיונית זו דורשת גילוח ראש רק בבעלי חיים, בזמן שאין ניתוח אחר הוא הכרחי. עם הפרוטוקול המוצע, הדמיה מתבצעת ברזולוציה מרחבית גבוהה יחסית, חושף שני, מבנים אנטומיים התייחסות ספציפית וכלי דם עמוקים יותר ממצב הנוכחי של שיטות אמנות, כל זאת תוך עורות בעלי החיים והגולגולת נותרו על כנן. ניתן לרכוש תמונות העטרה וציריות ייחודיות על ידי ניצול שיטות שונות קולי רכישת הדמיה (B, דופלר כוח, הצבע דופלר, פעמו גל מצב) במקביל להדמית photoacoustic. רפרטואר מורחב של פרמטרים ניתן לחלץ מהתמונות האלה, המאפשרים תיאור של רקמת ריאה, ואנטומיה של כלי דם בצד את כל אוסף של תכונות המשפיעות על דינמיקת זרימת דם. פרוטוקול זה יכול לשמש כדי תכונות parenchyma תמונה בסיסיות בקליפת המוח בתדר גבוה אפנות Ultrasonic B Mode, עורקי ראש basilar והפנימיים (תואר ראשון וICA בהתאמה) המרכיבים את מעגל ויליס, עורק המוח התיכון (MCA) ופרטים נוספים של מנגנון הדם. יתר על כן, זרימת דם כימות, אומרת מהירויות זרם, תיאור תנועה כיוונית ונתונים ריווי חמצן ניתן לאסוף מקליפת המוח לאזורי מוח עמוקים. אסטרטגיה חדשה זו מחזיקה פוטנציאל גדול עבור מגוון רחב של יישומים ומספקת את הצורך הדחוף בנהלים אמין לתאר תכונות מוח עמוקות שהם קריטיים בפתולוגיות שונות. כמו כן, בשל הפולשנות המזערית שלה, הפרוטוקול המובא יכול לאפשר לימודים עצום אפשריים הדמיה על מערכת העצבים המרכזית, במיוחד אלה הדורשים מעקב ארוך-טווח או מעורבים מודלים של בעלי חיים פתולוגיים עדינים.

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

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

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

Watch this Scientific Journal Video about Non-invasive Parenchymal, Vascular and Metabolic High-frequency Ultrasound and Photoacoustic Rat Deep Brain Imaging at JoVE.com

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

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

רקמת ריאה, כלי דם וחילוף חומרים בתדר גבוהים לא פולשני אולטראסאונד וphotoacoustic עכברוש Deep Brain Imaging

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

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

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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

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

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

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

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

Immunohistochemical ניתוח של מערכת העצבים המרכזית עכברוש לימפה הפריפריה צומת סעיפים רקמות

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

Deep Brain Stimulation with Simultaneous fMRI in Rodents

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

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

גירוי מוחי עמוק עם fMRI סימולטני במכרסמים

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

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

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

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

ניתוח שינויי ביטוי הגנים בהיפוקמפוס העכברוש לאחר Deep Brain Stimulation של Anterior התלמוס הגרעין

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

Non-invasive Assessment of Changes in Corticomotoneuronal Transmission in Humans

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

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

הערכה לא פולשנית של שינויים בתמסורת קורטיקומוטונורונאלית בבני אדם

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

Isolation and Cannulation of Cerebral Parenchymal Arterioles

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

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

בידוד Cannulation של שיתוק Parenchymal arterioles

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

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

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

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

אפנון לא פולשני ומיפוי רובוטי של קליפת מנוע במוח המתפתח

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

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

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

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

פגיעה עצבית ממוקדת לניתוק לא פולשני של מעגלי מוח

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

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

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

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

ניתוח של Vasospasm מוחי במודל מורין של דימום subarachnoid עם אולטרסאונד דופלקס Transcranial בתדר גבוה

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

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

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

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

הפעלה תלת-ממדית של המוח כולו ומיפוי קישוריות תפקודית בעכברים באמצעות הדמיית אולטרסאונד תפקודית טרנס-ת-רה-אופן

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

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

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

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

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

הזרקה נגיפית סטריאוטקסית והשתלת עדשה בעלת אינדקס שיפוע להדמיית סידן עמוקה במוח In Vivo

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