모든 작품은 VIVO 현미경에 대한 공작 센터, NIH / NIBIB에서 수행되었다 국립 바이오 메디컬 기술 리소스 센터 (P41 EB015897)와 NCI 작은 동물 이미징 자원 프로그램 (U24 CA092656). 추가 지원은 NSF 대학원 연구 원정 (2,003,014,921)에서 제공했습니다.

1. 초음파 시스템 조립 및 보정 <ol><li> 초음파 시스템은 2 MHz의 범위에서 마우스 두뇌와 중심 주파수를 충당 하고도 다양한 직경을 가진 단일 요소 초음파 변환기로 시작합니다. 변환기가 초음파 펄스 시퀀스를 생성 신호 발생기에 연결된 50 DB-전력 증폭기에 의해 구동된다. </li><li> 초음파 시스템의 음향 압력을 보정하려면 결과 음향 압력에 적용된 전압을 관계하는 수중 처음기을 사용합니다. 수중 처음기 이상의 수조에 변환기를 배치합니다. 변환기에 간단한 펄스 (예 : 10 Hz의 펄스 반복 주파수와 트랜스 듀서의 주파수에서 10 사이클 사인파) 적용합니다. 변환기의 자연 포커스 (우리 13mm 직경 2.15 MHz의 변환기에 대한 약 60 ㎜)에서 초음파 빔의 중심에 있어야 정상 응답을 찾기 위해 3 축 번역 단계를 사용하십시오. </li><li> 울렸다 통해 여러 측정 만들기시스템의 선형성을 확인하기 위해 입력 전압의 전자 (예 : 50-400 MV PP). 입력 전압과 음향 압력 사이의 관계를 추정하는 간단한 선형 회귀를 사용하십시오. 저희 시스템에서는 258 및 167 MV PP의 입력 전압은 0.52와 0.36 MPA의 피크 - 부정적인 음향 압력에 통신을. </li><li> 프로그램 신호 발생기를 50,000 버스트 당 사이클 및 64 MS의 버스트주기와 변환기 주파수에서 sinusoidal 펄스의 파열 구성된 초음파 펄스 시퀀스를 생성합니다. 교정 측정을 바탕으로 변환기의 자연 초점의 중심에서 0.36 MPA의 피크 - 부정적인 음향 압력을 생성하는 펄스 진폭을 설정합니다. </li></ol> 2. 시약을 준비한다 <ol><li> 100 밀리미터 (300 mOsM) 및 필터 소독의 농도에서 살균 물에 망간 염화물 tetrahydrate (MnCl 2 · 4H 2 O)를 해산. </li><li> &quot;activati​​n 의해 perflutren 지질 microspheres를 생산G는 &quot;45의 제조 업체에서 제공한 교반기의 약병. 실험 하루 들면, 하나의 약병은 하루를 시작할 때 한 번만 활성화와 하루의 휴식을위한 재활 성화없이 사용할 수 있습니다. </li><li> microsphere 행정에 바로 전에, microspheres를 resuspend 위해 1 분 동안 손으로 유리병을 선동하다. 이것은 남아있는 microbubbles를 저하로 병을에서 microbubbles을 철수하면, 유리병으로 실내 공기를 주입하지 않습니다. 오늘의 마지막 사용 때까지 유리병을 남겨 후 냉장고에 보관. 이런 방식으로 유지, 하나의 약병은 몇 일간 지속될 수 있습니다. 이전 이후 일 처음으로 사용, 교반기에 저장된 약병을 다시 활성화. </li></ol> 3. 동물 준비 <ol><li> 코 콘에 의해 전달, isoflurane과 동물을 마취. 코 콘 장치는 동일한 위치에 각 시간에 정확하고 안정 동물의 머리를 해결할 수 있도록 설계되어야합니다. 우리 장비가 15 일 안에 머리를 유지전자 Paxinos 뇌 아틀라스 16에 사용되는 &#39;두개골 - 플랫 &quot;위치 (즉, 지느러미 두개골 표면이 수평입니다.) 85 125 숨을 당 분 간의 호흡 속도를 유지하기 위해 마취를 적정하다. 가열 램프 또는 파열된 공기를 사용하여 체온을 유지합니다. 윤활제로 눈을 보호합니다. </li><li> 전기 트리머를 사용하여 마우스 두피에서 머리카락을 제거합니다. </li><li> 꼬리 정맥 카테터와 intraperitoneal (IP) 카테터를 놓습니다. 생존 연구의 경우 적절한 무균 기술을 사용해야합니다;이 기사에 대한 동영상에서 시연 IP 카테터 배치는 아닌 생존 실험에 적합합니다. </li><li> 의 연결을 자극 실험에 필요한 추가 준비를합니다. 배럴 필드 피질의 vibrissae 자극 매핑을 보려면 자극적 뿌리 주위를 둘러싸고있는 피부가없이 가장 가까운 가능한 피부 표면 vibrissae를 잘라 해부 현미경과 microsurgical 가위를 사용합니다. </li><li> 의 장소 초음파 젤두피 후 머리쪽으로 얇은 플라스틱 시트 (예, 7.6 μm의의 쓰레기통 라이너)에 의해 포함된 낮은 물이 칼럼. 초음파 젤에 갇혀받을 모든 공기 방울을 밀어 솜 스쳐 면봉으로 물 기둥을 통해 도달. 직접 마우스 뇌 이상의 물을 열에 자연 초점 거리 (58 ㎜)에 초음파 변환기를 배치하고, 모든 갇힌 공기 방울을 제거하려면 손가락 팁 함께 변환기를 닦아냅니다. </li></ol> 4. Microbubbles 및 울트라 사운드 (BOMUS)와 혈액 - 뇌 장벽 개관 <ol><li> 0.5 mmol / kg IP의 복용량에서 망간 용액의 intraperitoneal 주사를 줘. 망간가 흐름, 그리고 (그림 1)은 배포할 수 있도록 10 분 정도 기다려야하지 않도록 intraperitoneal 카테터를 쏠. </li><li> BBB를 열려면 꼬리 정맥 카테터를 통해 perflutren 지질 microspheres (활성화 DEFINITY) 30 μL를 관리하고, 동시에, 초음파 펄스 시퀀스를 시작합니다. C3 분 insonification을 ontinue. </li></ol> 5. 의 연결을 자극 <ol><li> MN 2의 두뇌 레벨을 약 40 분간 허용 +의 연결을 자극을 시작하기 전에 안정화한다. 이런 방식에서는 MN이로 인해 극적인 기준 강화는 BBB 전체 + 확산은 자극으로 인해 미묘한 차등 향상 구분할 수 있습니다. 그렇다면, 선택의 패러다임 (그림 1)과 자극을 시작합니다. </li><li> vibrissae 자극은 isoflurane을 끄고 코 콘을 제거합니다. 피부에서 약 2~5mm의 거리 vibrissae 배열을 통해 원형 운동 (1-5 Hz에서)에 수동으로 부드러운 작가의 페인트 브러시를 이동합니다. 90 분 대한 자극을 계속합니다. 망간은 동물의 억제 자극을 허용 진정제 효과가 있습니다. 동물이 불안되면, 약 15 초간 코 콘 통해 isoflurane 5 %를 관리할 수 있습니다. </li></ol> 6. MagnetiC 공명 이미징 <ol><li> 자극 후, 코 콘을 통해 마취를 재개. 체온을 유지하고 85-125 심호흡 - 분당의 호흡 속도로 isoflurane 수준을 titrating 계속합니다. </li><li> MR 이미징 코일에 마우스를 놓고 MRI 시스템에 전송할 수 있습니다. 고해상도 3D T 1-가중 MR 이미지를 취득. 예를 들어, 다음 매개 변수와 함께 에코 (SPGR) 시퀀스를 회상 3D 버릇없는 그라디언트 사용, 2 MS의 반향 시간, 30 도로의 플립 각도, 15.63 kHz에서의 대역폭, 25 MS의 반복 시간 20 뷰 × 20 ​​필드 × 12mm, 128 × 128 × 60 행렬. </li></ol> 7. 이미지 분석 <ol><li> 이미지 분석에 사용되는 자극 패러다임에 따라 다릅니다. vibrissae 자극 실험 내용은 (그림 2), 적절한 분석 환경에 여러 동물로부터 이미지를 가져옵니다. 다른 사람은 왼쪽, FL에 자극 동안에 동물 오른쪽에 자극한다면IP 모든 이미지가 효과적 &quot;왼쪽 자극된.&quot;되도록 몇 가지 그런 다음, 그 contralateral unstimulated 편으로 각 뇌의 자극 측면을 비교, 중복 및 왼쪽 unstimulated 이미지 집합이 만들어집니다 미러를 만듭니다. 일반적인 공간으로 모든 이미지를 등록 후 3 × 3 × 3 픽셀 가우스 커널을 부드럽게. </li><li> 같은 MATLAB과 같은 수학적 분석 환경에 데이터를 내보냅니다. 선택적으로 데이터 세트에 무관한 해부를 덮으. Venot 외의 반복 방법으로 이미지를 강렬-정상화. 17,18. </li><li> 각 뇌의 unstimulated 측면에 해당 contralateral voxel 각 뇌의 자극 측면의 각 voxel을 비교하는 이점, 단일 꼬리 t 테스트를 사용합니다. </li><li> 차동 활동 영역 (그림 3)을 확인하는 결과 P-값지도를 표시합니다. </li></ol> 8. 대표 결과 여기에 제시된 방법은 두 가지 기금이 있습니다<html> amental 단계 : Microbubbles 및 초음파 (BOMUS)와 (1) BBB 오프닝 및 (2) 활성화 유발 망간 향상된 MRI (AIM MRI). 후자의 단계 전에 달려 있기 때문에 성공적인 구현 BOMUS를 확인하는 것이 중요합니다. T 1-단축 대비 에이전트 (예 : 망간 또는 가돌리늄 기반 에이전트 등) T에서 뇌 실질 조직의 신호 증가 1-가중 영상에서 결과의 행정 후에 혈액 - 뇌 장벽의 파괴 두뇌에 비해 어느 BOMUS에서 (그림 4) 수행되지 않았습니다. 그것이 동물간에 매우 일관성이 있지만, 이러한 망간 향상의 분포는 완전히 균일하지 않습니다. 분포 BBB 오프닝에서뿐만 아니라 inhomogeneity를 반영뿐만 아니라 뇌의 19 이내 MN의 본질이 아닌 균일한 분포입니다. BBB 오프닝의 공간적 및 시간적 역학 관계는 더 이전 12 설명되어있다. 엔트 &quot;&gt; BOMUS이 성공적으로 구현되면 다음 단계는 목표는 MRI를 수행하는 것입니다 많은 실험적인 패러다임이 가능합니다,.. 그러나 많은 잠재력의 confounds, 컨트롤 및 분석 있기 때문에 신중하게 설계되어야 혼란함을 주죠 효과 inhomogeneous BBB 개구를 포함, 뇌, MN 확산의 시간적 역학 및 특이 현상의 연결 활동 MN의 inhomogeneous 축적.이 예제에서는 vibrissae의 일방적인 자극으로의 연결 응답이 매핑되었다. inhomogeneities와 미네소타 유량, 각 뇌의 unstimulated 측면 용도에 대한 상세한 설명 내부 통제로 사용되었다. 동물 사이에 차이가있을 특이 현상의 연결 행위를 정산하는 데, 분석 동물 (그림 2) 사이에서 일관되게 달랐다 영역을 식별하는 통계적 테스트를 사용했습니다. 결과는 입체 차이가지도하고 있었다 입체 P-값은지도 (그림 3), 영역을 표시하는 오른쪽의자극 vibrissae에 contralateral 높은 신호. 지도의 왼쪽 영역이 자극 vibrissae에 ipsilateral 상당히 높은 신호를 가지고있는 지적했다. P-값지도 응답 자극이 광범위하게 전기 생리학 20,21 및 2-deoxyglucose 연구에 의해 문서화되었습니다 vibrissae하는 일차 감각 피질의 배럴 필드로 통신을 자극 vibrissae에 contralateral 높은 신호의 광범위한 지역을 확인. 이러한 결과의 더 완전한 논의는 이전에 13 게시되었습니다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/4055/4055fig1.jpg" /> 그림 1. BOMUS 및 AIM MRI (Howles 외에서 적응. 13)과 기능적인 neuroimaging을위한 프로토콜 타임 라인. <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/4055/4055fig2.jpg" /> 지역 O를 식별하는 그림 2. 분석 제도각 뇌의 자극과 unstimulated 양측 간의 F 서로 다른 강도. 그 contralateral unstimulated 편으로 각 뇌의 자극 측면을 비교하려면이 중복과 왼쪽 unstimulated 이미지 집합이 만들어집니다 미러. 이러한 이미지는 등록 여과 및 표준됩니다. 마지막으로, 검사에서 왼쪽 자극과 왼쪽 unstimulated 이미지를 비교합니다. 각 뇌의 자극 측면에만 동일한 뇌의 unstimulated 측면에 비해되도록 t 시험은 &quot;이점&quot;입니다. t 시험은 P-값은지도의 반대쪽이의 unstimulated 측면에 상당히 높은 신호를 나타내며 P-값지도의 한쪽은 두뇌의 자극 측면에서 상당히 높은 신호를 나타냅니다 있도록 &quot;단일 꼬리&quot;입니다 뇌 (Howles 외에서 적응. 13). <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/4055/4055fig3.jpg" /> 그림 3. 두 개의 서로 다른 축방향 위치에서 일곱 동물의 풀링된 분석 결과. 티<html> 그는 첫 번째 열에는 효과적 모든 생쥐들이 왼쪽 vibrissae는 자극했다 있도록 정렬 등록된 모든 이미지의 의미를 보여줍니다. 이러한 이미지는 contralateral 반구 각 voxel 상대에서 신호의 평균 % 증가를 나타내는 컬러지도와 중첩되며, 같은 색상 막대로 표시. 자극에 contralateral 반구가 높은 신호를 가지고있는 이미지의 오른쪽에있는 컬러 지역 보여줍니다. 자극에 ipsilateral 반구가 높은 신호를 가지고있는 이미지의 왼쪽에 컬러 지역 보여줍니다. 두 번째 열은 신호의 증가의 통계적 의미를 나타내는 P-값지도 중첩 같은 이미지를 보여줍니다. 세 번째 열 (Howles 외에서 적응. 13) 음영 감각 피질의 총신 필드 Paxinos stereotaxic 아틀라스 16 일부터 해당 인물에 중첩 같은 P-값지도를 보여줍니다. / 4055/4055fig4.jpg &quot;/&gt; 그림 4. + 두뇌에 MN 2 공간적 분포. 이미지 (N = 5) 및 ​​제어 (N = 4) 생쥐에게 BOMUS-대우에서 0.5 mmol / kg IP MnCl이 후 170 분을 인수했다. 정규화 후, 의미 및 표준 편차지도는 (왼쪽 패널) 계산되었다. 향상은 BOMUS-대우 생쥐에 늘어납니다. 이러한 향상은 두뇌에 걸쳐 균일 아니었지만, 그것은 두뇌와 심실의 가장자리 근처를 제외하고 비교적 일관했습니다. 각종 구조물 주위에 그려진 관심 지역 (ROIs)을 사용하여 평균 SNR은 (+ 1 SD) 각 그룹 (오른쪽 패널)을 통해 계산되었다. BOMUS - 대우 동물은 큰 SNR을 보여주뿐만 아니라 구조 사이의과 동물 사이에 큰 편차 (Howles 외에서 적응. 13). <img alt="그림 5" src="/files/ftp_upload/4055/4055fig5.jpg" /> 그림 5. BOMUS의 조직 효과를 검토하기 위해서는 BOMUS-대우 생쥐의 두뇌는 고정되어 있었는데, SE500 ctioned - μm의 간격, 그리고 hematoxylin 및 eosin 물들일. 뇌의 각 부분에서 본 붉은 혈액 세포 extravasations의 평균 개수는 0.36 MPA (N = 3), 0.52 MPA (N = 4), 및 5.0 MPA (N = 1)의 음향 압력에 대해서만 표시됩니다. 오차 막대는 표준 오류를 표시합니다. 두 번째 패널은 5.0 MPA (Howles 외에서 적응. 12)에 노출 두뇌에서 심각한 적혈구의 넘쳐 흐름의 예를 보여줍니다. <img alt="그림 6" src="/files/ftp_upload/4055/4055fig6.jpg" /> 6 그림. 양적 행동 테스트를 마취하기 전에 활동, 각성, 그리고 응답을 평가하는 데 사용, 3, 24 시간 마취에서 회복 후되었습니다. 채점 시스템은, 이전에 12 설명이 잘 창업 양적 마우스 행동 평가 개발을 바탕으로했다1968 22 어윈에 의해 에드. 평균 동작 (± SEM) 제어를위한 점수 (N = 3)과 BOMUS (0.36 MPA) 취급 (N = 8) 동물이 표시됩니다. 사전 마취 기준에 상대적으로, 모든 동물 3 시간 마취 후 행동 점수의 감소를 보여,하지만 그들은 대부분 다음날로 복구합니다. 각 시점에서 아무런 차이가 BOMUS은 잴 수있을 정도로 동물의 행동을 (Howles 외에서 적응. 12)에 영향을 미치지 않았다고 나타내는 두 그룹 사이에 본 적이되었다.

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E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noninvasive,+transcranial+and+localized+opening+of+the+blood-brain+barrier+using+focused+ultrasound+in+mice.">Noninvasive, transcranial and localized opening of the blood-brain barrier using focused ultrasound in mice.</a> Ultrasound Med. Biol. 33, 95-104 (2007).</li><li>McDannold, N., Vykhodtseva, N., Hynynen, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+ultrasound+pulses+combined+with+definity+for+targeted+blood-brain+barrier+disruption:+A+feasibility+study.">Use of ultrasound pulses combined with definity for targeted blood-brain barrier disruption: A feasibility study.</a> Ultrasound Med. Biol. 33, 584-590 (2007).</li><li>Silva, A. C., Lee, J. H., Aoki, L., Koretsky, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Manganese-enhanced+magnetic+resonance+imaging+(MEMRI):+methodological+and+practical+considerations.">Manganese-enhanced magnetic resonance imaging (MEMRI): methodological and practical considerations.</a> Nmr. Biomed. 17, 532-543 (2004).</li><li>Meiri, U., Rahamimoff, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neuromuscular+transmission+-+inhibition+by+manganese+ions.">Neuromuscular transmission - inhibition by manganese ions.</a> Science. 176, 308 (1972).</li><li>Aschner, M., Guilarte, T. R., Schneider, J. S., Zheng, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Manganese:+Recent+advances+in+understanding+its+transport+and+neurotoxicity.">Manganese: Recent advances in understanding its transport and neurotoxicity.</a> Toxicol. Appl. Pharm. 221, 131-147 (2007).</li><li>Watanabe, T., Frahm, J., Michaelis, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Manganese-enhanced+MRI+of+the+mouse+auditory+pathway.">Manganese-enhanced MRI of the mouse auditory pathway.</a> Magnet. Reson. Med. 60, 210-212 (2008).</li><li>Yu, X., Wadghiri, Y. Z., Sanes, D. H., Turnbull, D. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+vivo+auditory+brain+mapping+in+mice+with+Mn-enhanced+MRI.">In vivo auditory brain mapping in mice with Mn-enhanced MRI.</a> Nat. Neurosci. 8, 961-968 (2005).</li><li>Yu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Statistical+mapping+of+sound-evoked+activity+in+the+mouse+auditory+midbrain+using+Mn-enhanced+MRI.">Statistical mapping of sound-evoked activity in the mouse auditory midbrain using Mn-enhanced MRI.</a> Neuroimage. 39, 223-230 (2008).</li></ol>

관심의 어떠한 충돌 선언 없습니다.

여기 방법 noninvasively 초음파 및 microbubbles (BOMUS)로 전체 마우스 뇌 전체에 BBB를 열기 위해 제시되었다. BBB 오픈과 함께, MN 2 + 투여되었으며 활성화 유발 망간 향상된 MRI는 (AIM MRI) 가볍게 진정제를 생쥐의 짧은 기간 동안의 자극에 대한 이미지의 연결 응답에 사용되었다. 적절한 BBB 오프닝은 0.36 MPA의 피크 - 부정적인 음향 압력으로 실현됐다. 참고 이것은 초음파 빔의 ?...

<table border="1"><tbody><tr><td> 시약의 이름 </td><td> 회사 </td><td> 카탈로그 번호 </td><td> 댓글 </td></tr><tr><td> 수중 처음기 </td><td> Sonora 의료 장비, Longmont, CA </td><td> SN S4-251 </td><td></td></tr><tr><td> 번역 단계 </td><td> 뉴 포트 주식 회사, 얼바인, 캘리포니아 </td><td></td><td></td></tr><tr><td> 초음파 변환기 </td><td> 올림푸스 뉴펀들랜드 서머 타임, 주식 회사, Waltham 석사 </td><td> A306S-SU </td><td> 카탈로그에 나와있는 명목 주파수에 따라 다를 수도 특정 변환기의 정확한 중심 주파수를 찾기 위해 변환기와 함께 제조 업체의 테스트 시트를 검토합니다. (예, 우리 듀서의 공칭 주파수는 2.25 MHz의했지만 실제 중심 주파수는 2.15 MHz의였다.) </td></tr><tr><td> Vevo 이미징 역 </td><td> VisualSonics 주식 회사 토론토, 캐나다 </td><td>; </td><td></td></tr><tr><td> 50dB 전력 증폭기 </td><td> E &amp; I, 로체스터, NY </td><td> 모델 240L </td><td></td></tr><tr><td> 신호 발생기 </td><td> 애질런트 테크놀로지, 산타 클라라, 캘리포니아 </td><td> 모델 33220A </td><td></td></tr><tr><td> MnCl 2 - (H2O) 4 </td><td> 시그마 </td><td></td><td> 분자량은 배치에 따라 다르며, 정확한 측정을 위해 제조 업체에 연락 </td></tr><tr><td> Perflutren 지질 microspheres </td><td> Lantheus 의료 이미징, 북아 일 Billerica, MA </td><td> DEFINITY </td><td></td></tr><tr><td> Microsphere의 교반기 </td><td> Lantheus 의료 이미징, 북아 일 Billerica, MA </td><td> VIALMIX </td><td></td></tr><tr><td> MR 이미징 코일 </td><td> m2m 이미징 주식 회사, 번지, OH </td><td></td><td> 35mm 직경의 직교이 전송 / 볼륨 코일을받을 </td></tr><tr><td> MRI 시스템 </td><td> GE 헬스케어, Milwauke전자 위스콘신 </td><td></td><td> 7-T 수평 구멍 자석을 운영 GE의 자극 콘솔 </td></tr><tr><td> 이미지 분석 환경 </td><td> 얼굴 이미징, 샌디에고, 캘리포니아, MathWorks, Natic​​k MA </td><td> Amira MATLAB </td><td></td></tr></tbody></table>

functional neuroimaging using ultrasonic blood-brain barrier disruption and manganese-enhanced mri

생쥐는 신경 과학, 마우스의 기능 neuroimaging의 유전 및 분자 토대를 공부에 대한 지배적인 모델 시스템이지만 것은 기술적으로 도전 남아있다. 하나의 접근 방법, 정품 인증 유발 망간 향상된 MRI (AIM MRI)는 설치류 1-5에의 연결 활동을 매핑하는 데 성공적으로 사용되었습니다. AIM MRI에서는 MN 2 + 칼슘 아날로그를 역할을하고 depolarized 뉴런 6,7 년 쌓입니다. MN 2 + T 1 조직 속성을 단축하기 때문에 고가의 연결 활동 지역은 MRI로 향상됩니다. 또한, MN 2 + 활성화된 지역에서 서서히 걷히고 있으므로 자극이 큰 실험적인 유연성을 가능하게 사전 이미징에 자석 외부에서 수행할 수 있습니다. 다만, MN 2 + 즉시 특히 생쥐의 혈액 뇌 장벽 (BBB) ​​BBB는 AIM MRI의 사용을 제한하고있다 열 필요성을, 교차하지 않기 때문에. BBB를 열기위한 하나의 도구 ult입니다rasound. 위험성이 있지만 초음파는 가스입 microbubbles (즉, 초음파 대비 에이전트)과 함께 시행되는 경우, BBB 오프닝에 필요한 음향 압력은 상당히 낮습니다. 초음파 및 microbubbles의이 조합이 안정적으로 조직 손상 8-11를 일으키는없이 BBB을 여는 데 사용할 수 있습니다. 여기서 방법은 BBB를 엽니다 microbubbles와 초음파를 이용하여 MRI AIM 수행을 위해 제공됩니다. perflutren의 microbubbles의 정맥 주사 후, 산만 펄스 초음파 빔는 3 분 동안 면도 마우스 머리에 적용됩니다. 단순 위해서는 Microbubbles 및 BOMUS 12 등 초음파와 BBB 영업이 기법을 참조하십시오. 양쪽 대뇌 반구에 걸쳐 BBB를 엽니다 BOMUS를 사용하여 망간은 전체 마우스 두뇌로 관리합니다. 가볍게 좀 진정 생쥐의 실험 자극 후, AIM MRI가의 연결 응답을 매핑하는 데 사용됩니다. 에이 접근법을 보여주는, 여기 BOMUS 및 AIM MRI도 13 가볍게 마취 생쥐의 vibrissae의 일방적인 기계적 자극을 매핑하는 데 사용됩니다. BOMUS 양쪽 반구에 걸쳐 BBB를 열 수 있기 때문에 뇌의 unstimulated 측면은 특이 현상이 배경 자극에 대해 제어하는​​ 데 사용됩니다. 결과 3D 활성화지도 총신 분야 피질 14 vibrissae 지역의 출판 표현과 잘 동의한다. BBB의 초음파 개통은 빠른 비침 투, 그리고 가역입니다; 때문에 이러한 방식은 깨어있는 생쥐의 높은 처리량 및 / 또는 종단 연구에 적합합니다.

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Functional Neuroimaging Using Ultrasonic Blood-brain Barrier Disruption and Manganese-enhanced MRI

기술은 광범위하게 microbubbles와 초음파를 사용하여 마우스의 혈액 - 뇌 장벽을 여는 대해 설명되어 있습니다. 이 기법을 사용하여, 망간은 마우스 뇌에 관리할 수 있습니다. 망간은 depolarized 뉴런에 축적 MRI 대비 에이전트이기 때문에, 이러한 방식의 연결 활동의 이미징을 가능하게합니다.

초음파 혈액 - 뇌 장벽 파괴 및 망간 향상된 MRI를 사용하여 기능성 Neuroimaging

Although mice are the dominant model system for studying the genetic and molecular underpinnings of neuroscience, functional neuroimaging in mice remains ...

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Research

JoVE Journal

Neuroscience

14.9K 조회수.  Stanford University. 기술은 광범위하게 microbubbles와 초음파를 사용하여 마우스의 혈액 - 뇌 장벽을 여는 대해 설명되어 있습니다. 이 기법을 사용하여, 망간은 마우스 뇌에 관리할 수 있습니다. 망간은 depolarized 뉴런에 축적 MRI 대비 에이전트이기 때문에, 이러한 방식의 연결 활동의 이미징을 가능하게합니다.

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Measuring the Subjective Value of Risky and Ambiguous Options using Experimental Economics and Functional MRI Methods

Most of the choices we make have uncertain consequences. In some cases the probabilities for different possible outcomes are precisely known, a condition termed "risky". In other cases when probabilities cannot be estimated, this is a condition described as "ambiguous". While most people are averse to both risk and ambiguity1,2, the degree of those aversions vary substantially across individuals, such that the subjective value of the same risky or ambiguous option can be very different for different individuals. We combine functional MRI (fMRI) with an experimental economics-based method3 to assess the neural representation of the subjective values of risky and ambiguous options4. This technique can be now used to study these neural representations in different populations, such as different age groups and different patient populations.
In our experiment, subjects make consequential choices between two alternatives while their neural activation is tracked using fMRI. On each trial subjects choose between lotteries that vary in their monetary amount and in either the probability of winning that amount or the ambiguity level associated with winning. Our parametric design allows us to use each individual's choice behavior to estimate their attitudes towards risk and ambiguity, and thus to estimate the subjective values that each option held for them. Another important feature of the design is that the outcome of the chosen lottery is not revealed during the experiment, so that no learning can take place, and thus the ambiguous options remain ambiguous and risk attitudes are stable. Instead, at the end of the scanning session one or few trials are randomly selected and played for real money. Since subjects do not know beforehand which trials will be selected, they must treat each and every trial as if it and it alone was the one trial on which they will be paid. This design ensures that we can estimate the true subjective value of each option to each subject. We then look for areas in the brain whose activation is correlated with the subjective value of risky options and for areas whose activation is correlated with the subjective value of ambiguous options.

Using functional MRI and behavioral methods to determine the neural representation of the subjective value of risky and ambiguous options in the human brain.

실험 경제 기능 MRI 방법을 사용하여 위험하고 모호한 옵션의 주관적 가치를 측정

Most of the choices we make have uncertain consequences. In some cases the probabilities for different possible outcomes are precisely known, a condition ...

연구

신경과학

Optogenetic Functional MRI

The investigation of the functional connectivity of precise neural circuits across the entire intact brain can be achieved through optogenetic functional magnetic resonance imaging (ofMRI), which is a novel technique that combines the relatively high spatial resolution of high-field fMRI with the precision of optogenetic stimulation. Fiber optics that enable delivery of specific wavelengths of light deep into the brain in vivo are implanted into regions of interest in order to specifically stimulate targeted cell types that have been genetically induced to express light-sensitive trans-membrane conductance channels, called opsins. fMRI is used to provide a non-invasive method of determining the brain's global dynamic response to optogenetic stimulation of specific neural circuits through measurement of the blood-oxygen-level-dependent (BOLD) signal, which provides an indirect measurement of neuronal activity. This protocol describes the construction of fiber optic implants, the implantation surgeries, the imaging with photostimulation and the data analysis required to successfully perform ofMRI. In summary, the precise stimulation and whole-brain monitoring ability of ofMRI are crucial factors in making ofMRI a powerful tool for the study of the connectomics of the brain in both healthy and diseased states.

This protocol describes the steps and data analysis required to successfully perform optogenetic functional magnetic resonance imaging (ofMRI). ofMRI is a novel technique that combines high-field fMRI readout with optogenetic stimulation, allowing for cell type-specific mapping of functional neural circuits and their dynamics across the whole living brain.

Optogenetic 기능 MRI

The investigation of the functional connectivity of precise neural circuits across the entire intact brain can be achieved through optogenetic functional ...

An In Vivo Blood-brain Barrier Permeability Assay in Mice Using Fluorescently Labeled Tracers

Blood-brain barrier (BBB) is a specialized barrier that protects the brain microenvironment from toxins and pathogens in the circulation and maintains brain homeostasis. The principal sites of the barrier are endothelial cells of the brain capillaries whose barrier function results from tight intercellular junctions and efflux transporters expressed on the plasma membrane. This function is regulated by pericytes and astrocytes that together form the neurovascular unit (NVU). Several neurological diseases such as stroke, Alzheimer&#39;s disease (AD), brain tumors are associated with an impaired BBB function. Assessment of the BBB permeability is therefore crucial in evaluating the severity of the neurological disease and the success of the treatment strategies employed.
We present here a simple yet robust permeability assay that have been successfully applied to several mouse models both, genetic and experimental. The method is highly quantitative and objective in comparison to the tracer fluorescence analysis by microscopy that is commonly applied. In this method, mice are injected intraperitoneally with a mix of aqueous inert fluorescent tracers followed by anesthetizing the mice. Cardiac perfusion of the animals is performed prior to harvesting brain, kidneys or other organs. Organs are homogenized and centrifuged followed by fluorescence measurement from the supernatant. Blood drawn from the cardiac puncture just before perfusion serves for normalization purpose to the vascular compartment. The tissue fluorescence is normalized to the wet weight and serum fluorescence to obtain a quantitative tracer permeability index. For additional confirmation, the contralateral hemi-brain preserved for immunohistochemistry can be utilized for tracer fluorescence visualization purposes.

An In Vivo Blood-brain Barrier Permeability Assay in Mice Using Fluorescently Labeled Tracers

Here we present a mouse brain vascular permeability assay using intraperitoneal injection of fluorescent tracers followed by perfusion that is applicable to animal models of blood-brain barrier dysfunction. One hemi-brain is used for assessing permeability quantitatively and the other for tracer visualization/immunostaining. The procedure takes 5 - 6 h for 10 mice.

Vivo에서 혈액-뇌 장벽 침투성 분석 결과 사용 하 여 마우스에 붙일 추적기 표시

Blood-brain barrier (BBB) is a specialized barrier that protects the brain microenvironment from toxins and pathogens in the circulation and maintains ...

An In Vivo Assessment of Blood-Brain Barrier Disruption in a Rat Model of Ischemic Stroke

Ischemic stroke leads to vasogenic cerebral edema and subsequent primary brain injury, which is mediated through destruction of the blood-brain barrier (BBB). Rats with induced ischemic stroke were established and used as in vivo models to investigate the functional integrity of the BBB. Spectrophotometric detection of Evans blue (EB) in the brain samples with ischemic injury could provide reliable justification for the research and development of novel therapeutic modalities. This method generates reproducible results, and is applicable in any laboratory without a need for special equipment. Here, we present a visualized and technical guideline on the detection of the extravasation of EB following induction of ischemic stroke in rats.

An In Vivo Assessment of Blood-Brain Barrier Disruption in a Rat Model of Ischemic Stroke

The overall goal of this procedure is to provide a highly reproducible technique for in vivo assessment of the blood-brain barrier disruption in rat models of ischemic stroke.

허 혈 성 뇌졸중의 쥐 모델에서 뇌혈관 장애의 비보에 평가

Ischemic stroke leads to vasogenic cerebral edema and subsequent primary brain injury, which is mediated through destruction of the blood-brain barrier ...

Neuroimaging Field Methods Using Functional Near Infrared Spectroscopy (NIRS) Neuroimaging to Study Global Child Development: Rural Sub-Saharan Africa

Portable neuroimaging approaches provide new advances to the study of brain function and brain development with previously inaccessible populations and in remote locations. This paper shows the development of field functional Near Infrared Spectroscopy (fNIRS) imaging to the study of child language, reading, and cognitive development in a rural village setting of C&#244;te d&#39;Ivoire. Innovation in methods and the development of culturally appropriate neuroimaging protocols allow&#160;a first-time look into the brain&#39;s development and children&#39;s learning outcomes in understudied environments. This paper demonstrates protocols for transporting and setting up a mobile laboratory, discusses considerations for field versus laboratory neuroimaging, and presents a guide for developing neuroimaging consent procedures and building meaningful long-term collaborations with local government and science partners. Portable neuroimaging methods can be used to study complex child development contexts, including the impact of significant poverty and adversity on brain development. The protocol presented here has been developed for use in C&#244;te d&#39;Ivoire, the world&#39;s primary source of cocoa, and where reports of child labor in the cocoa sector are common. Yet, little is known about the impact of child labor on brain development and learning. Field neuroimaging methods have the potential to yield new insights into such urgent issues, and the development of children globally.

Neuroimaging Field Methods Using Functional Near Infrared Spectroscopy NIRS Neuroimaging to Study Global Child Development: Rural Sub-Saharan Africa

Portable neuroimaging approaches (functional Near Infrared Spectroscopy) provide advances to the study of the brain in previously inaccessible regions; here, rural C&#244;te d&#39;Ivoire. Innovation in methods and development of culturally-appropriate neuroimaging protocols permits novel study of the brain&#39;s development and children&#39;s learning outcomes in environments with significant poverty and adversity.

글로벌 아동 발달 연구에 적외선 분광학 (적외선) Neuroimaging 근처 기능 사용 하 여 Neuroimaging 필드 방법: 농촌 사하라 사막 이남의 아프리카

Portable neuroimaging approaches provide new advances to the study of brain function and brain development with previously inaccessible populations and in ...

A Benchtop Approach to the Location Specific Blood Brain Barrier Opening using Focused Ultrasound in a Rat Model

Stereotaxic surgery is the gold standard for localized drug and gene delivery to the rodent brain. This technique has many advantages over systemic delivery including precise localization to a target brain region and reduction of off target side effects. However, stereotaxic surgery is highly invasive which limits its translational efficacy, requires long recovery times, and provides challenges when targeting multiple brain regions. Focused ultrasound (FUS) can be used in combination with circulating microbubbles to transiently open the blood brain barrier (BBB) in millimeter sized regions. This allows intracranial localization of systemically delivered agents that cannot normally cross the BBB. This technique provides a noninvasive alternative to stereotaxic surgery. However, to date this technique has yet to be widely adopted in neuroscience laboratories due to the limited access to equipment and standardized methods. The overall goal of this protocol is to provide a benchtop approach to FUS BBB opening (BBBO) that is affordable and reproducible and can therefore be easily adopted by any laboratory.

Focused ultrasound with microbubble agents can open the blood brain barrier focally and transiently. This technique has been used to deliver a wide range of agents across the blood brain barrier. This article provides a detailed protocol for the localized delivery to the rodent brain with or without MRI guidance.

쥐 모델에서 집중 초음파를 사용하여 위치 특정 혈액 뇌 장벽 개방에 대한 벤치 탑 접근

Stereotaxic surgery is the gold standard for localized drug and gene delivery to the rodent brain. This technique has many advantages over systemic ...

Focused Ultrasound Induced Blood-Brain Barrier Opening for Targeting Brain Structures and Evaluating Chemogenetic Neuromodulation

Acoustically Targeted Chemogenetics (ATAC) allows for the noninvasive control of specific neural circuits. ATAC achieves such control through a combination of focused ultrasound (FUS) induced blood-brain barrier opening (FUS-BBBO), gene delivery with adeno-associated viral (AAV) vectors, and activation of cellular signaling with engineered, chemogenetic, protein receptors and their cognate ligands. With ATAC, it is possible to transduce both large and small brain regions with millimeter precision using a single noninvasive ultrasound application. This transduction can later allow for a long-term, noninvasive, device-free neuromodulation in freely moving animals using a drug. Since FUS-BBBO, AAVs, and chemogenetics have been used in multiple animals, ATAC should also be scalable for the use in other animal species. This paper expands upon a previously published protocol and outlines how to optimize the gene delivery with FUS-BBBO to small brain regions with MRI-guidance but without a need for a complicated MRI-compatible FUS device. The protocol, also, describes the design of mouse targeting and restraint components that can be 3D-printed by any lab and can be easily modified for different species or custom equipment. To aid reproducibility, the protocol describes in detail how the microbubbles, AAVs, and venipuncture were used in ATAC development. Finally, an example data is shown to guide the preliminary investigations of studies utilizing ATAC.

This protocol delineates steps necessary for the gene delivery through focused ultrasound blood brain barrier (BBB) opening, evaluation of the resulting gene expression, and measurement of neuromodulation activity of chemogenetic receptors through histological tests.

뇌 구조를 표적으로 삼고 화학 유전 학적 신경 조절을 평가하기위한 집중 초음파 유도 혈액 뇌 장벽 개방

Acoustically Targeted Chemogenetics (ATAC) allows for the noninvasive control of specific neural circuits. ATAC achieves such control through a ...

Role of Diffusion MRI Tractography in Endoscopic Endonasal Skull Base Surgery

Endoscopic endonasal surgery has gained a prominent role in the management of complex skull base tumors. It allows the resection of a large group of benign and malignant lesions through a natural anatomical extra-cranial pathway, represented by the nasal cavities, avoiding brain retraction and neurovascular manipulation. This is reflected by the patients' prompt clinical recovery and the low risk of permanent neurological sequelae, representing the main caveat of conventional skull base surgery. This surgery must be tailored to each specific case, considering its features and relationship with surrounding neural structures, mostly based on preoperative neuroimaging. Advanced MRI techniques, such as tractography, have been rarely adopted in skull base surgery due to technical issues: lengthy and complicated processes to generate reliable reconstructions for inclusion in the neuronavigation system. 
This paper aims to present the protocol implemented in the institution and highlights the synergistic collaboration and teamwork between neurosurgeons and the neuroimaging team (neurologists, neuroradiologists, neuropsychologists, physicists, and bioengineers) with the final goal of selecting the optimal treatment for each patient, improving the surgical results and pursuing the advancement of personalized medicine in this field.

We present a protocol to integrate diffusion MRI tractography in patient work-up to endoscopic endonasal surgery for a skull base tumor. The methods for adopting these neuroimaging studies in the pre- and intra-operative phases are described.

내시경 성 상반신 두개골 기본 수술에서 확산 MRI 기관도법의 역할

Endoscopic endonasal surgery has gained a prominent role in the management of complex skull base tumors. It allows the resection of a large group of ...

세포 장벽 무결성을 평가하기 위한 경내피 저항성 측정

Barrier Functional Integrity Recording on bEnd.3 Vascular Endothelial Cells via Transendothelial Electrical Resistance Detection

The blood-brain barrier (BBB) is a dynamic physiological structure composed of microvascular endothelial cells, astrocytes, and pericytes. By coordinating the interaction between restricted transit of harmful substances, nutrient absorption, and metabolite clearance in the brain, the BBB is essential in preserving central nervous system homeostasis. Building in vitro models of the BBB is a valuable tool for exploring the pathophysiology of neurological disorders and creating pharmacological treatments. This study describes a procedure for creating an in vitro monolayer BBB cell model by seeding bEnd.3 cells into the upper chamber of a 24-well plate. To assess the integrity of cell barrier function, the conventional epithelial cell voltmeter was used to record the transmembrane electrical resistance of normal cells and CoCl2-induced hypoxic cells in real-time. We anticipate that the above experiments will provide effective ideas for the creation of in vitro models of BBB and drugs to treat disorders of central nervous system diseases.

저자 스포트라이트: 세포 장벽 무결성을 평가하기 위한 TEER 검출의 응용 

This protocol describes a dependable and efficient in vitro model of the brain blood barrier. The method uses mouse cerebral vascular endothelial cells bEnd.3 and measures transmembrane electrical resistance.

경내피 전기 저항 검출을 통한 bEnd.3 혈관 내피 세포의 장벽 기능 무결성 기록

The blood-brain barrier (BBB) is a dynamic physiological structure composed of microvascular endothelial cells, astrocytes, and pericytes. By coordinating ...