Name: real-time fmri brain mapping in animals
Uploaded: 2020-09-24T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Real-Time fMRI Brain Mapping in Animals at JoVE.com

Vi tackar Dr. D. Chen och Dr. C. Yen för att de delar AFNI-skriptet för att ställa in fMRI i realtid för PV 5 och AFNI-teamet för programvarusupporten. Denna forskning stöddes av NIH Brain Initiative-finansiering (RF1NS113278-01, R01 MH111438-01) och S10-instrumentbidraget (S10 RR023009-01) till Martinos Center, German Research Foundation (DFG) Yu215/3-1, BMBF 01GQ1702 och den interna finansieringen från Max Planck Society.

Denna studie utfördes i enlighet med den tyska djurskyddslagen (TierSchG) och djurskyddslaboratoriets djurförordning (TierSchVersV). Det experimentella protokollet som beskrivs här granskades av etikkommissionen (§ 15 TierSchG) och godkändes av den statliga myndigheten (Regierungspräsidium, Tübingen, Baden-Württemberg, Tyskland).
1. Förberedelse av BOLD-fMRI-försöksuppsättningen för smådjursstudier
<ol><li>Slå på konsolprogramvaran för att styra bildparametrar och hämta MR-...

<ol>
	<li>Ogawa, S., Lee, T. M., Kay, A. R., Tank, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brain+magnetic+resonance+imaging+with+contrast+dependent+on+blood+oxygenation.">Brain magnetic resonance imaging with contrast dependent on blood oxygenation.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences U.S.A. 87 (24), 9868-9872 (1990).</li><li>Belliveau, J. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+mapping+of+the+human+visual+cortex+by+magnetic+resonance+imaging.">Functional mapping of the human visual cortex by magnetic resonance imaging.</a> Science. 254 (5032), 716-719 (1991).</li><li>Stehling, M. K., Turner, R., Mansfield, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Echo-planar+imaging:+magnetic+resonance+imaging+in+a+fraction+of+a+second.">Echo-planar imaging: magnetic resonance imaging in a fraction of a second.</a> Science. 254 (5028), 43-50 (1991).</li><li>Bandettini, P. A., Wong, E. C., Hinks, R. S., Tikofsky, R. S., Hyde, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Time+course+EPI+of+human+brain+function+during+task+activation.">Time course EPI of human brain function during task activation.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 25 (2), 390-397 (1992).</li><li>Kwong, K. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+magnetic+resonance+imaging+of+human+brain+activity+during+primary+sensory+stimulation.">Dynamic magnetic resonance imaging of human brain activity during primary sensory stimulation.</a> Proceedings of the National Academy of Science U. S. A. 89 (12), 5675-5679 (1992).</li><li>Ogawa, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intrinsic+signal+changes+accompanying+sensory+stimulation:+functional+brain+mapping+with+magnetic+resonance+imaging.">Intrinsic signal changes accompanying sensory stimulation: functional brain mapping with magnetic resonance imaging.</a> Proceedings of the National Academy of Science U. S. A. 89 (13), 5951-5955 (1992).</li><li>Biswal, B., Yetkin, F. Z., Haughton, V. M., Hyde, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+connectivity+in+the+motor+cortex+of+resting+human+brain+using+echo-planar+MRI.">Functional connectivity in the motor cortex of resting human brain using echo-planar MRI.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 34 (4), 537-541 (1995).</li><li>Logothetis, N. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What+we+can+do+and+what+we+cannot+do+with+fMRI.">What we can do and what we cannot do with fMRI.</a> Nature. 453 (7197), 869-878 (2008).</li><li>Kim, S. G., Ogawa, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biophysical+and+physiological+origins+of+blood+oxygenation+level-dependent+fMRI+signals.">Biophysical and physiological origins of blood oxygenation level-dependent fMRI signals.</a> Journal of Cerebral Blood Flow and Metabolism. 32 (7), 1188-1206 (2012).</li><li>Peltier, S. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+connectivity+changes+with+concentration+of+sevoflurane+anesthesia.">Functional connectivity changes with concentration of sevoflurane anesthesia.</a> Neuroreport. 16 (3), 285-288 (2005).</li><li>Dopfel, D., Zhang, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mapping+stress+networks+using+functional+magnetic+resonance+imaging+in+awake+animals.">Mapping stress networks using functional magnetic resonance imaging in awake animals.</a> Neurobiology of Stress. 9, 251-263 (2018).</li><li>Hu, X. P., Le, T. H., Parrish, T., Erhard, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Retrospective+Estimation+and+Correction+of+Physiological+Fluctuation+in+Functional+Mri.">Retrospective Estimation and Correction of Physiological Fluctuation in Functional Mri.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 34 (2), 201-212 (1995).</li><li>Birn, 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=The+role+of+physiological+noise+in+resting-state+functional+connectivity.">The role of physiological noise in resting-state functional connectivity.</a> Neuroimage. 62 (2), 864-870 (2012).</li><li>Caballero-Gaudes, C., Reynolds, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methods+for+cleaning+the+BOLD+fMRI+signal.">Methods for cleaning the BOLD fMRI signal.</a> Neuroimage. 154, 128-149 (2017).</li><li>Pais-Roldan, P., Biswal, B., Scheffler, K., 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=Identifying+Respiration-Related+Aliasing+Artifacts+in+the+Rodent+Resting-State+fMRI.">Identifying Respiration-Related Aliasing Artifacts in the Rodent Resting-State fMRI.</a> Frontiers in Neuroscience. 12, 00788 (2018).</li><li>Glover, G. H., Li, T. Q., Ress, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Image-based+method+for+retrospective+correction+of+physiological+motion+effects+in+fMRI:+RETROICOR.">Image-based method for retrospective correction of physiological motion effects in fMRI: RETROICOR.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 44 (1), 162-167 (2000).</li><li>Chang, C., Cunningham, J. P., Glover, G. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Influence+of+heart+rate+on+the+BOLD+signal:+The+cardiac+response+function.">Influence of heart rate on the BOLD signal: The cardiac response function.</a> Neuroimage. 44 (3), 857-869 (2009).</li><li>Birn, R. M., Diamond, J. B., Smith, M. A., Bandettini, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Separating+respiratory-variation-related+neuronal-activity-related+fluctuations+in+fluctuations+from+fMRI.">Separating respiratory-variation-related neuronal-activity-related fluctuations in fluctuations from fMRI.</a> Neuroimage. 31 (4), 1536-1548 (2006).</li><li>Golestani, A. M., Chang, C., Kwinta, J. B., Khatamian, Y. B., Chen, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mapping+the+end-tidal+CO2+response+function+in+the+resting-state+BOLD+fMRI+signal:+Spatial+specificity,+test-retest+reliability+and+effect+of+fMRI+sampling+rate.">Mapping the end-tidal CO2 response function in the resting-state BOLD fMRI signal: Spatial specificity, test-retest reliability and effect of fMRI sampling rate.</a> Neuroimage. 104, 266-277 (2015).</li><li>Lu, H. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-time+animal+functional+magnetic+resonance+imaging+and+its+application+to+neurophamacological+studies.">Real-time animal functional magnetic resonance imaging and its application to neurophamacological studies.</a> Magnetic Resonance Imaging. 26 (9), 1266-1272 (2008).</li><li>Cox, R. W., Jesmanowicz, A., Hyde, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-time+functional+magnetic+resonance+imaging.">Real-time functional magnetic resonance imaging.</a> Magnetic Resonance Medicine. 33 (2), 230-236 (1995).</li><li>Lee, C. C., Jack, C. R., Rossman, P. J., Riederer, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-time+reconstruction+and+high-speed+processing+in+functional+MR+imaging.">Real-time reconstruction and high-speed processing in functional MR imaging.</a> American Journal of Neuroradiology. 19 (7), 1297-1300 (1998).</li><li>Voyvodic, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-time+fMRI+paradigm+control,+physiology,+and+behavior+combined+with+near+real-time+statistical+analysis.">Real-time fMRI paradigm control, physiology, and behavior combined with near real-time statistical analysis.</a> Neuroimage. 10 (2), 91-106 (1999).</li><li>Cohen, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Real-time+functional+magnetic+resonance+imaging.">Real-time functional magnetic resonance imaging.</a> Methods. 25 (2), 201-220 (2001).</li><li>Posse, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+approach+to+measure+single-event+related+brain+activity+using+real-time+fMRI:+Feasibility+of+sensory,+motor,+and+higher+cognitive+tasks.">A new approach to measure single-event related brain activity using real-time fMRI: Feasibility of sensory, motor, and higher cognitive tasks.</a> Human Brain Mapping. 12 (1), 25-41 (2001).</li><li>Decharms, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reading+and+controlling+human+brain+activation+using+real-time+functional+magnetic+resonance+imaging.">Reading and controlling human brain activation using real-time functional magnetic resonance imaging.</a> Trends in Cognitive Sciences. 11 (11), 473-481 (2007).</li><li>Bruhl, A. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Making+Sense+of+Real-Time+Functional+Magnetic+Resonance+Imaging+(rtfMRI)+and+rtfMRI+Neurofeedback.">Making Sense of Real-Time Functional Magnetic Resonance Imaging (rtfMRI) and rtfMRI Neurofeedback.</a> International Journal of Neuropsychopharmacology. 18 (6), (2015).</li><li>Cox, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=AFNI:+Software+for+analysis+and+visualization+of+functional+magnetic+resonance+neuroimages.">AFNI: Software for analysis and visualization of functional magnetic resonance neuroimages.</a> Computers and Biomedical Research. 29 (3), 162-173 (1996).</li><li>Liou, W. W., Goshgarian, H. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+assessment+of+the+effect+of+chronic+phrenicotomy+on+the+induction+of+the+crossed+phrenic+phenomenon.">Quantitative assessment of the effect of chronic phrenicotomy on the induction of the crossed phrenic phenomenon.</a> Experimental Neurology. 127 (1), 145-153 (1994).</li><li>Shih, Y. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultra+high-resolution+fMRI+and+electrophysiology+of+the+rat+primary+somatosensory+cortex.">Ultra high-resolution fMRI and electrophysiology of the rat primary somatosensory cortex.</a> Neuroimage. 73, 113-120 (2013).</li><li>Masamoto, K., Kim, T., Fukuda, M., Wang, P., Kim, S. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Relationship+between+neural,+vascular,+and+BOLD+signals+in+isoflurane-anesthetized+rat+somatosensory+cortex.">Relationship between neural, vascular, and BOLD signals in isoflurane-anesthetized rat somatosensory cortex.</a> Cerebral Cortex. 17 (4), 942-950 (2007).</li><li>van Alst, T. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anesthesia+differentially+modulates+neuronal+and+vascular+contributions+to+the+BOLD+signal.">Anesthesia differentially modulates neuronal and vascular contributions to the BOLD signal.</a> Neuroimage. 195, 89-103 (2019).</li><li>Wu, T. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+isoflurane+anesthesia+on+resting-state+fMRI+signals+and+functional+connectivity+within+primary+somatosensory+cortex+of+monkeys.">Effects of isoflurane anesthesia on resting-state fMRI signals and functional connectivity within primary somatosensory cortex of monkeys.</a> Brain and Behavior. 6 (12), 00591 (2016).</li><li>Liu, X., Zhu, X. H., Zhang, Y., Chen, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+change+of+functional+connectivity+specificity+in+rats+under+various+anesthesia+levels+and+its+neural+origin.">The change of functional connectivity specificity in rats under various anesthesia levels and its neural origin.</a> Brain Topography. 26 (3), 363-377 (2013).</li><li>Liu, X. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiphasic+modification+of+intrinsic+functional+connectivity+of+the+rat+brain+during+increasing+levels+of+propofol.">Multiphasic modification of intrinsic functional connectivity of the rat brain during increasing levels of propofol.</a> Neuroimage. 83, 581-592 (2013).</li><li>Hutchison, R. M., Hutchison, M., Manning, K. Y., Menon, R. S., Everling, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isoflurane+induces+dose-dependent+alterations+in+the+cortical+connectivity+profiles+and+dynamic+properties+of+the+brain's+functional+architecture.">Isoflurane induces dose-dependent alterations in the cortical connectivity profiles and dynamic properties of the brain's functional architecture.</a> Human Brain Mapping. 35 (12), 5754-5775 (2014).</li><li>He, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultra-Slow+Single-Vessel+BOLD+and+CBV-Based+fMRI+Spatiotemporal+Dynamics+and+Their+Correlation+with+Neuronal+Intracellular+Calcium+Signals.">Ultra-Slow Single-Vessel BOLD and CBV-Based fMRI Spatiotemporal Dynamics and Their Correlation with Neuronal Intracellular Calcium Signals.</a> Neuron. 97 (4), 925-939 (2018).</li><li>Yoshida, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physiological+effects+of+a+habituation+procedure+for+functional+MRI+in+awake+mice+using+a+cryogenic+radiofrequency+probe.">Physiological effects of a habituation procedure for functional MRI in awake mice using a cryogenic radiofrequency probe.</a> Journal of Neuroscience Methods. 274, 38-48 (2016).</li></ol>

Realtidsövervakning av fMRI-signalen hjälper experimenterare att justera djurens fysiologi för att optimera funktionell kartläggning. Rörelseartefakter hos vakna djur, liksom bedövningseffekten, är viktiga faktorer som förmedlar variationen hos fMRI-signaler, vilket förvirrar den biologiska tolkningen av signalen i sig 31,32,33,34,35,36,37,38</su...

Funktionell magnetisk resonanstomografi (fMRI) är en icke-invasiv metod för att mäta de hemodynamiska svaren 1,2,3,4,5,6,7,8,9, t.ex. den blod-syrenivåberoende (BOLD), cerebral blodvolym och flödessignal, associerad med neural aktivitet i hjärnan. I djurstudier kan hemodynamiska signaler påverkas av anestesi10, stressnivån hos vakna djur 11, liksom de potentiella icke-fysiologiska artefakterna, t.ex. hjärtpulsering och andningsrörelser12,13,14,15. Även om många efterbehandlingsmetoder har utvecklats för att ge en retrospektiv analys av fMRI-signalen för den uppgiftsrelaterade och vilotillståndsfunktionella dynamiken och anslutningskartläggningen16,17,18,19, finns det få tekniker för att tillhandahålla en realtidslösning för kartläggning av hjärnfunktioner och momentana avläsningar i djurhjärnan 20 (varav de flesta huvudsakligen används för kartläggning av mänsklig hjärna 21, 22,23,24,25,26,27). I synnerhet saknas denna typ av fMRI-kartläggningsmetod i realtid i djurstudier. Det är nödvändigt att inrätta en fMRI-plattform för att möjliggöra undersökning av realtidsberoende fysiologiska stadier i hjärnan och för att tillhandahålla biofeedback-stimuleringsparadigm i realtid för djurhjärnfunktionella studier.
I det aktuella arbetet illustrerar vi en realtids fMRI-experimentell inställning med de anpassade makrofunktionerna i MRI-konsolprogramvaran, som visar realtidsövervakning av de framkallade BOLD-fMRI-svaren i den primära forepaw somatosensoriska cortexen (FP-S1) hos de bedövade råttorna. Denna realtidsuppsättning möjliggör visualisering av den pågående hjärnaktiveringen i funktionella kartor, såväl som individuella tidskurser på ett voxelmässigt sätt, med hjälp av den befintliga neuroimage-analysprogramvaran, Analysis of Functional NeuroImages (AFNI)28. Förberedelsen av fMRI-experimentupplägget i realtid för djurstudien beskrivs i protokollet. Förutom djuruppsättningen tillhandahåller vi detaljerade procedurer för att ställa in visualisering och analys av fMRI-signaler i realtid med hjälp av den senaste konsolprogramvaran parallellt med bildbehandlingsskripten. Sammanfattningsvis är den föreslagna fMRI-inställningen i realtid för djurstudier ett kraftfullt verktyg för att övervaka de dynamiska fMRI-signalerna i djurhjärnan med hjälp av MR-konsolsystemet.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>14.1T Bruker MRI system</td>
			<td>Bruker BioSpin MRI GmbH</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>A365 Stimulus Isolator</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AcqKnowledge Software</td>
			<td>Biopac</td>
			<td>RRID:SCR_014279, http://www.biopac.com/product/acqknowledge-software/</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>AFNI</td>
			<td>Cox, 1996</td>
			<td>RRID:SCR_005927, http://afni.nimh.nih.gov</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CO2SMO (ETCO2/SpO2 Monitor), Model 7100</td>
			<td>Novametrix Medical Systems Inc</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane</td>
			<td>CP-Pharma</td>
			<td>Cat# 1214</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Master-9</td>
			<td>A.M.P.I</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nanoliter Injector</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>Cat# NANOFIL</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pancuronium Bromide</td>
			<td>Inresa Arzneimittel</td>
			<td>Cat# 34409.00.00</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ParaVision 6</td>
			<td>Bruker BioSpin MRI GmbH</td>
			<td>RRID:SCR_001964</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate Buffered Saline (PBS)</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>Cat# 10010-023</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rat: Sprague Dawley rat</td>
			<td>Charles River Laboratories</td>
			<td>Crl:CD(SD)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SAR-830/AP Ventilator</td>
			<td>CWE</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>&#945;-chloralose</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>Cat# C0128-25G;RRID</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

real-time fmri brain mapping in animals

Dynamiska fMRI-svar varierar till stor del beroende på djurens fysiologiska förhållanden, antingen under anestesi eller i vakna tillstånd. Vi utvecklade en fMRI-plattform i realtid för att vägleda experimenter att övervaka fMRI-svar omedelbart under förvärvet, som kan användas för att modifiera djurens fysiologi för att uppnå önskade hemodynamiska svar i djurhjärnor. Realtidsuppsättningen av fMRI är baserad på ett 14.1T prekliniskt MRI-system, vilket möjliggör kartläggning i realtid av dynamiska fMRI-svar i den primära forepaw somatosensoriska cortexen (FP-S1) hos bedövade råttor. Istället för en retrospektiv analys för att undersöka förvirrande källor som leder till variationen i fMRI-signaler, ger fMRI-plattformen i realtid ett mer effektivt schema för att identifiera dynamiska fMRI-svar med hjälp av anpassade makrofunktioner och en gemensam neuroimage-analysprogramvara i MR-systemet. Det ger också omedelbar felsökning genomförbarhet och ett realtidsbiofeedback-stimuleringsparadigm för hjärnfunktionella studier på djur.

Figur 3 och figur 4 visar en representativ realtids voxelvis BOLD-fMRI tidskurs och funktionella kartor med elektrisk forepaw-stimulering (3 Hz, 4 s, pulsbredd 300 us, 2,5 mA). fMRI-designparadigmet omfattar 10 prestimuleringsskanningar, 3 stimuleringsskanningar och 12 interstimuleringsskanningar med totalt 8 epoker (130 skanningar). Den totala skanningstiden är 3 min 15 sek (195 sek). Figur 3 visar den voxelvisa tidsförloppet (sv...

Watch this Scientific Journal Video about Real-Time fMRI Brain Mapping in Animals at JoVE.com

Real-Time fMRI Brain Mapping in Animals

Funktionell kartläggning av djurhjärnan kan dra nytta av experimentell konfiguration av funktionell magnetisk resonanstomografi (fMRI). Med hjälp av den senaste programvaran som implementerats i djur-MRI-systemet etablerade vi en realtidsövervakningsplattform för fMRI för små djur.

Realtids fMRI-hjärnkartläggning hos djur

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

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Simultaneous fMRI and Electrophysiology in the Rodent Brain

Samtidig fMRI och elektrofysiologi hos gnagare Brain

To examine the neural basis of the blood oxygenation level dependent (BOLD) magnetic resonance imaging (MRI) signal, we have developed a rodent model in ...

Combining Transcranial Magnetic Stimulation and fMRI to Examine the Default Mode Network

Kombinera transkraniell magnetisk stimulering och fMRI för att undersöka nätverket standardläge

The default mode network is a group of brain regions that are active when an individual is not focused on the outside world and the brain is at "wakeful ...

Recording Human Electrocorticographic (ECoG) Signals for Neuroscientific Research and Real-time Functional Cortical Mapping

Recording Human Electrocorticographic ECoG Signals for Neuroscientific Research and Real-time Functional Cortical Mapping

Inspelning mänskliga Electrocorticographic (ECOG) signaler för neurovetenskaplig forskning och Real-time Funktionell Kortikal Mapping

Neuroimaging studies of human cognitive, sensory, and motor processes are usually based on noninvasive techniques such as electroencephalography (EEG), ...

Design and Assembly of an Ultra-light Motorized Microdrive for Chronic Neural Recordings in Small Animals

Konstruktion och montering av en Motoriserad Ultralätt Microdrive för kronisk neurala inspelningar i små djur

The ability to chronically record from populations of neurons in freely behaving animals has proven an invaluable tool for dissecting the function of ...

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

Funktionell avbildning av hörselbarken hos vuxna katter med hjälp av hög-fält fMRI

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

Deep Brain Stimulation with Simultaneous fMRI in Rodents

Deep Brain Stimulation med samtidig fMRI i Gnagare

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

Rapid Genotyping of Animals Followed by Establishing Primary Cultures of Brain Neurons

Snabb Genotypning av djur Följt av Etablera Primära kulturer av hjärnans nervceller

High-resolution analysis of the morphology and function of mammalian neurons often requires the genotyping of individual animals followed by the analysis ...

An Ex Vivo Laser-induced Spinal Cord Injury Model to Assess Mechanisms of Axonal Degeneration in Real-time

An Ex Vivo Laser-induced Spinal Cord Injury Model to Assess Mechanisms of Axonal Degeneration in Real-time

En<em&gt; Ex vivo</em&gt; Laser-inducerad ryggmärgsskada modell för bedömning Mekanismer axonal degeneration i realtid

Injured CNS axons fail to regenerate and often retract away from the injury site. Axons spared from the initial injury may later undergo secondary axonal ...

A Protocol for the Administration of Real-Time fMRI Neurofeedback Training

Ett protokoll för den Administration av Real-Time fMRI Neurofeedback träning

Neurologic disorders are characterized by abnormal cellular-, molecular-, and circuit-level functions in the brain. New methods to induce and control ...

Real-time Iontophoresis with Tetramethylammonium to Quantify Volume Fraction and Tortuosity of Brain Extracellular Space

Realtidsanalytik med tetrametylammonium för att kvantifiera volymfraktioner och tortuositet i hjärnens extracellulära utrymme

This review describes the basic concepts and protocol to perform the real-time iontophoresis (RTI) method, the gold-standard to explore and quantify the ...