仕事は自然科学とカナダの工学研究評議会（NSERC）によって部分的にサポートされています。著者は、参加者に感謝し、白皮症患者を募集中で彼の援助のための博士リック・トンプソン、デニス・ロマノフスキー彼の助けの分析の一部を実行し、図形を変更するため、モニカジラルドチカ彼女の助けのためのラクトと彼女の知識やアドバイス、ジョイウィリアムズ彼のMRI分析の専門知識のためのMRIの取得、およびアマンGoyal氏インチ

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The authors declare no conflict of interest.

WMを変更し、より具体的には、期待された対照と比較して白皮症で接続性を減少させました。このように、対照と比較して白皮症の右半球だけでなく、ここで報告アルビノと男性患者で減少し、接続中の還元FAは、当社の予測と一致しています。ジェンダーと半球効果が示唆している健康な脳の研究は、女性に比べて男性の左半球にWMの複雑さを減少したものの30-31本研究で観察された性別と半球に関連したいくつかの相違点を説明することができ、完全には明らかではありません。女性の白皮症に比べて男性の白化現象における減少の接続が原因で両群の雌の若い平均年齢に一部であってもよい（7から8年&lt;男性）、WMボリュームは健康な脳32に半ば成人期に減少することが報告されたとして、 -33。男女差も小さいサンプルサイズとそれぞれに、女性に対する男性の数が奇数に起因する可能性がありますグループ（5人の男性OCA、4コントロール）。増加した接続が予想されなかったのと同じ性別の対照と比較して、女性の白皮症で観察し、白化現象の代償機構のいくつかの並べ替えを示唆している可能性があります。しかし、この知見はむしろ少ない人口のサンプルの中で大きなばらつきに起因する可能性があります。 FAを意味し、カウントを合理化は、V1の接続にLGNを探索するために使用されています。 FAは、拡散データから導出最も一般的に報告された対策の一つです。これは、最も正確領域内にあるか、強く指向性拡散の定量化として記載されています。 FA対策における群差は、必ずしも白質の整合性の違いを意味するものではないことに注意してください。この研究は白質への潜在的影響の臨床症状を伴うので、そのような解釈が正当化することができます。減少した整合性が構造的損傷または下落を示唆しながら、しかし、地域のFAは、そのような大きいなどの少数の障壁に低下することがあります増加した膜透過性の34から生じる効果が低い境界に起因する軸索の直径とあまり密集軸索だけでなく、。再構成された流線の数は、実際の繊維の数の真の表現ではないかもしれないので、用語「数の合理化 &#39;は、同様に起因するような長さ、曲率や分岐などの経路の機能の変化に、「繊維・カウント」よりも好ましいですこのような信号対雑音比（SNR）34などの実験条件。 ラクトは、in vivoでのマッピングWMのための唯一の非侵襲的技術です。異方性があるレベルを下回ったとき、または突然の角度がある場合、決定論的なアプローチでは、終了が発生します。しかし、ほとんどのボクセルは、複数の方向の繊維を含み、決定論的なアプローチは、ボクセルまたはボクセル内のすべての方向の「平均」で支配的な管を特定のいずれかに限定されます。したがって、真のrepresを提供することができませんニューロン経路のentation。確率的トラクトグラフィは、単一のボクセル内に2つのファイバモデルの解像度を可能にする道のより信頼性の高い表現を提供し、低異方性17の地域で追跡します。確率的アルゴリズムは、したがって、V1の灰白質で終了する、または、高度に分岐WM構造（マイヤーのループの特に部分）の軌道を調査し、本研究では特に有利でした。複数の順列を超える出現確率的トラクトグラフィではなく、繊維の真の解剖学的構造を表すラクトの誤解を招くような概念よりも、同じ経路を有するの確率的確率を参照していることに留意することが重要です。確率論的トラクトグラフィをより密接に神経線維の真の経過を追跡すると考えられているが、決定論的トラクトグラフィは、両方の技術の有用性および再現性を比較するために行きました。傾向は確率論的なアプローチを用いて検出したので、類似性が見られます決定論的な実行でのみ、さらに結果の妥当性を強化しました。 別に脳内の解剖学的接続のマッピングの研究におけるその使用が増加してから、トラクトグラフィは、脳神経外科パンで有望な進歩を示しています。 OR neuronavigationally手術フィールドにDWIデータを転送することにより、腫瘍の切除時の可視化に成功した病変を除去し、35無傷の視野を維持するのに役立つことが報告されました。それにもかかわらず、DTIは、このような比較的貧しい空間分解能や、ORなどの低繊維密度を有する構造が20を検討されている障害のあるデータ品質などの制限があります。確率的トラクトグラフィが好ましい技術であったが、現在の研究では、2つのアルゴリズムを比較することを目的としました。両方の追跡アルゴリズムは、結果の信頼性を増加させる、いくつかの一般的な知見を明らかにしました。 LGN量は、健康な脳8およびcに112〜276ミリメートル3の範囲視覚野と視神経管の容量ではなく、全体的な脳の容積36とorrelates。ラクトシードマスク内のボクセルの数に依存するので、LGNボリュームが管37との間の定量的な比較に偏りを防ぐために、参加者全体で正規化されるべきです。我々は、2つの異なる方法を使用して、LGNの大きさの差を制御します。第1の方法では、標準サイズの球状のROIを作成しました。これを達成するために、MNI空間に変換そのLGNマスクの全被験者にわたる平均容量を算出しました。 MNI空間における平均マスクの半径を使用して、球がいずれかの解剖学的または拡散空間の各LGNの質量の中心を中心としました。個々のLGNのボリュームよりも大きな容量で標準球ROIを使用すると、すべての参加者で、この構造体の一部であるすべてのボクセルを含めることを保証します。通常、偽陽性のリスクを増加させる、より大きなマスクサイズを使用している間播種時に、そのような懸念は適用されません。構造体のような周囲の核からの接続パターンが異なるLGN、など。したがって、他の構造に属するボクセル予想されるパスと、そのようなパスに従わない流線を生成します。そのため、廃棄される18我々はLGNの音量を制御するために使用される【選択第二の方法は、共変量としてLGNのボリュームを使用して統計分析を実行することであったが、この大幅統計結果を変化させませんでした。 LGNの正規化のための別の可能なアプローチは、MATLABスクリプトを使用して、被験者全体での標準的なサイズを取得するには、個々のLGNマスクの周りのボクセルの追加や削除です。このアプローチは、追加登録を必要とするので、脳画像の変形の程度を制限し、精度が向上しません。また、LGN領域の周囲の球を作成するのではなく、LGNのアウトラインを保持します。しかし、ヒューマンエラーを最小限にするために、マルチアトラスセグメンテーションではなく手動でLGNマスクをトレースを使用することができます。アトラス・アカウントのセットを使用して個々の構造変動のために、したがって、単一のアトラス38よりも皮質下領域のより正確な表現が得られます。 生体内研究ではこの小説は人間の白化現象で一次視覚経路の異なる部品間の相互依存の開発を調査します。したがって、障害固有の署名の識別を通じて、この条件と改善された診断の病因さらなる洞察を提供します。ここで使用される確率論と決定論の両方のトラクトグラフィアルゴリズムは、人間の白皮症でV1の接続に変更されたLGNの同等のパターンを示しました。大集団への一般化は、サンプルサイズが小さいと、目的の構造に大きな被験者間のばらつきに起因して行うことはできませんが、この研究では、さらなる研究の重要性を示唆し、サンプル集団内の動向を検出する際にトラクトグラフィの有用性を実証しますフィールド。

白皮症は、主に罹患した個体で観察された明白な低色素沈着によって特徴づけられる遺伝子疾患です。これは、メラニン合成1に関与する遺伝子に継承突然変異によって引き起こされます。白皮症は、主に2つの形式で表示されます。oculo-皮膚白皮症（OCA）、眼および皮膚の両方の機能を提示する常染色体劣性形質。そして、眼白子症（OA）、男性でより普及および眼症状2によって主に特徴付けられるX連鎖特色。網膜色素上皮（RPE）におけるメラニンは、中央視覚経路の適切な発達のために重要です。白化現象におけるその不在は、したがって、羞明、眼振、視力低下や両眼視2-3の損失を含む視覚障害、になります。視力は白皮症4に変更された中心窩の形態、にリンクされています。ヒトでは、交叉の網膜のラインは鼻網膜からの繊維と、中心窩を通じてnasotemporal国境沿いに位置します他の半球に交差し、一時的な網膜からのものが同側に伸びます。白皮症で減少した視覚機能の程度が低色素沈着のレベルにリンクされています。具体的には、色素沈着が交叉5のラインの一時的な網膜へのシフトに反比例します。一時的な網膜への交叉のラインのシフトの結果、視神経繊維の交差が増加する-共通の特徴をすべての種3渡って。 ヒトへの構造的MRI研究は、おそらく白皮症6-8で観察されたRGCの増加交差点の結果である対照と比較して、白化現象が狭い光学chiasmsを、示しています。網膜や視神経視交叉は、Ephファミリー受容体およびそれらのリガンド9と軸索ガイダンスの手がかりを表現するため、misrouting 10の候補部位です。 緑内障とサルの研究は重要な12月を明らかにしましたLGNのパルブアルブミン免疫反応性の中継ニューロンの数とLGNのボリューム11でrease。これはLGNのサイズとV1にORを通って移動する白質（WM）軌道の数との相関関係を示唆しています。人間の白皮症に死後の研究はまた、融合MとP層12と小さいLGNを明らかにしました。高分解能構造MRIは、白皮症8 LGNの量の有意な減少が確認されました。まとめると、これらの知見はLGNのニューロン数の減少をもたらす可能性がLGN量を減少し、LGNとV1の間の減少の接続で順番にすることを示唆しています。 ヒトでの解剖学的接続の調査パターンが限定されています。解剖、トレーサー注射および病変の誘発は、死後に使用することができる侵襲性の技術であり、通常は患者のごく少数を含みます。カルボ色素DiIで注射を使用して、以前の研究では、V1とV2（二次のVisual C間の神経の接続性を実証しましたortex）13、ならびにアルデヒド固定死後の人間の脳14内の海馬コンプレックス内。このようにラベリング繊維は、注入14の点からミリメートルの唯一の数十の距離に制限されています。拡散テンソル画像、DTIは、線維トラクトの方向と組織を識別するために、早期1990年代半ばに開発されたMRIモダリティです。それは生きている脳内の大WM経路のマッピングを可能にする非侵襲的方法です。 DTIは、生体組織15内の水分子の拡散に敏感です。脳では、水の拡散は、このような膜およびミエリンなどの障壁に起因する異方性（不均一）です。 WMは、拡散に対するファイバ16の方向に垂直なより大きい平行である意味、高い拡散異方性を有しています。 フラクショナル異方性（FA）は、異方性的に拡散する分子の好みを説明するスカラー量です。 FA値は、ローからハイanisotに、0-1の範囲粘着性の（脳脊髄液（CSF）&lt;灰白質（GM）&lt;WM）16。 （決定論的）合理化と確率論ファイバートラッキング3Dパス再構成のための2つの異なるアルゴリズムです。決定論的トラクトグラフィは、定義されたシード領域に隣接したボクセルを結ぶ、直線伝搬法を使用しています。このアルゴリズムで使用される2つの停止基準は、回転角度とFA値です。したがって、隣接ボクセルの間のトレース管は、大きなターニング角度ではほとんどありません。このアルゴリズムは、したがって、ボクセル内のFAが正確に異方性が低下灰白質、近くの経路を定義することでその有効性を制限し、特定のしきい値を超えた場合にのみ進行することになります。確率論的トラクトグラフィは、一方で、関心対象の2つの領域間の道の一部であるボクセルの確率を記述する接続性マップ（関心領域）が得られるので、このようなV1 17と灰白質に進行します。このMRIのアプリケーションを使用して、などの主要WM構造以前の研究18-20に示すようにOR、描写することができます。 この研究は、したがって、レチノ - geniculo皮質接続上の軸索misroutingの効果を調査するために、拡散データとラクトを使用しています。人間の色素欠乏症8でLGNボリュームで以前に報告された削減に基づいて、我々はV1に、LGNから繊維突起はまた、（ 図1）に低減されていると予測しています。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Magnetom Tim Trio 3T MRI</td>
			<td>Siemens (Erlangen, Germany)</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FMRIB&#8217;s Software Library (FSL)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>http://www.fmrib.ox.ac.uk/fsl/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FreeSurfer</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DSI Studio</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>http://dsi-studio.labsolver.org</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SPSS</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

measuring connectivity in the primary visual pathway in human albinism using diffusion tensor imaging and tractography

白皮症において、同側に突出する網膜神経節細胞（RGC）の数が大幅に低減されます。網膜や視交叉はmisroutingのための候補地として提案されています。外側膝状核（LGN）ニューロンおよびLGNのサイズを中継数との相関関係が示されており、人間の白化におけるLGNボリュームで以前に報告された削減に基づいているので、私たちは一次視覚野（V1）に、LGNからの繊維の突起を示唆していますまた低減されます。白皮症の視覚系の構造的な違いを学ぶことmisroutingとその後の臨床応用のメカニズムの理解を向上させることができます。拡散データ及びラクトは、OR（光学放射）をマッピングするために有用です。この原稿は32チャンネルヘッドコイルは構造的なスキャンを取得するために使用されたと白皮症とcontrols.An MRIスキャナで脳の接続性を比較するために、または再構成の2つのアルゴリズムを説明しています。 1ミリメートルとT1強調3D-MPRAGEシーケンス3等方性のボクセルサイズはV1分割用の高解像度画像を生成するために使用されました。複数のプロトン密度（PD）強調画像は、左右のLGNのローカライズのために冠状に取得しました。拡散テンソルイメージング（DTI）スキャンは、64の拡散方向を用いて取得しました。両方の決定論的及び確率論的追跡方法は、対象マスクとしてシードマスクV1としてLGNで、実行して比較しました。 DTIは、比較的低い空間分解能を提供し、または正確な描写は、その低い繊維密度に挑戦することができるが、ラクトは、研究および臨床の両方に有利であることが示されています。管ベースの空間統計（TBSS）は、対照と比較して、アルビノの患者ではOR内に有意に減少白質の整合性の領域を明らかにしました。一対比較は、対照と比較して白皮症でV1の接続にLGNの大幅な削減を明らかにしました。両方の追跡アルゴリズムを比較すると信頼性を強化し、共通の調査結果を明らかにしました技術の。

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Measuring Connectivity in the Primary Visual Pathway in Human Albinism Using Diffusion Tensor Imaging and Tractography

この原稿は、光学放射（OR）白皮症と対照との間の接続性の違いを調べるために用い白質（WM）復興のための決定論と確率的アルゴリズムを説明します。確率論的トラクトグラフィは、より密接に神経線維の真の経過をたどるが、決定論的トラクトグラフィは、両方の技術の信頼性と再現性を比較するために行きました。

拡散テンソルイメージングとラクトを用いたヒト色素欠乏症における一次視覚経路で接続を測定します

In albinism, the number of ipsilaterally projecting retinal ganglion cells (RGCs) is significantly reduced. The retina and optic chiasm have been proposed ...

measuring-connectivity-primary-visual-pathway-human-albinism-using

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Neuroscience

12.2K ビュー.  York University. この原稿は、光学放射（OR）白皮症と対照との間の接続性の違いを調べるために用い白質（WM）復興のための決定論と確率的アルゴリズムを説明します。確率論的トラクトグラフィは、より密接に神経線維の真の経過をたどるが、決定論的トラクトグラフィは、両方の技術の信頼性と再現性を比較するために行きました。 

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Time-lapse Live Imaging of Clonally Related Neural Progenitor Cells in the Developing Zebrafish Forebrain

Precise patterns of division, migration and differentiation of neural progenitor cells are crucial for proper brain development and function1,2. To understand the behavior of neural progenitor cells in the complex in vivo environment, time-lapse live imaging of neural progenitor cells in an intact brain is critically required. In this video, we exploit the unique features of zebrafish embryos to visualize the development of forebrain neural progenitor cells in vivo. We use electroporation to genetically and sparsely label individual neural progenitor cells. Briefly, DNA constructs coding for fluorescent markers were injected into the forebrain ventricle of 22 hours post fertilization (hpf) zebrafish embryos and electric pulses were delivered immediately. Six hours later, the electroporated zebrafish embryos were mounted with low melting point agarose in glass bottom culture dishes. Fluorescently labeled neural progenitor cells were then imaged for 36hours with fixed intervals under a confocal microscope using water dipping objective lens. The present method provides a way to gain insights into the in vivo development of forebrain neural progenitor cells and can be applied to other parts of the central nervous system of the zebrafish embryo.

The present video demonstrates a method which takes advantage of the combination of electroporation and confocal microscopy to perform live imaging on individual neural progenitor cells in the developing zebrafish forebrain. In vivo analysis of the development of forebrain neural progenitor cells at a clonal level can be achieved in this way.

開発ゼブラフィッシュ前脳におけるクローン関連の神経前駆細胞のタイムラプスライブイメージング

Precise patterns of division, migration and differentiation of neural progenitor cells are crucial for proper brain development and function1,2. To ...

神経科学

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 ...

Diffusion Imaging in the Rat Cervical Spinal Cord

Magnetic resonance imaging (MRI) is the state of the art approach for assessing the status of the spinal cord noninvasively, and can be used as a diagnostic and prognostic tool in cases of disease or injury. Diffusion weighted imaging (DWI), is sensitive to the thermal motion of water molecules and allows for inferences of tissue microstructure. This report describes a protocol to acquire and analyze DWI of the rat cervical spinal cord on a small-bore animal system. It demonstrates an imaging setup for the live anesthetized animal and recommends a DWI acquisition protocol for high-quality imaging, which includes stabilization of the cord and control of respiratory motion. Measurements with diffusion weighting along different directions and magnitudes (b-values) are used. Finally, several mathematical models of the resulting signal are used to derive maps of the diffusion processes within the spinal cord tissue that provide insight into the normal cord and can be used to monitor injury or disease processes noninvasively.

The goal of this protocol is to obtain high-quality diffusion weighted magnetic resonance imaging (DWI) of the rat spinal cord for noninvasive characterization of tissue microstructure. This protocol describes optimizations of the MRI sequence, radiofrequency coil, and analysis methods to enable DWI images free from artifacts.

ラット頸部脊髄の拡散イメージング

Magnetic resonance imaging (MRI) is the state of the art approach for assessing the status of the spinal cord noninvasively, and can be used as a ...

Simultaneous ex vivo Functional Testing of Two Retinas by in vivo Electroretinogram System

An In vivo electroretinogram (ERG) signal is composed of several overlapping components originating from different retinal cell types, as well as noise from extra-retinal sources. Ex vivo ERG provides an efficient method to dissect the function of retinal cells directly from an intact isolated retina of animals or donor eyes. In addition, ex vivo ERG can be used to test the efficacy and safety of potential therapeutic agents on retina tissue from animals or humans. We show here how commercially available in vivo ERG systems can be used to conduct ex vivo ERG recordings from isolated mouse retinas. We combine the light stimulation, electronic and heating units of a standard in vivo system with custom-designed specimen holder, gravity-controlled perfusion system and electromagnetic noise shielding to record low-noise ex vivo ERG signals simultaneously from two retinas with the acquisition software included in commercial in vivo systems. Further, we demonstrate how to use this method in combination with pharmacological treatments that remove specific ERG components in order to dissect the function of certain retinal cell types.

Simultaneous ex vivo Functional Testing of Two Retinas by in vivo Electroretinogram System

Ex vivo ERG can be used to record electrical activity of retinal cells directly from isolated intact retinas of animals or humans. We demonstrate here how common in vivo ERG systems can be adapted for ex vivo ERG recordings in order to dissect the electrical activity of retinal cells.

同時<em&gt; ex vivoで</emによる二つの網膜の&gt;機能テスト<em&gt; in vivoで</em&gt;電図システム

An In vivo electroretinogram (ERG) signal is composed of several overlapping components originating from different retinal cell types, as well as noise ...

Analyzing Dendritic Morphology in Columns and Layers

In many regions of the central nervous systems, such as the fly optic lobes and the vertebrate cortex, synaptic circuits are organized in layers and columns to facilitate brain wiring during development and information processing in developed animals. Postsynaptic neurons elaborate dendrites in type-specific patterns in specific layers to synapse with appropriate presynaptic terminals. The fly medulla neuropil is composed of 10 layers and about 750 columns; each column is innervated by dendrites of over 38 types of medulla neurons, which match with the axonal terminals of some 7 types of afferents in a type-specific fashion. This report details the procedures to image and analyze dendrites of medulla neurons. The workflow includes three sections: (i) the dual-view imaging section combines two confocal image stacks collected at orthogonal orientations into a high-resolution 3D image of dendrites; (ii) the dendrite tracing and registration section traces dendritic arbors in 3D and registers dendritic traces to the reference column array; (iii) the dendritic analysis section analyzes dendritic patterns with respect to columns and layers, including layer-specific termination and planar projection direction of dendritic arbors, and derives estimates of dendritic branching and termination frequencies. The protocols utilize custom plugins built on the open-source MIPAV (Medical Imaging Processing, Analysis, and Visualization) platform and custom toolboxes in the matrix laboratory language. Together, these protocols provide a complete workflow to analyze the dendritic routing of Drosophila medulla neurons in layers and columns, to identify cell types, and to determine defects in mutants.

Here, we show how to analyze dendritic routing of Drosophila medulla neurons in columns and layers. The workflow includes a dual-view imaging technique to improve the image quality and computational tools for tracing, registering dendritic arbors to the reference column array and for analyzing the dendritic structures in 3D space.

列およびレイヤーで樹状形態を分析します

In many regions of the central nervous systems, such as the fly optic lobes and the vertebrate cortex, synaptic circuits are organized in layers and ...

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 ...

Analyzing Neural Activity and Connectivity Using Intracranial EEG Data with SPM Software

Measuring neural activity and connectivity associated with cognitive functions at high spatial and temporal resolutions is an important goal in cognitive neuroscience. Intracranial electroencephalography (EEG) can directly record electrical neural activity and has the unique potential to accomplish this goal. Traditionally, averaging analysis has been applied to analyze intracranial EEG data; however, several new techniques are available for depicting neural activity and intra- and inter-regional connectivity. Here, we introduce two analytical protocols we recently applied to analyze intracranial EEG data using the Statistical Parametric Mapping (SPM) software: time-frequency SPM analysis for neural activity and dynamic causal modeling of induced responses for intra- and inter-regional connectivity. We report our analysis of intracranial EEG data during the observation of faces as representative results. The results revealed that the inferior occipital gyrus (IOG) showed gamma-band activity at very early stages (110 ms) in response to faces, and both the IOG and amygdala showed rapid intra- and inter-regional connectivity using various types of oscillations. These analytical protocols have the potential to identify the neural mechanisms underlying cognitive functions with high spatial and temporal profiles.

We present two analytical protocols that can be used to analyze intracranial electroencephalography data using the Statistical Parametric Mapping (SPM) software: time-frequency statistical parametric mapping analysis for neural activity, and dynamic causal modeling of induced responses for intra- and inter-regional connectivity.

神経活動と Spm と頭蓋内脳波データを使用した接続の分析

Measuring neural activity and connectivity associated with cognitive functions at high spatial and temporal resolutions is an important goal in cognitive ...

Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging in Chronic Spinal Cord Compression

Chronic spinal cord compression is the most common cause of spinal cord impairment in patients with nontraumatic spinal cord damage. Conventional magnetic resonance imaging (MRI) plays an important role in both confirming the diagnosis and evaluating the degree of compression. However, the anatomical detail provided by conventional MRI is not sufficient to accurately estimate neuronal damage and/or assess the possibility of neuronal recovery in chronic spinal cord compression patients. In contrast, diffusion tensor imaging (DTI) can provide quantitative results according to the detection of water molecule diffusion in tissues. In the present study, we develop a methodological framework to illustrate the application of DTI in chronic spinal cord compression disease. DTI fractional anisotropy (FA), apparent diffusion coefficients (ADCs), and eigenvector values are useful for visualizing microstructural pathological changes in the spinal cord. Decreased FA and increases in ADCs and eigenvector values were observed in chronic spinal cord compression patients compared to healthy controls. DTI could help surgeons understand spinal cord injury severity and provide important information regarding prognosis and neural functional recovery. In conclusion, this protocol provides a sensitive, detailed, and noninvasive tool to evaluate spinal cord compression.

Here, we present a protocol for the application of diffusion tensor imaging parameters to evaluate spinal cord compression.

慢性脊髄圧迫における拡散テンソル磁気共鳴画像

Chronic spinal cord compression is the most common cause of spinal cord impairment in patients with nontraumatic spinal cord damage. Conventional magnetic ...

Advanced Diffusion Imaging in The Hippocampus of Rats with Mild Traumatic Brain Injury

Mild traumatic brain injury (mTBI) is the most common type of acquired brain injury. Since patients with traumatic brain injury show a tremendous variability and heterogeneity (age, gender, type of trauma, other possible pathologies, etc.), animal models play a key role in unraveling factors that are limitations in clinical research. They provide a standardized and controlled setting to investigate the biological mechanisms of injury and repair following TBI. However, not all animal models mimic the diffuse and subtle nature of mTBI effectively. For example, the commonly used controlled cortical impact (CCI) and lateral fluid percussion injury (LFPI) models make use of a craniotomy to expose the brain and induce widespread focal trauma, which are not commonly seen in mTBI. Therefore, these experimental models are not valid to mimic mTBI. Thus, an appropriate model should be used to investigate mTBI. The Marmarou weight drop model for rats induces similar microstructural alterations and cognitive impairments as seen in patients who sustain mild trauma; therefore, this model was selected for this protocol. Conventional computed tomography and magnetic resonance imaging (MRI) scans commonly show no damage following a mild injury, because mTBI induces often only subtle and diffuse injuries. With diffusion weighted MRI, it is possible to investigate microstructural properties of brain tissue, which can provide more insight into the microscopic alterations following mild trauma. Therefore, the goal of this study is to obtain quantitative information of a selected region-of-interest (i.e., hippocampus) to follow up disease progression after obtaining a mild and diffuse brain injury.

The overall goal of this procedure is to obtain quantitative microstructural information of the hippocampus in a rat with mild traumatic brain injury. This is done using an advanced diffusion-weighted magnetic resonance imaging protocol and region-of-interest based analysis of parametric diffusion maps.

軽度の外傷性脳損傷を有するラットの海馬における高度な拡散イメージング

Mild traumatic brain injury (mTBI) is the most common type of acquired brain injury. Since patients with traumatic brain injury show a tremendous ...

Labeling and Imaging of Amyloid Plaques in Brain Tissue Using the Natural Polyphenol Curcumin

Deposition of amyloid beta protein (A&#946;) in extra- and intracellular spaces is one of the hallmark pathologies of Alzheimer&#39;s disease (AD). Therefore, detection of the presence of A&#946; in AD brain tissue is a valuable tool for developing new treatments to prevent the progression of AD. Several classical amyloid binding dyes, fluorochrome, imaging probes, and A&#946;-specific antibodies have been used to detect A&#946; histochemically in AD brain tissue. Use of these compounds for A&#946; detection is costly and time consuming. However, because of its intense fluorescent activity, high-affinity, and specificity for A&#946;, as well as structural similarities with traditional amyloid binding dyes, curcumin (Cur) is a promising candidate for labeling and imaging of A&#946; plaques in postmortem brain tissue. It is a natural polyphenol from the herb Curcuma longa. In the present study, Cur was used to histochemically label A&#946; plaques from both a genetic mouse model of 5x familial Alzheimer&#39;s disease (5xFAD) and from human AD tissue within a minute. The labeling capability of Cur was compared to conventional amyloid binding dyes, such as thioflavin-S (Thio-S), Congo red (CR), and Fluoro-jade C (FJC), as well as A&#946;-specific antibodies (6E10 and A11). We observed that Cur is the most inexpensive and quickest way to label and image A&#946; plaques when compared to these conventional dyes and is comparable to A&#946;-specific antibodies. In addition, Cur binds with most A&#946; species, such as oligomers and fibrils. Therefore, Cur could be used as the most cost-effective, simple, and quick fluorochrome detection agent for A&#946; plaques.

Curcumin is an ideal fluorophore for labeling and imaging of amyloid beta protein plaques in brain tissue due to its preferential binding to amyloid beta protein as well as its structural similarities with other traditional amyloid binding dyes. It can be used to label and image amyloid beta protein plaques more efficiently and inexpensively than traditional methods.

天然ポリフェノールクルクミンを用いた脳組織におけるアミロイドプラークの標識とイメージング

Deposition of amyloid beta protein (A&#946;) in extra- and intracellular spaces is one of the hallmark pathologies of Alzheimer&#39;s disease (AD). ...