이 작품은 아픈 어린이 병원과 토론토 대학에서 마우스 이미징 센터 (MICE)의 일부입니다.

1. 생체내의 뇌 영상에서 여러 마우스 : 영상 살아있는 동물, 몇 가지 핵심 기능은 이미징 세션에 걸쳐 존재해야합니다 마취, 2 1) 안전한 방법) 환경 제어 및 3) 생리적 모니터링. 또한, 동시에하면 영상 여러 과목, 준비 및 이미지 등록을 촉진하기 동물 위치의 재현성의 용이성과 속도에 대한 복잡성을가 추가됩니다. 따라서, 세 가지 주요 구성 요소 사용자 정의 설계 및 가공되었습니다 준비 및 임베디드 모니터링을 가진 플​​랫폼이 위치를 표준화로 연결을 촉진하기 위하여 MRI, 유도 챔버 내에서 RF 코​​일에 마우스를 삽입하는 로딩 시스템을. 로딩 시스템 : &#39;마우스 하이브&#39;와 &#39;로딩 배열&#39;: 마우스 로딩 시스템은 크게 두 부분으로 이루어져 있습니다. 마우스 하이브의 주요 기능은 일곱 밀리 RF 코​​일 (베리안 NMR 시스템, 팔로 알토, CA) 자석 내부 육각 배열에 구멍을 위치하는 것입니다. 로딩 배열은 마취 가스의 출입을 허용하기 위해 조언을 통해 뚫고 구멍이 50 밀리리터의 원심 분리기 튜브 안에 보관되어 여러 마우스를 잡고 운반하도록 설계되었습니다. 쥐가 anesthetized과 자석의 주변에있는 준비 영역에있는 모니터링 장비 인터페이스 후, 그들은 수정된 원심 튜브에 삽입하고 로딩 배열에 탑재하고 있습니다. 철도 시스템의 모든 생쥐를 장착 후 로딩 배열 수송되고 자석에 삽입 위치. 자석의 구멍을 밀어 때 철도 시스템은 마우스 하이브와 부부로 배열을 수 있습니다. 완전히 자석, RF 코​​일 내에서 마취 전달 시스템에 원심 분리기 튜브의 도크에 삽입하는 경우. 산소와 혼합 Isoflurane은 각 코일의 축을 따라 튜브를 통하여 마우스 하이브 끝에서 표본에 공급됩니다. 이 마취 가스 혼합물은 생쥐 과거 튜브에 흐름과 로딩 배열의 뒷면 (그림 1)에 부착된 적극적인 청소 단위로 수집됩니다. 유도 회의소 : 이미징 시간이 최소화, 3 시간까지 걸릴 수 있기 때문에 동물의 준비 시간은 마취에 마우스의 노출을 제한하는 데있어 매우 중요합니다. 따라서, 우리는 준비 과정 (그림 2)를 간소화하기 위해 사용자 정의 유도 챔버를 개발했습니다. 사용자 정의 유도 챔버 여러 생쥐의 유도 및 처리 모두에 대해 하나의 환경을 만듭니다. 맑은 아크릴로 구성되어 있고, 유도 챔버 마취 누출을 최소화하기 위해 실리콘 아이리스 포트를 selfclosing 기능과 사용자가 특수 장갑이 필요없이 내부 환경을 액세스할 수 있습니다. 하나의 마우스에 대한 기존의 마스크와 회로에 비해 유도 챔버가 스무 마우스로 집을 수있을만큼 크고 복잡 튜브와 마스크의 부착없이 생쥐 무료 조작을 허용합니다. 단위는 수동 청소 시스템을 사용 수집된 마취 가스의 지속적인 흐름과 함께 제공됩니다. 저항 가열 요소는 준비 기간 동안 동물의 체온을 유지하기 위해 챔버의 바닥을 가열하는 데 사용됩니다. 슬레드 : MRI에 대한 쥐를 준비의 가장 어색하고 시간이 소요되는 부분 중 하나는 electrocardiograph (ECG) 전극과 직장 온도 프로브의 응용 프로그램입니다. 또한, 이러한 수갑을 채워 바늘 전극으로 종래의 전극, 많은 그것은 어려운 위치를 표준화하는 동물의 자세를 왜곡 발견되었습니다. 따라서, 우리는 임베디드 ECG와 사용자 지정 양식 - 장착되어 위치 플랫폼을 고안, 호흡 및 온도 프로브는 &#39;썰매&#39;(미국 특허 7,146,936) (그림 3)을했다. 벨크로의 체결로 만든 모션 지지대는 머리의 움직임을 제한하는 데 사용되었습니다. 생체내 두뇌 이미징 단계에서 여러 마우스 : <ol><li> 모든 마우스 연구는 마우스 처리 절차에 대한 지역 ACC (애니멀 케어위원회), IACUC (기관 애니멀 케어 및 사용위원회) 또는 이와 동등한 승인이 필요합니다. </li><li> 이러한 동물의 식별 및 무게 등 모든 절차는 생물 안전 캐비닛 (BSC)에서와 MRI 단위에서 수행되어야합니다. 동물 autoclavable 플라스틱 용기에 양도하고 MRI 유도 챔버로 이송됩니다. </li><li> 마우스 L / 산소 분 4퍼센트 isoflurane과 4를 사용하여 prewarmed 유도 챔버에 anesthetized 있습니다. 그들이 발 핀치에 대응하지 않는 한 동물 완전히 anesthetized 있습니다. 가슴에서 모피는 ECG와 사용자 정의 썰매가 내장되어있다 온도 모니터링 장치와 더 나은 접촉을 제공하기 위해 필요한 경우 머리 제거제 (나이르)를 사용하여 제거됩니다. 이브 연고 (눈물 Naturale PM)은 건조 방지하기 위해 눈을에 적용하고, 호수의 약 0.3 ML은 수화를 유지하기 위해 subcutaneously 관리합니다. </li><li> GD - DTPA - BMA, 엿 (Omniscan) 5 월콘트라스트 향상을 원하는 경우 사용합니다. GD - DTPA가 사용하는 경우, 그것은 호수 (최종 볼륨 300uL)에 희석하여 IP를 통해 이전 MR 세션 1 mmol / kg의 단일 복용으로 시행됩니다. </li><li> 생쥐는 다음 개방 50mL 원뿔 관에 머리 스트랩과 슬라이드 (그림 3)과 고정, 개별 sleds에로드됩니다. 최대 7 살 생쥐는 한 번에 스캔 수 있습니다. 일단 모든 동물은 연결 생리 감시와 함께 로드된 8 L / 분, 2 %와 산소 수준으로 낳은 자석에서 isoflurane 수준을 설정합니다. </li><li> 원뿔 튜브가 낳은 자석의 중앙에 위치 각 RF 코​​일에 균일하게 위치하도록 설계된 마우스 도킹 시스템 (그림 1)에 탑재하고 있습니다. 일단로드, isoflurane은 0.9-2 %까지 줄일 수 있습니다. ECG 및 온도는 스캔 과정을 통해 각 동물에 감시하고 있습니다. 동물은 예열 공기를 스캔 과정 동안 따뜻한 보관됩니다. </li><li> 각 입체 스캔 기간은 약 3 시간입니다. 자세한 내용은 다음과 같습니다 2300 MS와 MS 36 TEeff의 TR로 고속 스핀 에코. 일 평균 8 기차 길이를 에코. 결과 이미지 해상도 125 μm의 (그림 4)입니다. </li><li> 검사가 완료되면, 동물은 자석에서 제거하고 100 % 산소로 가득한 따뜻한 유도 챔버에서 언로 드됩니다. 동물은 플라스틱 밀폐 용기로 전송하고 BSC에 따라 수송하고 있습니다. 그들은 따뜻한 초안 무료 케이지에 위치하고 마취에서 회복하기 위해 사용할 수 있습니다. </li></ol> 2. 여러 마우스 예 생체내 브레인 이미징 : 모션 아티팩트에 영향을받지 고정 MR 영상 라이브 영상보다 더 높은 해상도를 실현하고 있습니다. 높은 해상도, 3 차원 데이터 세트는 양적 정보를 추출에서 최대한의 유연성을 제공하고 자동 이미지 분석을 위해 수 있습니다. 사용자 정의 RF 코​​일 배열은 하룻밤 스캔 세션에서 인 - 두개골 마우스 두뇌 고정 16 고해상도 MR의 데이터 세트의 병렬 취득하기 위해 개발되었습니다. 16 코일 전의 생체내 브레인 이미징 배열 : 맞춤식 16 코일 솔레노이드 어레이는 동시에 16 이미지 샘플을 위해 만들어졌습니다. 이 디자인은 60mm 삽입 기울기 집합에 동시에 이미지를 세 개나하는 데 사용 이전에 프로토 타입을 향상시킵니다. 8 턴 솔레노이드 코일은 26mm의 길이 10여 % 이내로 균일 감도를 제공하는 끝에 상처 이상 개별적으로 모듈형 구획 (Idziak 및 Haeberlen, 1982) 내에 차폐 수 있습니다. 16 코일 구획은 움직임을 최소화하기 위해 공기 방광을 사용하여 장소에 그라디언트 내의 코일 및 클램프를 위치 프레임 (그림 5)에 조립합니다. 여러 마우스 예 생체내 두뇌 이미징 단계 : <ol><li> anesthetized 마우스의 심장의 좌심실에 오픈 흉강 및 삽입 바늘 (또는 안전 빙게드 주입 세트, 25G × 3 / 4) (intraperitoneal 300ml의 사출 (150 MG / kg)과 xylazine (10 MG / kg)를 통해 . 오른쪽 외이 컷. </li><li> 30 ML 룸 온도 1 플러시 Transcardiac 재관류 X PBS + 1 μL / ML의 헤파린 (/ 1000 USP 단위 ML) 약 100 ML / HR의 흐름 속도 + 2 MM의 ProHance. </li><li> 100 고정 패스 30 ML 4% PFA와 (상온) + 2 MM의 ProHance ML / HR. </li><li> 피부, 아래턱, 귀, 코 연골 팁 목을 벨 및 제거합니다. </li><li> 4 박 플레이스 남아있는 두개골의 구조는 4 %에 PFA + 2 당연 ProHance ° C. </li><li> 1X PBS + 0.02 % 나트륨 azide + 2 MM의 ProHance로 전송. </li><li> 7 테슬라에서 고해상도 입체 MRI 스캔은 재관류 후 4 일없는 이상보다 2.5 개월 사이에 발생합니다. 두뇌는 16 채널 솔레노이드 코일 배열 (그림 5)에 배치됩니다. </li><li> 이미징 매개 변수는 다음과 같습니다 : 빠른 회전 TR 325 MS와 에코 4 평균 6 개 30 MS, 에코 기차 길이 TEeff. 마지막 이미지는 32 μm의 해상도의 등방성 (그림 6)을하고 검사 기간은 약 12​​ 시간입니다. </li><li> 스캔 후, 포르말린 10 % 두개골을 보존 장소 + 2 MM의 ProHance합니다. </li></ol> 3. 대표 결과 : <img src="/files/ftp_upload/2497/2497fig1.jpg" alt="그림 1" /> 그림 1. 마우스 로딩 시스템. &quot;로딩 배열&quot;과 &quot;마우스 하이브는&quot;일반적인 유리 섬유 레일 시스템과 연결되어 있습니다. <img src="/files/ftp_upload/2497/2497fig2.jpg" alt="그림 2" /> 그림 2. 유도 챔버. <img src="/files/ftp_upload/2497/2497fig3.jpg" alt="그림 3" /> 그림 3.) 썰매, 임베디드 모니터링 센서 및 머리 구속되었습니다. B) 머리 자제심과 썰매에 anesthetized 마우스 첨부. 슬레드 어셈블리 쉽게 원심 튜브에 슬라이드. <img src="/files/ftp_upload/2497/2497fig4.jpg" alt="그림 4" /> 그림 4. </strong한 3시간 입체 스캔에서 생체내 여러 뇌 이미지&gt; 대표. <img src="/files/ftp_upload/2497/2497fig5.jpg" alt="그림 5" /> 그림 5. 16 고정 뇌 표본의 스캐닝을위한 16 채널 솔레노이드 코일 배열입니다. <img src="/files/ftp_upload/2497/2497fig6.jpg" alt="그림 6" /> 그림 6. 대표 전 생체내 두뇌 이미지.

<ol>
	<li>Bock, N. A., Konyer, N. B., Henkelman, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiple-mouse+MRI.">Multiple-mouse MRI.</a> Magn. Reson. Med. 49, 158-167 (2003).</li><li>Dazai, J., Bock, N. A., Nieman, B. J., Davidson, L. M., Henkelman, R. M., Chen, X. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiple+mouse+biological+loading+and+monitoring+system+for+MRI.">Multiple mouse biological loading and monitoring system for MRI.</a> Magn. Reson. Med. 52, 709-715 (2004).</li><li>Spring, S., Lerch, J. P., Henkelman, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sexual+dimorphism+revealed+in+the+structure+of+the+mouse+brain+using+three-dimensional+magnetic+resonance+imaging.">Sexual dimorphism revealed in the structure of the mouse brain using three-dimensional magnetic resonance imaging.</a> NeuroImage. 35, 1424-1433 (2007).</li><li>Idziak, S., Haeberlen, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Design+and+construction+of+a+high+homogeneity+rf+coil+for+solid-state+multiple-pulse+NMR.">Design and construction of a high homogeneity rf coil for solid-state multiple-pulse NMR.</a> J. Magn. Reson. 50, 281-288 (1982).</li></ol>

관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.

생체내 및 이미징 시간을 늘리지 않고 상당히 이미징 연구의 처리량을 증가시킬 한 번에 전 생체내 마우스 이미징 시스템 이미지를 여러 과목에서 모두. 생체내 및 전 생체내 여러 마우스 이미징 기술에 모두에서 뇌 이미지는 높은 품질이며 각각 마우스 두뇌의 주요 및 사소한 구조를 phenotyping에 적합합니다. 여러 표본의 동물 준비 시간을 최소화하기 위해 프로세스 parallelization는 최고 중요성이다. 예를 들어, 유도 챔버의 개발은 동시에 여러 표본의 유도에 대한 허용 및 신체 위치를 표준화하면서 썰매 ECG 및 온도 프로브의 응용 프로그램을 동기화하고 있습니다. 또한, 우리의 옛 생체내 이미징 시스템은 높은 처리량 phenotyping 연구에 이상적입니다 한 번에 16 고정 전체 두뇌의 고해상도의 입체 영상을 얻은 우리에게 있습니다. 생체내 이미징 시스템에서 우리의 가능한 제한이 개별적으로 각각의 마우스에 대한 마취 및 온도를 제어하는 무능력을 포함합니다. 필요한 각각의 마취 관리는 각 마우스 전용 마취 vaporizers의 추가로 구현할 수있다면. 생체내 이미징 시스템의 또 다른 한계는 검사가 약 32g 미만 마우스로 제한되어있다는 점이다. 그러나, 큰 동물을 수용하기 위해 코일의 크기를 증가 현재 계획이 있습니다.

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		<div>
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		<thead>
		<tr>
		<th>Material Name</th>
		<th>Type</th>
		<th>Company</th>
		<th>Catalogue Number</th>
		<th>Comment</th>
		</tr>
		</thead>
		<tbody>
		
<tr>
<td>Isoflurane, USP (AErrane)</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Baxter</td>
<td>CA2L9108</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>NAIR</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Church &amp; Dwight Canada Corp.</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Tears Naturale P.M.</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Alcon</td>
<td>DIN 02082519</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Omniscan (gadodiamide injection USP) </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>GE healthcare</td>
<td>J-110A</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Custom Sleds </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Dazai Research Instruments</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>PBS w/o Ca and Mg </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Wisent</td>
<td>311-010-CL</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Heparin 10000USP/10ml </td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Pharmaceutical Partners of Canada</td>
<td>DIN 02264315</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>ProHance (gadoteridol injection USP)</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Bracco Diagnostics</td>
<td>11181 </td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Parafolmadehyde (powder)</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Sigma</td>
<td>P-6148-500g</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Sodium Azide</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Fisher</td>
<td>S227-100</td>
<td>&nbsp;</td>
<tr>
<td>Formalin 10%</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Fisher </td>
<td>SF100-4</td>
<td>&nbsp;</td>		</tbody>
		</table>
		</div>

multiple-mouse neuroanatomical magnetic resonance imaging

자기 공명 영상 (MRI)와 마우스 phenotyping의 분야는 급속하게 인간의 질병의 마우스 모델을 특성화하고 평가하기위한 도구 개선의 필요성에 의해 동기, 성장하고 있습니다. MRI는 유전자 조작 동물을 조사하는 훌륭한 양상이다. 그것은 전체 뇌 보험이 가능합니다 생체내에서 사용할 수 있으며, neuranatomy 및 생리학의 다른 측면을 조사하는 여러 대비 메커니즘을 제공합니다. 여러 개의 마우스를 스캔할 수있는 능력과 함께 높은 분야 스캐너의 출현은 동시에 새로운 변이의 급속한 phenotyping을 허용합니다. 효과적인 마우스 MRI 연구는 실험 설계의 여러 측면에 관심을 필요로합니다. 이 문서에서는, 우리는 시스템을 사용하여 마우스 phenotyping 품질의 이미지를 얻기위한 일반적인 방법을 설명 것을 동시에 차폐 수신 / 송신 주파수의 이미지 마우스 (RF) 일반적인 자석에서 코일 (복 외., 2003). 우리는 특히 해부 phenotyping, 우리의 이미징 센터에서 다양한 마우스 모델에 미치는 영향에 대한 높은 가능성을 보여주었다 중요하고 접근이 응용 프로그램에 중점을두고 있습니다. 우리가 이러한 이미지를 얻기위한 자세한 절차를 제공하기 전에, 생체내 두뇌 이미징 (다자이 외., 2004)와 지적되어야 전직 생체내 두뇌 이미징 (봄 외., 2007)에서 모두 중요한 실용적인 고려 사항이 있습니다. 이들은 아래에 설명되어 있습니다.

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Multiple-mouse Neuroanatomical Magnetic Resonance Imaging

자기 공명 영상 (MRI)은 유전자 조작 생쥐의 표현형을 조사를위한 점점 인기있는 도구가되고 있습니다. 이 문서는 여러 마우스 MRI를 사용하여 유전자 조작 생쥐의 높은 처리량 phenotyping을 달성하는 데 필요한 방법을 보여줍니다.

여러 마우스 Neuroanatomical 자기 공명 영상

The field of mouse phenotyping with magnetic resonance imaging (MRI) is rapidly growing, motivated by the need for improved tools for characterizing and ...

multiple-mouse-neuroanatomical-magnetic-resonance-imaging

Research

JoVE Journal

Neuroscience

15.6K 조회수.  Hospital for Sick Children. 자기 공명 영상 (MRI)은 유전자 조작 생쥐의 표현형을 조사를위한 점점 인기있는 도구가되고 있습니다. 이 문서는 여러 마우스 MRI를 사용하여 유전자 조작 생쥐의 높은 처리량 phenotyping을 달성하는 데 필요한 방법을 보여줍니다.

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Magnetic Resonance Spectroscopy of live Drosophila melanogaster using Magic Angle Spinning

High-Resolution Magic Angle Spinning (HRMAS) proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) is a novel non-destructive technique that improves spectral line-widths and allows high-resolution spectra to be obtained from extracts, intact cells, cell cultures, and more importantly intact tissue to investigate relationships between metabolites and cellular processes. In vivo HRMAS 1H-MRS studies have yet to be reported in the live fruit fly Drosophila melanogaster. Drosophila, as a simpler genetic organism, allows the multiple biological functions and various evolutionarily conserved signaling pathways to be examined at the whole organism level and it is a useful model for investigating genetics and physiology. To this end, we developed and implemented an in vivo HRMAS 1H-MRS method to investigate live Drosophila at 14.1 T. Here, we outline an HRMAS 1H-MRS protocol for the molecular characterization of Drosophila with a conventional MR spectrometer equipped with an HRMAS probe. This technique is a novel, in vivo, non-destructive Drosophila metabolite measurement approach, which enables the identification of disease biomarkers and thus may contribute to novel therapeutic development.

Magnetic Resonance Spectroscopy of live Drosophila melanogaster using Magic Angle Spinning

This technique enables the use of high-resolution magic angle spinning proton MR spectroscopy (HRMAS 1H-MRS) for molecular characterization of live Drosophila melanogaster with a conventional 14.1 tesla spectrometer equipped with an HRMAS probe.

라이브의 자기 공명 분광학 Drosophila melanogaster 매직 앵글 스피닝를 사용하여

High-Resolution Magic Angle Spinning (HRMAS) proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) is a novel non-destructive technique that improves spectral ...

연구

신경과학

High-resolution Functional Magnetic Resonance Imaging Methods for Human Midbrain

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.

인간 Midbrain위한 고해상도 기능성 자기 공명 영상 방법

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 ...

The Use of Magnetic Resonance Spectroscopy as a Tool for the Measurement of Bi-hemispheric Transcranial Electric Stimulation Effects on Primary Motor Cortex Metabolism

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a neuromodulation technique that has been increasingly used over the past decade in the treatment of neurological and psychiatric disorders such as stroke and depression. Yet, the mechanisms underlying its ability to modulate brain excitability to improve clinical symptoms remains poorly understood 33. To help improve this understanding, proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) can be used as it allows the in vivo quantification of brain metabolites such as &#947;-aminobutyric acid (GABA) and glutamate in a region-specific manner 41. In fact, a recent study demonstrated that 1H-MRS is indeed a powerful means to better understand the effects of tDCS on neurotransmitter concentration 34. This article aims to describe the complete protocol for combining tDCS (NeuroConn MR compatible stimulator) with 1H-MRS at 3 T using a MEGA-PRESS sequence. We will describe the impact of a protocol that has shown great promise for the treatment of motor dysfunctions after stroke, which consists of bilateral stimulation of primary motor cortices 27,30,31. Methodological factors to consider and possible modifications to the protocol are also discussed.

This article aims to describe a basic protocol for combining transcranial direct current stimulation (tDCS) with proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) measurements to investigate the effects of bilateral stimulation on primary motor cortex metabolism.

일차 운동 피질 대사에 양성 반구 경 두개 전기 자극 효과의 측정을위한 도구로 자기 공명 분광학의 사용

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a neuromodulation technique that has been increasingly used over the past decade in the treatment of ...

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.

높은 해상도<em&gt; 생체</em&gt; 3T 자기 공명 영상을 이용하여 인간의 해마 서브 필드에 대한 수동 분할 프로토콜

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

High-resolution Structural Magnetic Resonance Imaging of the Human Subcortex In Vivo and 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 structural MRI in vivo is ultimately limited by physiological noise, including pulsation, respiration and head movement. Although imaging hardware continues to improve, it is still difficult to resolve structures on the millimeter scale. For example, the primary visual sensory pathways synapse at the lateral geniculate nucleus (LGN), a visual relay and control nucleus in the thalamus that normally is organized into six interleaved monocular layers. Neuroimaging studies have not been able to reliably distinguish these layers due their small size that are less than 1 mm thick.
The resolving limit of structural MRI, in a postmortem brain was tested using multiple images averaged over a long duration (~24 h). The purpose was to test whether it was possible to resolve the individual layers of the LGN in the absence of physiological noise. A proton density (PD)1 weighted pulse sequence was used with varying resolution and other parameters to determine the minimum number of images necessary to be registered and averaged to reliably distinguish the LGN and other subcortical regions. The results were also compared to images acquired in living human brains. In vivo subjects were scanned in order to determine the additional effects of physiological noise on the minimum number of PD scans needed to differentiate subcortical structures, useful in clinical applications.

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.

인간 Subcortex의 고해상도 구조 자기 공명 영상<I&gt; 생체</I&gt; 및 사후

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 ...

A Magnetic Resonance Imaging Protocol for Stroke Onset Time Estimation in Permanent Cerebral Ischemia

MRI provides a sensitive and specific imaging tool to detect acute ischemic stroke by means of a reduced diffusion coefficient of brain water. In a rat model of ischemic stroke, differences in quantitative T1 and T2 MRI relaxation times (qT1 and qT2) between the ischemic lesion (delineated by low diffusion) and the contralateral non-ischemic hemisphere increase with time from stroke onset. The time dependency of MRI relaxation time differences is heuristically described by a linear function and thus provides a simple estimate of stroke onset time. Additionally, the volumes of abnormal qT1 and qT2 within the ischemic lesion increase linearly with time providing a complementary method for stroke timing. A (semi)automated computer routine based on the quantified diffusion coefficient is presented to delineate acute ischemic stroke tissue in rat ischemia. This routine also determines hemispheric differences in qT1 and qT2 relaxation times and the location and volume of abnormal qT1 and qT2 voxels within the lesion. Uncertainties associated with onset time estimates of qT1 and qT2 MRI data vary from &plusmn; 25 min to &plusmn; 47 min for the first 5 hours of stroke. The most accurate onset time estimates can be obtained by quantifying the volume of overlapping abnormal qT1 and qT2 lesion volumes, termed 'Voverlap' (&plusmn; 25 min) or by quantifying hemispheric differences in qT2 relaxation times only (&plusmn; 28 min). Overall, qT2 derived parameters outperform those from qT1. The current MRI protocol is tested in the hyperacute phase of a permanent focal ischemia model, which may not be applicable to transient focal brain ischemia.

A protocol for stroke onset time estimation in a rat model of stroke exploiting quantitative magnetic resonance imaging (qMRI) parameters is described. The procedure exploits diffusion MRI for delineation of the acute stroke lesion and quantitative T1 and T2 (qT1 and qT2) relaxation times for timing of stroke.

영구적인 뇌 허 혈에서 뇌졸중 발병 시간 추정에 대 한 자기 공명 화상 진 찰 프로토콜

MRI provides a sensitive and specific imaging tool to detect acute ischemic stroke by means of a reduced diffusion coefficient of brain water. In a rat ...

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.

확산 텐서 만성 척수 압축에서 자기 공명 이미징

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

Standardized Data Acquisition for Neuromelanin-Sensitive Magnetic Resonance Imaging of the Substantia Nigra

The dopaminergic system plays a crucial role in healthy cognition (e.g., reward learning and uncertainty) and neuropsychiatric disorders (e.g., Parkinson's disease and schizophrenia). Neuromelanin is a byproduct of dopamine synthesis that accumulates in dopaminergic neurons of the substantia nigra. Neuromelanin-sensitive magnetic resonance imaging (NM-MRI) is a noninvasive method for measuring neuromelanin in those dopaminergic neurons, providing a direct measure of dopaminergic cell loss in the substantia nigra and a proxy measure of dopamine function. Although NM-MRI has been shown to be useful for studying various neuropsychiatric disorders, it is challenged by a limited field-of-view in the inferior-superior direction resulting in the potential loss of data from the accidental exclusion of part of the substantia nigra. In addition, the field is lacking a standardized protocol for the acquisition of NM-MRI data, a critical step in facilitating large-scale multisite studies and translation into the clinic. This protocol describes a step-by-step NM-MRI volume placement procedure and online quality control checks to ensure the acquisition of good-quality data covering the entire substantia nigra.

This protocol shows how to acquire neuromelanin-sensitive magnetic resonance imaging data of the substantia nigra.

흑질의 뉴로멜라닌 민감성 자기공명영상을 위한 표준화된 데이터 수집

The dopaminergic system plays a crucial role in healthy cognition (e.g., reward learning and uncertainty) and neuropsychiatric disorders (e.g., ...

Acquisition of Resting-State Functional Magnetic Resonance Imaging Data in the Rat

Resting-state functional magnetic resonance imaging (rs-fMRI) has become an increasingly popular method to study brain function in a resting, non-task state. This protocol describes a preclinical survival method for obtaining rs-fMRI data. Combining low dose isoflurane with continuous infusion of the &#945;2 adrenergic receptor agonist dexmedetomidine provides a robust option for stable, high-quality data acquisition while preserving brain network function. Furthermore, this procedure allows for spontaneous breathing and near-normal physiology in the rat. Additional imaging sequences can be combined with resting-state acquisition creating experimental protocols with anesthetic stability of up to 5 h using this method. This protocol describes the setup of equipment, monitoring of rat physiology during four distinct phases of anesthesia, acquisition of resting-state scans, quality assessment of data, recovery of the animal, and a brief discussion of post-processing data analysis. This protocol can be used across a wide variety of preclinical rodent models to help reveal the resulting brain network changes that occur at rest.

This protocol describes a method for obtaining stable resting-state functional magnetic resonance imaging (rs-fMRI) data from a rat using low dose isoflurane in combination with low dose dexmedetomidine.

쥐에서 휴식 상태 기능 자기 공명 이미징 데이터 획득

Resting-state functional magnetic resonance imaging (rs-fMRI) has become an increasingly popular method to study brain function in a resting, non-task ...

Endovascular Perforation Model for Subarachnoid Hemorrhage Combined with Magnetic Resonance Imaging (MRI)

The endovascular filament perforation model to mimic subarachnoid hemorrhage (SAH) is a commonly used model - however, the technique can cause a high mortality rate as well as an uncontrollable volume of SAH and other intracranial complications such as stroke or intracranial hemorrhage. In this protocol, a standardized SAH mouse model is presented, induced by endovascular filament perforation, combined with magnetic resonance imaging (MRI) 24 h after operation to ensure the correct bleeding site and exclude other relevant intracranial pathologies. Briefly, C57BL/6J mice are anesthetized with an intraperitoneal ketamine/xylazine (70 mg/16 mg/kg body weight) injection and placed in a supine position. After midline neck incision, the common carotid artery (CCA) and carotid bifurcation are exposed, and a 5-0 non-absorbable monofilament polypropylene suture is inserted in a retrograde fashion into the external carotid artery (ECA) and advanced into the common carotid artery. Then, the filament is invaginated into the internal carotid artery (ICA) and pushed forward to perforate the anterior cerebral artery (ACA). After recovery from surgery, mice undergo a 7.0 T MRI 24 h later. The volume of bleeding can be quantified and graded via postoperative MRI, enabling a robust experimental SAH group with the option to perform further subgroup analyses based on blood quantity.

Endovascular Perforation Model for Subarachnoid Hemorrhage Combined with Magnetic Resonance Imaging MRI

Here we present a standardized SAH mouse model, induced by endovascular filament perforation, combined with magnetic resonance imaging (MRI) 24 h after operation to ensure the correct bleeding site and exclude other relevant intracranial pathologies.

자기 공명 영상(MRI)과 결합된 Subarachnoid 출혈에 대한 혈관 내 천공 모델

The endovascular filament perforation model to mimic subarachnoid hemorrhage (SAH) is a commonly used model - however, the technique can cause a high ...