Ecografia doppler transcranici funzionale per il monitoraggio del flusso sanguigno cerebrale

Riepilogo

L'ecografia Doppler transcraniale funzionale integra altre modalità di imaging funzionale, con la sua misurazione ad alta risoluzione temporale dei cambiamenti indotti dallo stimolo nel flusso sanguigno cerebrale all'interno delle arterie cerebrali basali. Questo documento sui metodi fornisce istruzioni dettagliate per l'utilizzo di ultrasuoni Doppler transcranici funzionali per eseguire un esperimento di imaging funzionale.

Abstract

L'ecografia Doppler transcraniale funzionale (fTCD) è l'uso dell'ecografia Doppler transcranico (TCD) per studiare l'attivazione neurale che si verifica durante stimoli come il movimento fisico, l'attivazione di sensori tattili nella pelle e la visualizzazione di immagini. L'attivazione neurale è dedotta da un aumento della velocità del flusso sanguigno cerebrale (CBFV) che fornisce la regione del cervello coinvolta nell'elaborazione dell'input sensoriale. Ad esempio, la visualizzazione di luce intensa provoca un aumento dell'attività neurale nel lobo occipitale della corteccia cerebrale, portando ad un aumento del flusso sanguigno nell'arteria cerebrale posteriore, che fornisce il lobo occipitale. In fTCD, i cambiamenti in CBFV sono utilizzati per stimare i cambiamenti nel flusso sanguigno cerebrale (CBF).

Con la sua misurazione ad alta risoluzione temporale delle velocità del flusso sanguigno nelle principali arterie cerebrali, fTCD integra altre tecniche di imaging funzionale consolidate. L'obiettivo di questo documento sui metodi è fornire istruzioni dettagliate per l'utilizzo di fTCD per eseguire un esperimento di imaging funzionale. In primo luogo, verranno descritti i passaggi di base per identificare l'arteria cerebrale media (MCA) e ottimizzare il segnale. Successivamente, verrà descritto il posizionamento di un dispositivo di fissazione per tenere la sonda TCD in posizione durante l'esperimento. Infine, verrà dimostrato l'esperimento di mantenimento del respiro, che è un esempio specifico di un esperimento di imaging funzionale che utilizza fTCD.

Introduzione

Nella ricerca neuroscientifica, è spesso auspicabile monitorare l'attività cerebrale in tempo reale in modo non invasivo in una varietà di ambienti. Tuttavia, le modalità di neuroimaging funzionale convenzionali hanno limitazioni che impediscono la capacità di catturare cambiamenti di attività localizzati e / o rapidi. La vera risoluzione temporale (non nervosa, non retrospettiva) della risonanza magnetica funzionale (fMRI) è attualmente dell'ordine di pochi secondi¹, che potrebbe non catturare cambiamenti emodinamici transitori legati all'attivazione neurale transitoria. In un altro esempio, sebbene la spettroscopia funzionale nel vicino infra....

Protocollo

Tutte le ricerche su soggetti umani sono state eseguite in conformità con l'Institutional Review Board dell'Università del Nebraska-Lincoln e il consenso informato è stato ottenuto da tutti i soggetti.

1. Localizzazione del segnale MCA tramite TCD a mano libera

NOTA: "Freehand" TCD si riferisce al funzionamento di TCD con un trasduttore portatile per trovare un segnale CBFV prima di iniziare un esperimento fTCD.

1. Impostazione dei parametri TCD
   1. Mantenere la potenza a un valore ragionevolmente elevato (ad esempio, 400 mW) durante la ricerca iniziale dell'MCA. Una volta individuato il segnale MCA, r....

Risultati

La Figura 3 mostra gli spettri Doppler di esempio e le modalità M di colore dal punto medio del segmento M1 dell'MCA. Figura 3A,B sono stati presi nella stessa posizione sul cuoio capelluto, ma ad angoli diversi. Si noti come un piccolissimo cambiamento di angolo, senza modificare la posizione di contatto sul cuoio capelluto,possa migliorare notevolmente la potenza del segnale Doppler, come mostrato dalla colorazione gialla ad alta int.......

Discussione

I passaggi critici nel protocollo includono 1) trovare l'MCA, 2) posizionare l'archetto e 3) eseguire la manovra di mantenimento del respiro.

Possono essere necessarie modifiche a seconda dei soggetti dello studio. Ad esempio, i soggetti con malattia di Alzheimer possono avere difficoltà a seguire le istruzioni, rendendo necessario l'uso di un capnografo per garantire la conformità con le istruzioni di mantenimento del respiro¹⁵. I ba.......

Materiali

Name	Company	Catalog Number	Comments
Aquasonic	Parker Laboratories, Inc., Fairfield, NJ, USA	01-50	Ultrasound Gel
Doppler Box X	DWL Compumedics Gmbh, Singen, Germany	Model "BoxX"	Transcranial Doppler with 2-MHz monitoring probes
Kimwipes	Kimberly-Clark Professional	34256	Delicate Task Wipers
Transeptic	Parker Laboratories, Inc., Fairfield, NJ, USA	09-25	Cleaning Spray