The authors acknowledge the following funding sources, the Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC), the Dorothy Pitts Research Fund (NG), and the Nicky and Thor Eaton Research Fund. The authors acknowledge Kevin DeSimone, and Aman Goyal and for their knowledge in MRI acquisition and analysis expertise.

1. partecipante e postmortem cervello Set-Up NOTA: Tutte le immagini sono state acquisite utilizzando una T MRI scanner 3 con una bobina testa 32 canali e tutti scansione MRI è stata eseguita a temperatura ambiente, circa 20 ° C. Tutti i partecipanti erano di mano destra e hanno firmato un consenso informato. Ogni partecipante era in buona salute senza storia di disturbi neurologici. Il protocollo sperimentale è stato approvato e segue le linee guida di partecipanti York University umani Review Committee. <ol><li> Chiedi ogni partecipante di compilare e firmare un modulo di consenso del paziente che descrive le linee guida di sicurezza MRI e il protocollo di neuro-imaging. </li><li> Per ogni partecipante, posizionare tappi per le orecchie in ciascun orecchio e garantire la loro testa con pastiglie per ridurre al minimo il movimento della testa. </li><li> Per post mortem di imaging cerebrale, assicurarsi che il cervello è fissato prima di neuroimaging e è contenuto all&#39;interno di un sacchetto o contenitore che si inserisce all&#39;interno della testa-coil MRI. Posizionare il cervello post-mortem in testa-bobina con il suo asse z (superiore a inferior) allineato con il foro dello scanner. Il tronco encefalico (posteriore) deve essere rivolto verso i piedi del letto dello scanner. </li><li> Mettere le mani cuscino vuoto intorno al cervello post mortem per ulteriore supporto. </li></ol> 2. Localizzazione e prescrizione subcortex NOTA: Il talamo è una struttura a doppia lobate situato vicino al centro del cervello situata tra il mesencefalo e la corteccia cerebrale. Situato all&#39;interno del talamo dorsale, LGN umano è una piccola struttura sottocorticale che si estende un massimo di ~ 10 mm. <ol><li> Per registrare un nuovo partecipante, aprire il software di imaging MRI e fare clic sulla scheda del paziente in alto a sinistra. Quindi fare clic su Registrati. </li><li> Compilare le informazioni del paziente appropriato e quindi fare clic sulla scheda esame. </li><li> Per ottenere una scansione localizzatore, fare clic sulla scheda esame Explorer per creare un nuovo protocollo. Osservare la finestra di set-up sullo schermo, fare clic sulla scheda di routine, e inserire i seguenti parametri: acquisizionetempo 28 sec, matrice di acquisizione di 160 × 160, 1 fetta, spessore di 1,6 mm le dimensioni voxel isotropico, FOV = 260 mm, fase FoV = 100%, risoluzione fetta = 69%, di fase e affettare fase parziale di Fourier = 6/8, TR = 3.15 ms, TE = 1.37 msec, Flip Angle = 8 °. </li><li> Sovrapporre la casella di selezione della fetta utilizzata per acquisire le immagini PD sul localizzatore che coprono i nuclei subcorticali all&#39;interno del talamo così come le strutture circostanti (Figura 4). </li></ol> 3. ad alta risoluzione dei parametri strutturali <ol><li> Creare un nuovo protocollo per ottenere scansioni PD ponderata ad alta risoluzione. Nella finestra di set-up sullo schermo, fare clic sulla scheda di routine, e immettere i seguenti parametri nel orientamento coronale: tempo di acquisizione 179 sec, matrice di acquisizione di 512 × 512, 0,3 × 0,3 × 1 mm 3 dimensioni voxel, TR = 3.25 sec , TE = 32 msec, flip angle = 120 °, acquisizione fetta intercalata, FoV leggere = 160 mm, FoV fase = 100%, imaging parallelo (grappa) conun fattore di accelerazione di 2. <ol><li> Utilizzare un Turbo Spin Echo sequenza, con una lunghezza Eco Treno di 5. Il primo eco a 32 msec è l&#39;eco efficace per questa sequenza. Ridurre la larghezza di banda (BW) al minimo possibile, 40 Hz / pixel, per massimizzare il SNR. Per ridurre la durata della scansione, scegliere 18 fette, ogni 1 mm di spessore, con un FOV = 160 mm. Questa lastra fornisce una copertura sufficiente delle regioni subcorticali di interesse. NOTA: Per l&#39;identificazione affidabile di strutture sottocorticali, acquisire 5 piste con i parametri di cui sopra. La durata della scansione totale è soltanto ~ 15 min (Figura 5). Fat-saturazione non è stato impiegato. </li></ol></li><li> In post-mortem di imaging cerebrale, identificazione certa delle strutture sottocorticali può essere osservato in una sola scansione con la durata totale di soli ~ 3 min seguendo lo stesso protocollo di scansione come in 3.1 (Figura 6). </li></ol> Analisi 4. Immagine NOTA: Per analizzare i dati MRI, utilizzare il FMRIB liberamente disponibili diSoftware Library (FSL) pacchetto disponibile per il download all&#39;indirizzo <a href="https://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/">(https://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/).</a> <ol><li> Aprire una finestra di terminale, e convertire i file DICOM prime dallo scanner per ogni volume PD in un formato NIfTI con DICOM al convertitore NIfTI. Un certo numero dei quali sono liberamente disponibili per il download (ad es. <a href="https://www.nitrc.org/projects/mricron">Https://www.nitrc.org/projects/mricron).</a> Nella riga di comando, digitare dcm2nii seguito dalla directory di ogni corsa PD immagine ponderato. </li><li> In una finestra terminale ottenere i parametri della scansione PD originale. Digitare fslinfo nella riga di comando, seguito dalla scansione PD in formato NIfTI. </li><li> Creare un alta risoluzione di immagine vuota volume bersaglio che ha due volte la risoluzione e la metà delle dimensioni voxel dato dai parametri dal fslinfo dalla scansione PD originale. L&#39;ordine di input dei dati per questo comando sono i seguenti: fslcreatehd &lt;xsize&gt; &lt;YSize&gt; &lt;zdimensioni&gt; &lt;tsize&gt; &lt;xvoxsize&gt; &lt;yvoxsize&gt; &lt;zvoxsize&gt; &lt;tr&gt; &lt;xorigin&gt; &lt;yorigin&gt; &lt;zorigin&gt; &lt;tipo di dato&gt; &lt;HeaderName&gt; NOTA: Per esempio, se la scansione PD originale con i seguenti parametri come descritto al punto 3.1 sono raccolti (vale a dire, 512 × 512 a matrice, 18 fetta, 0,3 × 0,3 × 1 mm 3 dimensioni voxel, TR = 3,25 s), digitare il seguente nella finestra di comando: fslcreatehd 1024 1024 36 1 0.15 0.15 3.25 0.5 0 0 0 4 blankhr.nii.gz </li><li> Definire la trasformazione utilizzando una matrice di identità. Digitare in qualsiasi editor di testo un file di testo salvato come &#39;identity.mat&#39; che assomiglia a questo: 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 1 </li><li> Utilizzare il comando flirtare per applicare la trasformazione, si aumenta la frequenza ogni esecuzione ponderata PD originale di raddoppiare la risoluzione totale da una 512 ad una matrice 1024 e dimezzare le dimensioni voxel in ogni dimensione con conseguente risoluzione di 0,15 × 0,15× 0,5 millimetri 3. In una finestra di terminale per ogni volume PD, digitare il comando seguente flirtare cambiando i nomi originali e di uscita per corsa: flirtare -interp sinc -in originalPD.nii.gz -ref blankhr.nii.gz -applyxfm -init identity.mat -out highresPD.nii.gz NOTA: Dove originalPD.nii.gz è il volume della sorgente, blankhr.nii.gz è la risoluzione di uscita desiderata, e highresPD.nii.gz è il nome del volume di uscita. </li><li> Spostare tutte le immagini ad alta risoluzione in una nuova cartella, e creare una rotta in una finestra di terminale. </li><li> Per ogni partecipante, concatenare tutte le immagini PD sovracampionati in un unico file 4D utilizzando fslmerge. In un tipo di finestra di terminale: fslmerge -t concat_highresPD * .nii.gz NOTA: Questo crea un file chiamato 4D concat_highresPD.nii.gz. </li><li> Movimento correggere il file concatenato utilizzando mcflirt 10. Questo strumento consente una registrazione robusta automatizzato per lineare (affine) immagini del cervello inter e intermodali. Seleziona unCorrezione 4 stadi, che utilizza l&#39;interpolazione sinc (internamente) come un ulteriore passaggio di ottimizzazione per una maggiore precisione. In un tipo di finestra di terminale: mcflirt -in concat_highresPD -out mcf_concat_highresPD.nii.gz -stages 4 -plots NOTA: Questo crea un file chiamato 4D mcf_concat_highresPD.nii.gz. </li><li> Infine, creare il 3D significa immagine utilizzando fslmaths. In un tipo di finestra di terminale: fslmaths mcf_concat_highresPD.nii.gz -Tmean mean_highresPD.nii.gz NOTA: Questo crea un file 3D chiamato mean_highresPD.nii.gz che è di alta qualità </li><li> Visualizzare il risultato finale immagine 3D ad alta risoluzione con il comando fslview. Nella directory di cui l&#39;immagine è, digitare quanto segue in una finestra terminale: fslview mean_highresPD.nii.gz &quot;. </li><li> Ispezionare profili di intensità di ROI in questione. Creare un ROI utilizzando fslview (questo può essere una linea verticale tracciata attraverso una regione del LGN per esempio). In fslview caricare l&#39;immagine PD ad alta risoluzione. Fare clic sulla scheda Strumenti,quindi fare clic sulla scheda singola immagine per ingrandire l&#39;immagine per disegnare ROI. Quindi, fare clic sulla scheda File seguita dalla scheda Crea maschera. Tracciare una linea nella ROI di interesse. Salvare il ROI facendo clic su File, quindi Salva con nome. Ripetere le maschere di linea per più aree all&#39;interno del ROI per i confronti di intensità e di altri ROI in questione. </li><li> Utilizzare il comando di 3dmaskdump AFNI analizzare l&#39;intensità dell&#39;immagine risultante. Nella directory di dove le immagini sono, usa il seguente comando in una finestra di terminale per estrarre le intensità di immagine e la posizione (dato come result_mask.txt) della maschera ROI: 3dmaskdump -o result_mask.txt -noijk -xyz -mask ROI_linemask.nii.gz PDaverage_image.nii.gz </li></ol>

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</ol>

The authors have nothing to disclose.

Questo studio descrive un protocollo ottimizzato in acquisizione e tecnica di analisi per ottenere alta risoluzione PD pesate di regioni sottocorticali. Un certo numero di parametri di scansione sono stati testati e modificato con i più significativi relativi alla dimensione della matrice, dimensioni voxel, e larghezza di banda per aumentare il SNR e diminuire il numero di acquisizioni, un passaggio fondamentale poter determinare strutture sottocorticali ad alta risoluzione. In concomitanza con l&#39;individuazione dei...

Lo scopo di questa ricerca era di testare i limiti di risoluzione di MRI strutturale in assenza di rumore fisiologico. Proton densità (PD) immagini pesate sono state acquisite in un cervello post-mortem su una lunga durata (due ~ 24 sessioni hr) per determinare il numero minimo di immagini che dovevano essere registrati e una media di risolvere le strutture sottocorticali. Per confronto, PD immagini pesate sono stati acquisiti negli esseri umani che vivono su un numero di sessioni. In particolare, l&#39;obiettivo è stato quello di verificare se sia possibile in un migliore dei casi per risolvere tutti i sei strati individuali del LGN umana, che sono circa 1 mm di spessore (Figura 1). <img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/53309/53309fig1.jpg" /> Figura 1. strati umano corpo genicolato laterale. Schematica della struttura laminare del LGN. Magnocellulari (M) strati sono costituiti da grandi neuronaledimensione della cella e densità cellulare più piccolo che sono responsabili per la risoluzione linee di movimento e del corso (layer 1-2, raffigurato in grigio scuro). Strati parvocellular (P) sono costituiti da dimensioni più piccole delle cellule neuronali e più grande densità cellulare che sono responsabili per la risoluzione fine-forma e colore (strati 4-6, raffigurato come grigio chiaro). Barra di scala 1 mm. Figura sulla base macchiato LGN umano 12. La risoluzione spaziale di MRI è migliorata quando la dimensione della matrice è aumentata, e quando il campo-visivo (FOV) e spessore fetta sono diminuiti. Tuttavia, maggiore risoluzione diminuisce il rapporto segnale-rumore (SNR), che è proporzionale al volume voxel. SNR è anche proporzionale alla radice quadrata del numero di misurazioni. Negli esseri umani viventi, anche se più immagini possono essere acquisite nel corso di un numero di sessioni di imaging separati, la risoluzione massima è limitata dal rumore fisiologico, come la respirazione, pulsazioni circolatorio e movimento della testa. Alto-Risoluzione (0,35 mm nel piano voxel) PD scansioni ponderati sono stati acquisiti. Scansioni PD migliorare grigio e bianco contrasto nel talamo 1, e producono immagini che minimizzano T 1 e T 2 effetti. La sua immagine dipende dalla densità di protoni in forma di acqua e macromolecole come proteine ​​e grassi nel volume di imaging. L&#39;aumento del numero di protoni in un risultato di tessuto in un segnale luminoso sopra l&#39;immagine a causa della componente superiore longitudinale della magnetizzazione 2. Scansioni PD ponderata sono stati raccolti in quanto forniscono un contrasto più elevato di strutture sottocorticali con il tessuto circostante. Altri contrasti, come T1 e immagini T2 provocano difficoltà nel delineare strutture sottocorticali come il LGN a causa di rapporti più piccoli contrasto-rumore, come determinato ƒ 1,3. Allo stesso modo, studi precedenti hanno trovato che le immagini PD ponderata di formalina fisso cervelli post mortem resulted a differenze di contrasto più elevati tra materia grigia e bianca rispetto al T1 e immagini T2 che avevano simili grigio e bianco intensità dell&#39;immagine materia 3,4. Le determinanti biofisiche sottostanti possono spiegare queste differenze. T1 (longitudinale) e T2 (trasversale) tempi di rilassamento dei protoni di idrogeno dipenderà da come l&#39;acqua si muove all&#39;interno del tessuto. Fissativi come il lavoro formalina da proteine ​​cross-linking. Le differenze tra la mobilità dell&#39;acqua sono ridotti tra i vari tipi di tessuto quando si usano fissativi. Contrasto dei tessuti T1 ridotto è stata osservata dopo la fissazione, mentre le differenze nella densità relativa di protoni all&#39;interno tessuti cerebrali aumentati con la fissazione, fornendo una migliore differenziazione di contrasto 3, 4. Precedenti studi hanno identificato il LGN in scansioni PD ponderato utilizzando un T 5,6,7 1.5, e alle 3 T scanner 8,9. È fondamentale per ottenere queste scansioni per poter delineare esattamente la portataLGN. Per mantenere la piena copertura dei nuclei sottocorticali, 18 fette PD ponderate sono state ottenute nel talamo. Ogni volume è stato ri-campionato a due volte la matrice 1024, (0,15 mm-aereo di dimensioni voxel), concatenati, movimento corretto e una media per produrre una alta risoluzione di immagini 3D delle strutture sottocorticali. Il numero ottimale di immagini PD richiesti per la seguente ricetta fetta era 5, riducendo il tempo di scansione a meno di 15 min in esseri umani viventi. Solo 1 immagine PD è stato richiesto di delimitare chiaramente le regioni subcorticali del cervello post-mortem, riducendo i tempi di scansione a meno di 3 minuti (Figura 2 e 3). Un intero post mortem campione cervello fissati in formalina è stato scansionato da una donna che era morta di arresto cardiopolmonare all&#39;età di 82 anni. Rassegna di documentazione medica ha rivelato che aveva: cronica malattia polmonare ostruttiva, chirurgia angina, triplo bypass 8 anni prima della morte, il cancro uterino trattati con isterectomia7 anni prima della morte, iperlipidemia, glaucoma, e la chirurgia della cataratta. Il campione è stato postmortem cervello immersione fissato in 10% formalina tamponata neutra per almeno 3 settimane a 4 ° C. Il cervello postmortem stato scansionato con lo stesso protocollo di imaging e con altri parametri nel corso di molte ore per il confronto di qualità dell&#39;immagine . Verranno descritti i parametri ottimizzati per il protocollo.

<table><tbody><tr><td>Magnetom Trio 3T&amp;nbsp; MRI</td><td>Siemens (Erlangen, Germany).</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Vacuum cushion hand</td><td>Siemens</td><td>Mat No: 4765454</td><td>Manufactured by: Johannes-Stark-Stk. 8 D-92224 Amberg</td></tr></tbody></table>

high-resolution structural magnetic resonance imaging of the human subcortex in vivo and postmortem

Il focus di questo studio è stato quello di testare i limiti di risoluzione della risonanza magnetica strutturale di un cervello post-mortem rispetto a vivere il cervello umano. La risoluzione della risonanza magnetica strutturale in vivo è in ultima analisi limitato dal rumore fisiologico, tra cui la pulsazione, la respirazione e il movimento della testa. Sebbene hardware di imaging continua a migliorare, è ancora difficile da risolvere strutture sulla scala millimetrica. Ad esempio, il primario visiva vie sensoriali sinapsi al corpo genicolato laterale (LGN), un relè di controllo visivo e nucleo nel talamo che normalmente è organizzato in sei strati monoculare interfogliati. Studi di neuroimaging non sono stati in grado di distinguere in modo affidabile questi strati a causa delle loro piccole dimensioni che sono di spessore inferiore a 1 mm. Il limite di risoluzione di risonanza magnetica strutturale, in un cervello post-mortem è stata testata utilizzando più immagini mediate su una lunga durata (~ 24 ore). Lo scopo era quello di verificare se era possibile risolvere l&#39;individuo layers del LGN in assenza di rumore fisiologico. Una densità protonica (PD) 1 sequenza di impulsi ponderato è stato utilizzato con diversi risoluzione e altri parametri per determinare il numero minimo di immagini necessarie per essere registrati e una media di distinguere in modo affidabile l&#39;LGN e altre regioni sottocorticali. I risultati sono stati confrontati con le immagini acquisite nel vivere cervello umano. In vivo soggetti sono stati sottoposti a scansione per determinare gli effetti aggiuntivi di rumore fisiologica del numero minimo di scansioni PD necessari per differenziare strutture sottocorticali, utili in applicazioni cliniche.

Una volta che il subcortex è prescritto all&#39;interno del talamo, PD immagini pesate sono raccolte all&#39;interno del riquadro di selezione della fetta (Figura 4). Il SNR migliorata aumentando il numero delle medie sia postmortem e scansioni in vivo. Per determinare la qualità dell&#39;immagine, il SNR da diverse medie scansione è stato confrontato dividendo il segnale della regione del cervello medio per la deviazione standard in qualche zona fuori del cervello. Il SNR è stato calcolato...

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High-resolution Structural Magnetic Resonance Imaging of the Human Subcortex In Vivo and Postmortem

Here we present a protocol to determine the minimum number images that needed to be registered and averaged to resolve subcortical structures and test whether the individual layers of the LGN could be resolved in the absence of physiological noise.

Ad alta risoluzione strutturale Risonanza Magnetica del subcortex Umana<I&gt; In Vivo</I&gt; E Postmortem

The focus of this study was to test the resolution limits of structural MRI of a postmortem brain compared to living human brains. The resolution of ...

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Research

JoVE Journal

Neuroscience

High-resolution Structural Magnetic Resonance Imaging of the Human Subcortex In Vivo and Postmortem

15.3K Views.  York University. Here we present a protocol to determine the minimum number images that needed to be registered and averaged to resolve subcortical structures and test whether the individual layers of the LGN could be resolved in the absence of physiological noise. 

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Registered Bioimaging of Nanomaterials for Diagnostic and Therapeutic Monitoring 

Nanomedications can be carried by blood borne monocyte-macrophages into the reticuloendothelial system (RES; spleen, liver, lymph nodes) and to end organs. The latter include the lung, RES, and brain and are operative during human immunodeficiency virus type one (HIV-1) infection. Macrophage entry into tissues is notable in areas of active HIV-1 replication and sites of inflammation. In order to assess the potential of macrophages as nanocarriers, superparamagnetic iron-oxide and/or drug laden particles coated with surfactants were parenterally injected into HIV-1 encephalitic mice. This was done to quantitatively assess particle and drug biodistribution. Magnetic resonance imaging (MRI) test results were validated by histological coregistration and enhanced image processing. End organ disease as typified by altered brain histology were assessed by MRI. The demonstration of robust migration of nanoformulations into areas of focal encephalitis provides '"proof of concept" for the use of advanced bioimaging techniques to monitor macrophage migration. Importantly, histopathological aberrations in brain correlate with bioimaging parameters making the general utility of MRI in studies of cell distribution in disease feasible. We posit that using such methods can provide a real time index of disease burden and therapeutic efficacy with translational potential to humans.

Registered Bioimaging of Nanomaterials for Diagnostic and Therapeutic Monitoring

Bioimaging methods used to assess cell biodistribution of nanoparticles are applicable for therapeutic and diagnostic monitoring of nanoformulated compounds. The methods described herein are sensitive and specific when assessed by histological coregistration. The methodologies provide a translational pathway from rodent to human applications.

Bioimmagini registrato di Nanomateriali per il monitoraggio diagnostico e terapeutico

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In this video and supplemental material, we show a protocol for chronic in vivo imaging of the intact brain using a thinned-skull preparation.

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Functional MRI (fMRI) is a widely used tool for non-invasively measuring correlates of human brain activity. However, its use has mostly been focused upon measuring activity on the surface of cerebral cortex rather than in subcortical regions such as midbrain and brainstem. Subcortical fMRI must overcome two challenges: spatial resolution and physiological noise. Here we describe an optimized set of techniques developed to perform high-resolution fMRI in human SC, a structure on the dorsal surface of the midbrain; the methods can also be used to image other brainstem and subcortical structures.
High-resolution (1.2 mm voxels) fMRI of the SC requires a non-conventional approach. The desired spatial sampling is obtained using a multi-shot (interleaved) spiral acquisition1. Since, T2* of SC tissue is longer than in cortex, a correspondingly longer echo time (TE ~ 40 msec) is used to maximize functional contrast. To cover the full extent of the SC, 8-10 slices are obtained. For each session a structural anatomy with the same slice prescription as the fMRI is also obtained, which is used to align the functional data to a high-resolution reference volume.
In a separate session, for each subject, we create a high-resolution (0.7 mm sampling) reference volume using a T1-weighted sequence that gives good tissue contrast. In the reference volume, the midbrain region is segmented using the ITK-SNAP software application2. This segmentation is used to create a 3D surface representation of the midbrain that is both smooth and accurate3. The surface vertices and normals are used to create a map of depth from the midbrain surface within the tissue4.
Functional data is transformed into the coordinate system of the segmented reference volume. Depth associations of the voxels enable the averaging of fMRI time series data within specified depth ranges to improve signal quality. Data is rendered on the 3D surface for visualization.
In our lab we use this technique for measuring topographic maps of visual stimulation and covert and overt visual attention within the SC1. As an example, we demonstrate the topographic representation of polar angle to visual stimulation in SC.

This article describes techniques to perform high-resolution functional magnetic resonance imaging with 1.2 mm sampling in human midbrain and subcortical structures using a 3T scanner. Use of these techniques to resolve topographic maps of visual stimulation in the human superior colliculus (SC) is given as an example.

Ad alta risoluzione magnetica funzionale per immagini Metodi risonanza per mesencefalo umano

Functional MRI (fMRI) is a widely used tool for non-invasively measuring correlates of human brain activity. However, its use has mostly been focused upon ...

In vivo Imaging of Deep Cortical Layers using a Microprism

We present a protocol for in vivo imaging of cortical tissue using a deep-brain imaging probe in the shape of a microprism.  Microprisms are 1-mm in size and have a reflective coating on the hypotenuse to allow internal reflection of excitation and emission light.  The microprism probe simultaneously images multiple cortical layers with a perspective typically seen only in slice preparations.  Images are collected with a large field-of-view (~900 &mu;m).  In addition, we provide details on the non-survival surgical procedure and microscope setup.  Representative results include images of layer V pyramidal neurons from Thy-1 YFP-H mice showing their apical dendrites extending through the superficial cortical layer and extending into tufts.  Resolution was sufficient to image dendritic spines near the soma of layer V neurons.  A tail-vein injection of fluorescent dye reveals the intricate network of blood vessels in the cortex.  Line-scanning of red blood cells (RBCs) flowing through the capillaries reveals RBC velocity and flux rates can be obtained. This novel microprism probe is an elegant, yet powerful new method of visualizing deep cellular structures and cortical function in vivo.

In vivo Imaging of Deep Cortical Layers using a Microprism

Right-angle microprisms inserted into the mouse neocortex allows for deep imaging of multiple cortical layers with a viewpoint typically found in slice. One-millimeter microprisms offer a wide field-of-view (~900 &mu;m) and spatial resolutions sufficient to resolve dendritic spines. We demonstrate layer V neuronal imaging and neocortical vascular imaging using microprisms.

Imaging in vivo di Deep strati corticali usando un microprismi

We present a protocol for in vivo imaging of cortical tissue using a deep-brain imaging probe in the shape of a microprism.  Microprisms are 1-mm in size ...

Biologia

High-resolution In Vivo Manual Segmentation Protocol for Human Hippocampal Subfields Using 3T Magnetic Resonance Imaging

The human hippocampus has been broadly studied in the context of memory and normal brain function and its role in different neuropsychiatric disorders has been heavily studied. While many imaging studies treat the hippocampus as a single unitary neuroanatomical structure, it is, in fact, composed of several subfields that have a complex three-dimensional geometry. As such, it is known that these subfields perform specialized functions and are differentially affected through the course of different disease states. Magnetic resonance (MR) imaging can be used as a powerful tool to interrogate the morphology of the hippocampus and its subfields. Many groups use advanced imaging software and hardware (&#62;3T) to image the subfields; however this type of technology may not be readily available in most research and clinical imaging centers. To address this need, this manuscript provides a detailed step-by-step protocol for segmenting the full anterior-posterior length of the hippocampus and its subfields: cornu ammonis (CA) 1, CA2/CA3, CA4/dentate gyrus (DG), strata radiatum/lacunosum/moleculare (SR/SL/SM), and subiculum. This protocol has been applied to five subjects (3F, 2M; age 29-57, avg. 37). Protocol reliability is assessed by resegmenting either the right or left hippocampus of each subject and computing the overlap using the Dice&#39;s kappa metric. Mean Dice&#39;s kappa (range) across the five subjects are: whole hippocampus, 0.91 (0.90-0.92); CA1, 0.78 (0.77-0.79); CA2/CA3, 0.64 (0.56-0.73); CA4/dentate gyrus, 0.83 (0.81-0.85); strata radiatum/lacunosum/moleculare, 0.71 (0.68-0.73); and subiculum 0.75 (0.72-0.78). The segmentation protocol presented here provides other laboratories with a reliable method to study the hippocampus and hippocampal subfields in vivo using commonly available MR tools.

High-resolution In Vivo Manual Segmentation Protocol for Human Hippocampal Subfields Using 3T Magnetic Resonance Imaging

The goal of this manuscript is to study the hippocampus and hippocampal subfields using MRI. The manuscript describes a protocol for segmenting the hippocampus and five hippocampal substructures: cornu ammonis (CA) 1, CA2/CA3, CA4/dentate gyrus, strata radiatum/lacunosum/moleculare, and subiculum.

Alta risoluzione<em&gt; In Vivo</em&gt; Manuale Protocollo Segmentazione for Human ippocampale Sottocampi Utilizzando 3T Risonanza Magnetica

The human hippocampus has been broadly studied in the context of memory and normal brain function and its role in different neuropsychiatric disorders has ...

3D Modeling of the Lateral Ventricles and Histological Characterization of Periventricular Tissue in Humans and Mouse

The ventricular system carries and circulates cerebral spinal fluid (CSF) and facilitates clearance of solutes and toxins from the brain. The functional units of the ventricles are ciliated epithelial cells termed ependymal cells, which line the ventricles and through ciliary action are capable of generating laminar flow of CSF at the ventricle surface. This monolayer of ependymal cells also provides barrier and filtration functions that promote exchange between brain interstitial fluids (ISF) and circulating CSF. Biochemical changes in the brain are thereby reflected in the composition of the CSF and destruction of the ependyma can disrupt the delicate balance of CSF and ISF exchange. In humans there is a strong correlation between lateral ventricle expansion and aging. Age-associated ventriculomegaly can occur even in the absence of dementia or obstruction of CSF flow. The exact cause and progression of ventriculomegaly is often unknown; however, enlarged ventricles can show regional and, often, extensive loss of ependymal cell coverage with ventricle surface astrogliosis and associated periventricular edema replacing the functional ependymal cell monolayer. Using MRI scans together with postmortem human brain tissue, we describe how to prepare, image and compile 3D renderings of lateral ventricle volumes, calculate lateral ventricle volumes, and characterize periventricular tissue through immunohistochemical analysis of en face lateral ventricle wall tissue preparations. Corresponding analyses of mouse brain tissue are also presented supporting the use of mouse models as a means to evaluate changes to the lateral ventricles and periventricular tissue found in human aging and disease. Together, these protocols allow investigations into the cause and effect of ventriculomegaly and highlight techniques to study ventricular system health and its important barrier and filtration functions within the brain.

Using MRI scans (human), 3D imaging software, and immunohistological analysis, we document changes to the brain&#8217;s lateral ventricles. Longitudinal 3D mapping of lateral ventricle volume changes and characterization of periventricular cellular changes that occur in the human brain due to aging or disease are then modeled in mice.

Modellazione 3D del laterale ventricoli e istologica Caratterizzazione del Tissue periventricolare di esseri umani e il mouse

The ventricular system carries and circulates cerebral spinal fluid (CSF) and facilitates clearance of solutes and toxins from the brain. The functional ...

Assessing Cortical Cerebral Microinfarcts on High Resolution MR Images

Cerebral microinfarcts are frequent findings in the post-mortem human brain, and are related to cognitive decline and dementia. Due to their small sizes it is challenging to study them on clinical MRI scans. It was recently demonstrated that cortical microinfarcts can be depicted with MRI scanners using high magnetic field strengths (7T). Based on this experience, a proportion of these lesions is also visible on lower resolution 3T MRI. These findings were corroborated with ex vivo imaging of post-mortem human brain tissue, accompanied by histopathological verification of possible cortical microinfarcts.
Here an ex vivo imaging protocol is presented, for the purpose of validating MR observed cerebral microvascular pathology with histological evaluation. Furthermore, guidelines are provided for the assessment of cortical microinfarcts on both in vivo 7T and 3T MR images. These guidelines provide researchers with a tool to rate cortical microinfarcts on in vivo images of larger patient samples, to further unravel their clinical relevance in cognitive decline and dementia, and establish these lesions as a novel biomarker of cerebral small vessel disease.

A high resolution ex vivo 7T MR imaging protocol is presented, to perform MR-guided histopathological validation of microvascular pathology in post-mortem human brain tissue. Furthermore, guidelines are provided for the assessment of cortical microinfarcts on in vivo 7T as well as 3T MR images.

Valutare corticali cerebrali microinfarti in alta risoluzione MR Immagini

Cerebral microinfarcts are frequent findings in the post-mortem human brain, and are related to cognitive decline and dementia. Due to their small sizes ...

Medicina

Large-scale Three-dimensional Imaging of Cellular Organization in the Mouse Neocortex

The mammalian neocortex is composed of many types of excitatory and inhibitory neurons, each with specific electrophysiological and biochemical properties, synaptic connections, and in vivo functions, but their basic functional and anatomical organization from cellular to network scale is poorly understood. Here we describe a method for the three-dimensional imaging of fluorescently-labeled neurons across large areas of the brain for the investigation of the cortical cellular organization. Specific types of neurons are labeled by the injection of fluorescent retrograde neuronal tracers or expression of fluorescent proteins in transgenic mice. Block brain samples, e.g., a hemisphere, are prepared after fixation, made transparent with tissue clearing methods, and subjected to fluorescent immunolabeling of the specific cell types. Large areas are scanned using confocal or two-photon microscopes equipped with large working distance objectives and motorized stages. This method can resolve the periodic organization of the cell type-specific microcolumn functional modules in the mouse neocortex. The procedure can be useful for the study of three-dimensional cellular architecture in the diverse brain areas and other complex tissues.

Here we describe a procedure for tissue clearing, fluorescent labeling, and large-scale imaging of mouse brain tissue which, thereby, enables visualization of the three-dimensional organization of cell types in the neocortex.

Formazione immagine tridimensionale su larga scala di organizzazione cellulare nella neocorteccia Mouse

The mammalian neocortex is composed of many types of excitatory and inhibitory neurons, each with specific electrophysiological and biochemical ...

A Micro-CT-based Method for Characterizing Lesions and Locating Electrodes in Small Animal Brains

Lesion and electrode location verification are traditionally done via histological examination of stained brain slices, a time-consuming procedure that requires manual estimation. Here, we describe a simple, straightforward method for quantifying lesions and locating electrodes in the brain that is less laborious and yields more detailed results. Whole brains are stained with osmium tetroxide, embedded in resin, and imaged with a micro-CT scanner. The scans result in 3D digital volumes of the brains with resolutions and virtual section thicknesses dependent on the sample size (12&#8211;15 and 5&#8211;6 &#181;m&#160;per voxel for rat and zebra finch brains, respectively). Surface and deep lesions can be characterized, and single tetrodes, tetrode arrays, electrolytic lesions, and silicon probes can also be localized. Free and proprietary software allows experimenters to examine the sample volume from any plane and segment the volume manually or automatically. Because this method generates whole brain volume, lesions and electrodes can be quantified to a much higher degree than in current methods, which will help standardize comparisons within and across studies.

This article describes a straightforward method to prepare small animal brains for micro-CT imaging, in which lesions can be quantified and electrodes located with high precision in the context of the whole brain.

Un metodo basati su Micro-CT per la caratterizzazione di lesioni e posizionamento elettrodi nel cervello degli animali piccoli

Lesion and electrode location verification are traditionally done via histological examination of stained brain slices, a time-consuming procedure that ...

Comprehensive Autopsy Program for Individuals with Multiple Sclerosis

We describe a rapid tissue donation program for individuals with multiple sclerosis (MS) that requires scientists and technicians to be on-call 24/7, 365 days a year. Participants consent to donate their brain and spinal cord. Most patients were followed by neurologists at the Cleveland Clinic Mellen Center for MS Treatment and Research. Their clinical courses and neurological disabilities are well-characterized. Soon after death, the body is transported to the MS Imaging Center, where the brain is scanned in situ by 3 T magnetic resonance imaging (MRI). The body is then transferred to the autopsy room, where the brain and spinal cord are removed. The brain is divided into two hemispheres. One hemisphere is immediately placed in a slicing box and alternate 1 cm-thick slices are either fixed in 4% paraformaldehyde for two days or rapidly frozen in dry ice and 2-methylbutane. The short-fixed brain slices are stored in a cryopreservation solution and used for histological analyses and immunocytochemical detection of sensitive antigens. Frozen slices are stored at -80 &#176;C and used for molecular, immunocytochemical, and in situ hybridization/RNA scope studies. The other hemisphere is placed in 4% paraformaldehyde for several months, placed in the slicing box, re-scanned in the 3 T magnetic resonance (MR) scanner and sliced into centimeter-thick slices. Postmortem in situ MR images (MRIs) are co-registered with 1 cm-thick brain slices to facilitate MRI-pathology correlations. All brain slices are photographed and brain white-matter lesions are identified. The spinal cord is cut into 2 cm segments. Alternate segments are fixed in 4% paraformaldehyde or rapidly frozen. The rapid procurement of postmortem MS tissues allows pathological and molecular analyses of MS brains and spinal cords and pathological correlations of brain MRI abnormalities. The quality of these rapidly-processed postmortem tissues (usually within 6 h of death) is of great value to MS research and has resulted in many high-impact discoveries.

Multiple sclerosis is an inflammatory demyelinating disease with no cure. Analysis of brain tissue provides important clues to understanding the pathogenesis of the disease. Here we discuss the methodology and downstream analysis of MS brain tissue collected through a unique rapid autopsy program in operation at the Cleveland Clinic.

Programma completo di autopsia per persone con sclerosi multipla

We describe a rapid tissue donation program for individuals with multiple sclerosis (MS) that requires scientists and technicians to be on-call 24/7, 365 ...

Ad alta risoluzione strutturale Risonanza Magnetica del subcortex Umana

Riepilogo

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