著者らは、MRI互換のそりを設計されたカスタムRFコイルを設計したカイル·ギルバート、そしてケビン·バーカーの貢献を感謝したい。この作品は、健康の研究（CIHR）、カナダ自然科学工学研究評議会（NSERC）、およびイノベーションのためのカナダの財団（CFI）のカナダの協会によってサポートされていました。

次の手順では、ネコが使用される麻酔した任意のイメージング実験に適用することができる。特に聴覚実験（1.1から1.7、2.8、4.1ステップ）に必要な手順は他の感覚刺激プロトコルに対応するように変更することができます。 すべての実験手順はウェスタンオンタリオ大学の動物管理上の大学審議会の動物への使用小委員会からの承認を受け、動物管理カナダ評議会（CCAC）44で指定されたガイドラインに従った。概説された実験は、回復への動物の準備から約150分を必要とします。実験の時間経過を図1に示されている。 1。刺激機器の準備 図2は、MRIスキャナ内の聴覚刺激を発生させるために必要な電子部品とそれに対応する接続を示しています。要件は、Fのとおりです。ollows：コンピュータ、外付けのサウンドカード、ステレオパワーアンプやfMRIの互換イヤホンシステム。 <ol><li>ユニバーサルシリアルバス（USB）ケーブルを介して外部のサウンドカードに聴覚刺激を提示するために使用されるコンピュータを接続します。 </li><li>ステレオ·パワーアンプの入力ポートに外部サウンドカードの出力ポートとを接続するケーブルを接続します。 </li><li> fMRIの互換イヤホンシステムのトランスボックスの入力ポートにステレオパワーアンプの出力ポートとを接続するケーブルを接続します。 </li><li>変圧器ボックスの出力ポートにバイノーラルイヤホンを接続してください。 </li><li>スキャナ室の外の侵入パネルにトランスボックスを接続するには、BNC接続でシールド同軸ケーブルを使用してください。 </li><li>スキャナ室の内部浸透パネル上の対応するBNCポートにイヤホンケーブルアセンブリを接続します。 </li><li>フォームイヤーチップはその後イヤホントンを接続イヤホンに接続するケーブルアセンブリO。その音はイヤホンにコンピュータから送信されているかどうかを確認するテストの聴覚刺激を実行します。イヤホンを外し、動物の準備段階（ステップ2.7）の間に猫の耳にしっかりとフォームイヤーチップを挿入します。 </li></ol> 2。動物の準備<ol><li>猫をpremedicateするには、皮下（SC）注射により鎮静硫酸アトロピンの混合物（0.02 mg / kg）を、およびアセプロマジン（0.02 mg / kgの）を管理。 </li><li> 20分後、麻酔を誘導するために筋肉内（IM）注射を介してケタミン（4 mg / kg）をし、デクスメデトミジン塩酸塩（0.02〜0.03 mg / kgの）を管理。ケタミンは、通常、ケタミンを単独で用いた場合に45一般的に観察さ振戦および筋肉の硬直を減少させるために、この場合、デクスメデトミジン塩酸塩、鎮静及び筋弛緩剤と組み合わされる。この麻酔薬の組み合わせは、一般的に鎮静の約150分を誘導し、頻繁に誘導するために獣医学的に使用されている小動物における麻酔。 </li><li>猫はその立ち直り反射を失った後は、手術中の乾燥を防ぐために、目に眼軟膏を適用します。ケタミンの静脈内送達のための内側伏在静脈に留置カテーテルを配置します。 </li><li>猫が足を撤回するかどうかを観察し、前足につま先をつまんで成功した麻酔導入のためのテスト。ペダル反射が消えたら、4.0〜4.5気管内チューブを挿管し、猫を咽頭壁にリドカイン噴霧することにより、咽頭反射を抑制する。 </li><li>ケタミンの定速注入（0.6から0.75 mg / kgの/時）および1〜1.5リットル/分で100％酸素で配信吸入イソフルラン（0.4から0.5パーセント）と撮像セッションを通して麻酔を維持。シリンジポンプにシリンジを配置し、60ミリリットルの注射器に生理食塩水を60ミリリットルとケタミンの0.07ミリリットルを兼ね備えています。このステップは、猫premedicating前に行うことができる。 </li><li> MRI適合Sの床に温かいワックスで満たされた加熱パッドを配置主導（ 図3aおよび図3c）はそりの内壁の周りに絶縁性のプラスチックプチプチを重ね。 </li><li> MRI互換のそり（ 図3c）における絶縁プチ ​​プチ内胸骨の位置に猫を配置します。 </li><li>猫が配置されると、耳へのアクセスを得るために、ヘッドを調整する。深い外耳道にそれぞれの耳の先端を挿入し、可能な限り最小の直径にフォームイヤチップをロールバックします。挿入されると、フォームイヤーチップは、外耳道の中にスペースを埋めるために展開する必要があります。 </li><li>そのヘッドが適切に3チャンネルの無線周波数（RF）コイル（ 図3b）内に配置されるまで、猫を調整します。音響減衰低反発（ 図3d）で頭を安定させる。スキャナノイズの追加の減衰を提供するために、耳の周りに泡を配置します。 </li><li>スキャナベッドにそりを確保し、輸送し、プラスチック製のプチプチの絶縁毛布に猫をラップします。 </li><li>猫への輸液ライン、麻酔デリバリーチューブや監視装置を接続します。浸透パネルに取り付けイヤホンケーブルアセンブリにイヤホンを接続してください。 </li><li>麻酔の深さに基づいて、必要に応じて、0.6 mg / kgの/時間ベースの流速でケタミン注入を開始し、次に、流量を増加させる。解剖学的スキャンが収集された後、最初のイソフルラン投与量を0.5％に設定し、その後0.4％に減少する。 </li><li>監視およびスキャナボアから適切な距離に配置MRI適合性監視装置を用いた実験を通してネコの血中酸素飽和度、呼吸終期CO 2レベル、心拍数、呼吸数および直腸温度を（可能な場合）を記録する。 表1この手順の実行が成功するための生理学的測定の値と範囲を意味する。心拍数や呼吸数の着実な増加は通常、麻酔からの差し迫った回復に関連している。 </li><li>秒後にessionが完了し、そりから猫を取り除く。動物が完全に回復するまで加熱パッド、タオルで補助加熱を提供し続ける。咽頭反射が戻ると、気管内チューブを取り外します。正向反射が施設に動物を戻し、その後回復するまで猫を監視します。実験からの悪影響のないことを確認するための手順の翌日動物を評価する。 </li></ol> 3。脳撮像<ol><li>アキシャルスライス向きで猫の脳の解剖学的スキャンを収集します。 TR = 750ミリ秒、TE = 8ミリ秒= 256×256マトリクス、X 1.0ミリメートル取得ボクセルサイズ= 281ミクロンX 281程度でフラッシュ撮影シーケンス：解剖学的基準ボリュームに対して次の撮像パラメータを使用してください。解剖学的スキャンの持続時間は約6分、図4（左パネル）指定されたパラメータを用いて得られたサンプルの解剖学的画像スライスを提供している。 </li><li>のfunctioのため、次の撮影パラメータを使用して、NALボリューム：TR = 1,000ミリ秒、TE = 15ミリ秒、3セグメント/プレーン、21×1ミリメートルのスライスにセグメント化されたインターリーブされたエコープラナー買収（EPI）、マトリックス= 96×96;視野= 72ミリメートル×72 MM、取得ボクセルサイズ=×0.75ミリメートル×1.0ミリメートル0.75ミリメートル;取得時間= 3秒/ボリューム4（右パネル） の図は、指定されたパラメータを使用して得られた試料機能画像スライスを提供します。 </li></ol> 4。刺激提示<ol><li>聴覚刺激が30秒間再生されたブロックの設計に広帯域白色雑音刺激（0-25 kHzの、5ミリ秒の立ち上がり/立ち下がり時間、1プレゼンテーションと100ミリ秒のバースト毎に200ミリ秒、90〜100デシベルSPL）を提示し、 30秒のベースライン（無刺激）状態（ 図5）と交互に。音響的に誘発BOLD活性聴覚皮質で観察されるまで、この手順を繰り返します。ブロックデザインを用いて、各機能の実行の持続時間は90ボリュームに対して約4.5分である。 </li><li> APに刺激を提示機能実行の希望数のpropriateブロック設計構成。 </li></ol> 5。データ解析<ol><li>獲得した機能的なボリュームを処理するために、適切なfMRIの解析ソフトウェア（ 例えば 、SPM、FSL）を選択します。 </li><li>参照解剖学的スキャンに時間的に近い取得したボリュームに、各機能のボリュームを再調整。ステップ5.6で使用するための結果の動き補正値を保存します。回転ヘッドの動きが1°または翻訳頭の動きが1ミリメートルを超えを超えている任意の機能の実行を除外します。 </li><li>参照解剖学的スキャンとCoregister各ボリューム。 </li><li> 2ミリメートル半値全幅（FWHM）のガウスフィルタで各ボリュームを滑らかに。 </li><li>一般線形モデル（GLM）への回帰として、ON-OFFの刺激ブロックの設計に対応している方形波（ボックスカー）機能が組み込まれています。 </li><li>運動関連の成果物を考慮して興味のない説明変数として動き補正値を組み込む。 Uを適用BOLD活性化のクラスタを表示するには、GLMの結果にP = 0.001の統計的しきい値をncorrected。クラスタレベルでP &lt;0.05のしきい値：訂正さ（FWE家族単位の誤差）を満たす最小のクラスタのサイズを決定します。関心領域の統計学的に有意なクラスターを表示するには、この値にクラスタのエクステントのしきい値を設定します。 </li><li>ベースラインのブロックの間に刺激をブロックし、平均BOLD信号中の平均BOLD信号との差として、各ボクセルでBOLD％の信号変化（PSC）を定義します。 </li></ol>

著者は、財務またはその他の利害の対立を、宣言していません。

（I）皮質反応に対する麻酔の影響は、バックグラウンドのスキャナノイズ（II）の影響、及び（iii）の最適化：聴覚機能の麻酔をかけた動物モデルのためのfMRI実験を設計する際には、以下の問題が慎重に検討を与えられるべきである実験手順のデータ収集段階である。 麻酔された調製物は、鎮静作用の持続期間を生成し、機能イメージングセッション中に潜在的な頭部...

哺乳類における聴覚処理の現在の理解は主にサル1-5、フェレット6月10日、11月14日コウモリ、げっ歯類15〜19、および20〜24猫に侵襲的な電気生理学的研究から派生しています。電気生理学的技術は、一般に、電極先端の周囲の神経組織の小領域内の単一および複数のニューロンの活動を記録するために、細胞外微小電極を利用する。このような光イメージングや機能的磁気共鳴画像法（fMRI）などの機能的画像検査法を確立し、脳の複数の空間的に別個の領域を越え、同時主導型取引の巨視的な視点を提供することにより、細胞外記録するための有用な補完を提供しています。内因性シグナル光学イメージングは​​fMRIのは、血液酸素レベル依存（BOLD）を利用しながら、表面組織の反射特性の活動に関連した変化を測定することにより、脳内の誘発活動の可視化を容易に特定のタスクの実行中にアクティブになっている脳領域における刺激誘発血行動態の変化を測定するとは対照的。光学イメージングは、刺激誘発作用25に関連している表面組織の反射率の変化を測定するに皮質表面の直接の露出を必要とします。比較では、fMRIのは、非侵襲的であり、完全な頭蓋骨内皮質表面26〜28と溝ベース27,29誘発活性の両方を測定するために、脱酸素化血液の常磁性特性を利用している。ヒト以外の霊長類の視覚野30において、人間の聴覚皮質31の太字の信号と神経活動の間に強い相関が感覚機能を研究するための有用なツールとしてのfMRIを検証します。 fMRIのは、そのようなtonotopic組織32〜36、聴覚機能37の定位、皮質活性化のパターンは、皮質領域38の識別、音の効果のような聴覚路の機能を研究するために広く使用されているので聴覚応答特性39,40、およびヒト、サルおよびラットモデルにおけるBOLD応答時間コース29,41の特性上の強度、ネコにおける聴覚機能を研究するための適切な官能撮影プロトコルの開発に有用であるが、補体を提供する機能イメージング文学。 fMRIのも、麻酔ネコ26-28,42における視覚皮質の様々な機能的側面 ​​を探求するために使用されてきたが、いくつかの研究では、猫の聴覚皮質に感覚処理を調べるためにこのテクニックを使用している。本プロトコルの目的は、麻酔したネコの聴覚皮質における機能を定量化するためのfMRIを用いた効果的な方法を確立することである。本稿で概説した実験手順は正常成体ネコ聴覚野43にBOLD応答の時間経過の特徴を記述するために使用されてきた。

<table border="1">
 <tbody>
 <tr>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>Material</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Atropine sulphate injection 0.5 mg/mL</td>
 <td>Rafter 8 Products</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Acepromazine 5 mg/mL</td>
 <td>Vetoquinol Inc.</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Ketamine hydrochloride 100 mg/mL</td>
 <td>Bimeda-MTC</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Dexmedetomidine hydrochloride (Dexdomitor 0.5 mg/mL)</td>
 <td>Orion Pharma</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Isoflurane 99.9%</td>
 <td>Abbott Laboratories</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Lidocaine (Xylocaine endotracheal 10 mg/metered dose)</td>
 <td>Astra Zeneca</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Lubricating opthalmic ointment (Refresh Lacri Lube)</td>
 <td>Allergan Inc.</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Saline 0.95%</td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>IV Catheter 22g (wings)</td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>IV Extension Set</td>
 <td>Codan US Corp.</td>
 <td>BC 269</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>IV Administration Set 10 drips/mL</td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Endotracheal tube 4.0</td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Heating pads (Snuggle Safe)</td>
 <td>Lenric C21 Ltd.</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Syringe 60 mL</td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>Equipment</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>External sound card</td>
 <td>Roland Corporation</td>
 <td>Cakewalk UA-25EX</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Stereo power amplifier</td>
 <td>Pyle Audio Inc.</td>
 <td>Pyle Pro PCAU11</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>MRI-compatible insert earphone system</td>
 <td>Sensimetric Corporation</td>
 <td>Model S14</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Foam ear tips for insert earphones</td>
 <td>E-A-R Auditory Systems</td>
 <td>Earlink 3B</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>End-tidal CO2 monitor</td>
 <td>Nellcor&nbsp;</td>
 <td>N-85</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>MRI-compatible pulse oximeter</td>
 <td>Nonin Medical Inc.</td>
 <td>Model 7500</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Syringe pump</td>
 <td>Harvard Apparatus</td>
 <td>70-2208</td>
 <td></td>
 </tr>
 </tbody>
 </table>

functional imaging of auditory cortex in adult cats using high-field fmri

哺乳類の聴覚系における感覚処理の現在の知識は主にサル、フェレット、コウモリ、げっ歯類、およびネコを含む種々の動物モデルでの電気生理学的研究から派生しています。聴覚機能のヒトおよび動物モデルの間の適切な類似点を描画するためには、人間の機能イメージング研究および動物電気生理学的研究の間のブリッジを確立することが重要である。機能的磁気共鳴画像法（fMRI）は、大脳皮質の異なる領域にわたって血行力学活性の広いパターンを測定する確立された、低侵襲的方法である。この技術は、広く、人間の脳における感覚機能をプローブするために使用され、ヒトおよび動物の両方における聴覚処理の研究を連結するのに有用なツールであり、正常サルおよびげっ歯類における聴覚機能を調査するために使用されている。次のプロトコルは、麻酔、成人で聴覚機能を調査するための実験手順について説明しますfMRIのを使って聴覚野の刺激誘発血行動態の変化を測定することにより、猫。この方法は、このように、哺乳類の聴覚皮質の種に依存しない機能のより良い理解につながる聴覚機能の異なるモデル間で血行動態の応答の比較を容易にします。

代表的な機能のデータは、7T水平ボアスキャナで取得し、MATLABでの統計的パラメトリックマッピングツールボックスを用いて分析した。聴覚刺激に対してロバスト皮質血行動態応答が一貫して記述実験プロトコル43を使用して、猫に観察されている。 図6は、ブロックの設計で提示30秒の広帯域ノイズ刺激に応答した2匹の動物に太字の活性化を示している。ベースラインに...

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Functional Imaging of Auditory Cortex in Adult Cats using High-field fMRI

哺乳動物における聴覚系の機能的研究は、伝統的に、このような電気生理学的記録のような空間的に焦点を当てた技術を用いて行われている。以下のプロトコルは、機能的磁気共鳴画像法を用いてネコ聴覚皮質における誘発血行力​​学的活性の大規模パターンを可視化する方法が記載されている。

ハイフィールドのfMRIを使って大人の猫における聴覚皮質の機能イメージング

Current knowledge of sensory processing in the mammalian auditory system is mainly derived from electrophysiological studies in a variety of animal ...

functional-imaging-auditory-cortex-adult-cats-using-high-field

Research

JoVE Journal

Neuroscience

11.4K ビュー.  University of Western Ontario. 哺乳動物における聴覚系の機能的研究は、伝統的に、このような電気生理学的記録のような空間的に焦点を当てた技術を用いて行われている。以下のプロトコルは、機能的磁気共鳴画像法を用いてネコ聴覚皮質における誘発血行力​​学的活性の大規模パターンを可視化する方法が記載されている。 

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Chronic Imaging of Mouse Visual Cortex Using a Thinned-skull Preparation

In vivo imaging using two-photon laser scanning microscopy (2PLSM) allows the study of living cells and neuronal processes in the intact brain. The technique presented here allows the imaging of the same area of the brain at several time points (chronic imaging) with microscopic resolution allowing the tracking of dendritic spines which are the small structures that represent the majority of postsynaptic excitatory sites in the CNS. The ability to clearly resolve fine cortical structures over several time points has many advantages, specifically in the study of brain plasticity in which morphological changes at synapses and circuit remodeling may help explain underlying mechanisms. In this video and supplementary material, we show a protocol for chronic in vivo imaging of the intact brain using a thinned-skull preparation. The thinned-skull preparation is a minimally invasive approach, which avoids potential damage to the dura and/or cortex, thus reducing the onset of an inflammatory response. When this protocol is performed correctly, it is possible to clearly monitor changes in dendritic spine characteristics in the intact brain over a prolonged period of time.

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

間伐-頭蓋骨の準備を使用してマウス視覚野の慢性的イメージング

In vivo imaging using two-photon laser scanning microscopy (2PLSM) allows the study of living cells and neuronal processes in the intact brain. The ...

神経科学

Correlating Behavioral Responses to fMRI Signals from Human Prefrontal Cortex: Examining Cognitive Processes Using Task Analysis

The aim of this methods paper is to describe how to implement a neuroimaging technique to examine complementary brain processes engaged by two similar tasks. Participants' behavior during task performance in an fMRI scanner can then be correlated to the brain activity using the blood-oxygen-level-dependent signal. We measure behavior to be able to sort correct trials, where the subject performed the task correctly and then be able to examine the brain signals related to correct performance. Conversely, if subjects do not perform the task correctly, and these trials are included in the same analysis with the correct trials we would introduce trials that were not only for correct performance. Thus, in many cases these errors can be used themselves to then correlate brain activity to them. We describe two complementary tasks that are used in our lab to examine the brain during suppression of an automatic responses: the stroop1 and anti-saccade tasks. The emotional stroop paradigm instructs participants to either report the superimposed emotional 'word' across the affective faces or the facial 'expressions' of the face stimuli1,2. When the word and the facial expression refer to different emotions, a conflict between what must be said and what is automatically read occurs. The participant has to resolve the conflict between two simultaneously competing processes of word reading and facial expression. Our urge to read out a word leads to strong 'stimulus-response (SR)' associations; hence inhibiting these strong SR's is difficult and participants are prone to making errors. Overcoming this conflict and directing attention away from the face or the word requires the subject to inhibit bottom up processes which typically directs attention to the more salient stimulus. Similarly, in the anti-saccade task3,4,5,6, where an instruction cue is used to direct only attention to a peripheral stimulus location but then the eye movement is made to the mirror opposite position. Yet again we measure behavior by recording the eye movements of participants which allows for the sorting of the behavioral responses into correct and error trials7 which then can be correlated to brain activity. Neuroimaging now allows researchers to measure different behaviors of correct and error trials that are indicative of different cognitive processes and pinpoint the different neural networks involved.

The goal of our research is to correlate behavior to brain activity. Accurate behavioral measures and imaging techniques allow us to elucidate brain-behavior relationships.

人間の前頭前野皮質からfMRI信号への行動応答の相関：タスク分析を用いた認知プロセスを調べる

The aim of this methods paper is to describe how to implement a neuroimaging technique to examine complementary brain processes engaged by two similar ...

Co-analysis of Brain Structure and Function using fMRI and Diffusion-weighted Imaging

The study of complex computational systems is facilitated by network maps, such as circuit diagrams. Such mapping is particularly informative when studying the brain, as the functional role that a brain area fulfills may be largely defined by its connections to other brain areas. In this report, we describe a novel, non-invasive approach for relating brain structure and function using magnetic resonance imaging (MRI). This approach, a combination of structural imaging of long-range fiber connections and functional imaging data, is illustrated in two distinct cognitive domains, visual attention and face perception. Structural imaging is performed with diffusion-weighted imaging (DWI) and fiber tractography, which track the diffusion of water molecules along white-matter fiber tracts in the brain (Figure 1). By visualizing these fiber tracts, we are able to investigate the long-range connective architecture of the brain. The results compare favorably with one of the most widely-used techniques in DWI, diffusion tensor imaging (DTI). DTI is unable to resolve complex configurations of fiber tracts, limiting its utility for constructing detailed, anatomically-informed models of brain function. In contrast, our analyses reproduce known neuroanatomy with precision and accuracy. This advantage is partly due to data acquisition procedures: while many DTI protocols measure diffusion in a small number of directions (e.g., 6 or 12), we employ a diffusion spectrum imaging (DSI)1, 2 protocol which assesses diffusion in 257 directions and at a range of magnetic gradient strengths. Moreover, DSI data allow us to use more sophisticated methods for reconstructing acquired data. In two experiments (visual attention and face perception), tractography reveals that co-active areas of the human brain are anatomically connected, supporting extant hypotheses that they form functional networks. DWI allows us to create a "circuit diagram" and reproduce it on an individual-subject basis, for the purpose of monitoring task-relevant brain activity in networks of interest.

We describe a novel approach for simultaneous analysis of brain function and structure using magnetic resonance imaging (MRI). We assess brain structure with high-resolution diffusion-weighted imaging and white-matter fiber tractography. Unlike standard structural MRI, these techniques allow us to directly relate anatomical connectivity to functional properties of brain networks.

fMRIと拡散強調画像を用いた脳の構造と機能の同時分析

The study of complex computational systems is facilitated by network maps, such as circuit diagrams. Such mapping is particularly informative when ...

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.

げっ歯類での同時のfMRIと脳深部刺激

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

Live Imaging of Mitosis in the Developing Mouse Embryonic Cortex

Although of short duration, mitosis is a complex and dynamic multi-step process fundamental for development of organs including the brain. In the developing cerebral cortex, abnormal mitosis of neural progenitors can cause defects in brain size and function. Hence, there is a critical need for tools to understand the mechanisms of neural progenitor mitosis. Cortical development in rodents is an outstanding model for studying this process. Neural progenitor mitosis is commonly examined in fixed brain sections. This protocol will describe in detail an approach for live imaging of mitosis in ex vivo embryonic brain slices. We will describe the critical steps for this procedure, which include: brain extraction, brain embedding, vibratome sectioning of brain slices, staining and culturing of slices, and time-lapse imaging. We will then demonstrate and describe in detail how to perform post-acquisition analysis of mitosis. We include representative results from this assay using the vital dye Syto11, transgenic mice (histone H2B-EGFP and centrin-EGFP), and in utero electroporation (mCherry-&#945;-tubulin). We will discuss how this procedure can be best optimized and how it can be modified for study of genetic regulation of mitosis. Live imaging of mitosis in brain slices is a flexible approach to assess the impact of age, anatomy, and genetic perturbation in a controlled environment, and to generate a large amount of data with high temporal and spatial resolution. Hence this protocol will complement existing tools for analysis of neural progenitor mitosis.

Neural progenitor mitosis is a critical parameter of neurogenesis. Much of our understanding of neural progenitor mitosis is based on analysis of fixed tissue. Live imaging in embryonic brain slices is a versatile technique to assess mitosis with high temporal and spatial resolution in a controlled environment.

発生中のマウス胚性皮質における有糸分裂のライブイメージング

Although of short duration, mitosis is a complex and dynamic multi-step process fundamental for development of organs including the brain. In the ...

Two-Photon in vivo Imaging of Dendritic Spines in the Mouse Cortex Using a Thinned-skull Preparation

In the mammalian cortex, neurons form extremely complicated networks and exchange information at synapses. Changes in synaptic strength, as well as addition/removal of synapses, occur in an experience-dependent manner, providing the structural foundation of neuronal plasticity. As postsynaptic components of the most excitatory synapses in the cortex, dendritic spines are considered to be a good proxy of synapses. Taking advantages of mouse genetics and fluorescent labeling techniques, individual neurons and their synaptic structures can be labeled in the intact brain. Here we introduce a transcranial imaging protocol using two-photon laser scanning microscopy to follow fluorescently labeled postsynaptic dendritic spines over time in vivo. This protocol utilizes a thinned-skull preparation, which keeps the skull intact and avoids inflammatory effects caused by exposure of the meninges and the cortex. Therefore, images can be acquired immediately after surgery is performed. The experimental procedure can be performed repetitively over various time intervals ranging from hours to years. The application of this preparation can also be expanded to investigate different cortical regions and layers, as well as other cell types, under physiological and pathological conditions.

Two-Photon in vivo Imaging of Dendritic Spines in the Mouse Cortex Using a Thinned-skull Preparation

Time-lapse imaging in the living animal provides valuable information on structural reorganization in the intact brain. Here, we introduce a thinned-skull preparation that allows transcranial imaging of fluorescently labeled synaptic structures in the living mouse cortex by two-photon microscopy.

二光子<em&gt; in vivoで</em&gt;間引き頭蓋骨の準備を使用して、マウス皮質における樹状突起棘のイメージング

In the mammalian cortex, neurons form extremely complicated networks and exchange information at synapses. Changes in synaptic strength, as well as ...

Live Imaging of Primary Cerebral Cortex Cells Using a 2D Culture System

During cerebral cortex development, progenitor cells undergo several rounds of symmetric and asymmetric cell divisions to generate new progenitors or postmitotic neurons. Later, some progenitors switch to a gliogenic fate, adding to the astrocyte and oligodendrocyte populations. Using time-lapse video-microscopy of primary cerebral cortex cell cultures, it is possible to study the cellular and molecular mechanisms controlling the mode of cell division and cell cycle parameters of progenitor cells. Similarly, the fate of postmitotic cells can be examined using cell-specific fluorescent reporter proteins or post-imaging immunocytochemistry. More importantly, all these features can be analyzed at the single-cell level, allowing the identification of progenitors committed to the generation of specific cell types. Manipulation of gene expression can also be performed using viral-mediated transfection, allowing the study of cell-autonomous and non-cell-autonomous phenomena. Finally, the use of fusion fluorescent proteins allows the study of symmetric and asymmetric distribution of selected proteins during division and the correlation with daughter cells fate. Here, we describe the time-lapse video-microscopy method to image primary cerebral cortex murine cells for up to several days and analyze the mode of cell division, cell cycle length and fate of newly generated cells. We also describe a simple method to transfect progenitor cells, which can be applied to manipulate genes of interest or simply label cells with reporter proteins.

Live imaging is a powerful tool to study cellular behaviors in real time. Here, we describe a protocol for time-lapse video-microscopy of primary cerebral cortex cells that allows a detailed examination of the phases enacted during the lineage progression from primary neural stem cells to differentiated neurons and glia.

2次元培養系を用いた主な大脳皮質細胞のイメージングをライブします。

During cerebral cortex development, progenitor cells undergo several rounds of symmetric and asymmetric cell divisions to generate new progenitors or ...

Imaging Neural Activity in the Primary Somatosensory Cortex Using Thy1-GCaMP6s Transgenic Mice

The mammalian brain exhibits marked symmetry across the sagittal plane. However, detailed description of neural dynamics in symmetric brain regions in adult mammalian animals remains elusive. In this study, we describe an experimental procedure for measuring calcium dynamics through dual optical windows above bilateral primary somatosensory corticies (S1) in Thy1-GCaMP6s transgenic mice using 2-photon (2P) microscopy. This method enables recordings and quantifications of neural activity in bilateral mouse brain regions one at a time in the same experiment for a prolonged period in vivo. Key aspects of this method, which can be completed within an hour, include minimally invasive surgery procedures for creating dual optical windows, and the use of 2P imaging. Although we only demonstrate the technique in the S1 area, the method can be applied to other regions of the living brain facilitating the elucidation of structural and functional complexities of brain neural networks.

Imaging Neural Activity in the Primary Somatosensory Cortex Using Thy1-GCaMP6s Transgenic Mice

We describe an experimental procedure for measuring neuronal activity through dual optical windows above bilateral primary somatosensory corticies (S1) in Thy1-GCaMP6s transgenic mice using 2-photon (2P) microscopy in vivo.

Thy1を用いた一次体性感覚野における神経活動のイメージング-GCaMP6s トランスジェニック マウス

The mammalian brain exhibits marked symmetry across the sagittal plane. However, detailed description of neural dynamics in symmetric brain regions in ...

Real-Time fMRI Brain Mapping in Animals

Dynamic fMRI responses vary largely according to the physiological conditions of animals either under anesthesia or in awake states. We developed a real-time fMRI platform to guide experimenters to monitor fMRI responses instantaneously during acquisition, which can be used to modify the physiology of animals to achieve desired hemodynamic responses in animal brains. The real-time fMRI set-up is based on a 14.1T preclinical MRI system, enabling the real-time mapping of dynamic fMRI responses in the primary forepaw somatosensory cortex (FP-S1) of anesthetized rats. Instead of a retrospective analysis to investigate confounding sources leading to the variability of fMRI signals, the real-time fMRI platform provides a more effective scheme to identify dynamic fMRI responses using customized macro-functions and a common neuroimage analysis software in the MRI system. Also, it provides immediate troubleshooting feasibility and a real-time biofeedback stimulation paradigm for brain functional studies in animals.

Animal brain functional mapping can benefit from the real-time functional magnetic resonance imaging (fMRI) experimental set-up. Using the latest software implemented in the animal MRI system, we established a real-time monitoring platform for small animal fMRI.

動物におけるリアルタイムfMRI脳マッピング

Dynamic fMRI responses vary largely according to the physiological conditions of animals either under anesthesia or in awake states. We developed 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.

経頭蓋機能超音波画像を用いたマウスにおける脳全体3D活性化と機能結合性マッピング

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