Name: whole-brain 3d activation and functional connectivity mapping in mice using transcranial functional ultrasound imaging
Uploaded: 2021-02-24T15:00:00
Duration: 11 min 57 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Whole-Brain 3D Activation and Functional Connectivity Mapping in Mice using Transcranial Functional Ultrasound Imaging at JoVE.com

इस काम को यूरोपियन रिसर्च काउंसिल (ईआरसी) एडवांस्ड ग्रांट एन ° 339244-FUSIMAGINE द्वारा समर्थित किया गया था, नेशनल एजेंसी फॉर रिसर्च फंडिंग 'पिंच' (एएनआर-18-सीई 37-005), बायोमेडिकल अल्ट्रासाउंड में इन्सेर्म रिसर्च टेक्नोलॉजी एक्सीलरेटर, आईपीएनपी के एल्फ़स टेक्निकल कोर, इन्सेर्म यू1266, ह्यूमन ब्रेन प्रोजेक्ट के यूरोपियन रिसर्च प्रोग्राम FUSIMICE, और ईएमबीओ शॉर्ट-टर्म फेलोशिप 8439 एंड्रिया क्लीवर को।

<ol>
	<li>Hoyer, C., Gass, N., Weber-Fahr, W., Sartorius, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advantages+and+challenges+of+small+animal+magnetic+resonance+imaging+as+a+translational+tool.">Advantages and challenges of small animal magnetic resonance imaging as a translational tool.</a> Neuropsychobiology. 69 (4), 187-201 (2014).</li><li>Deffieux, T., Demene, C., Pernot, M., Tanter, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+ultrasound+neuroimaging:+a+review+of+the+preclinical+and+clinical+state+of+the+art.">Functional ultrasound neuroimaging: a review of the preclinical and clinical state of the art.</a> Current Opinion in Neurobiology. 50, 128-135 (2018).</li><li>Rabut, C., et al. <a target="_blank" 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Tanter, M., Lenkei, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+imaging+evidence+for+task-induced+deactivation+and+disconnection+of+a+major+default+mode+network+hub+in+the+mouse+brain.">Functional imaging evidence for task-induced deactivation and disconnection of a major default mode network hub in the mouse brain.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 117 (26), 15270-15280 (2020).</li><li>Rabut, C., 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=4D+functional+ultrasound+imaging+of+whole-brain+activity+in+rodents.">4D functional ultrasound imaging of whole-brain activity in rodents.</a> Nature Methods. 16 (10), 994-997 (2019).</li><li>Brunner, C., 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+platform+for+brain-wide+volumetric+functional+ultrasound+imaging+and+of+circuit+dynamics+in+awake+mice.">A platform for brain-wide volumetric functional ultrasound imaging and of circuit dynamics in awake mice.</a> Neuron. 108 (5), 861-875 (2020).</li><li>Gesnik, 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=3D+functional+ultrasound+imaging+of+the+cerebral+visual+system+in+rodents.">3D functional ultrasound imaging of the cerebral visual system in rodents.</a> NeuroImage. 149, 267-274 (2017).</li><li>Mac&#233;, &. #. 2. 0. 1. ;., et al. <a target="_blank" 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functional ultrasound imaging in freely moving awake mice and anesthetized young rats without contrast agent.</a> Ultrasound in Medicine and Biology. 43 (8), 1679-1689 (2017).</li><li>Claron, 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=Large+scale+functional+ultrasound+imaging+of+the+spinal+cord+reveals+in+depth+spatiotemporal+responses+of+spinal+nociceptive+circuits+in+both+normal+and+inflammatory+state.">Large scale functional ultrasound imaging of the spinal cord reveals in depth spatiotemporal responses of spinal nociceptive circuits in both normal and inflammatory state.</a> Pain. , (2020).</li><li>Aydin, A. 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=Transfer+functions+linking+neural+calcium+to+single+voxel+functional+ultrasound+signal.">Transfer functions linking neural calcium to single voxel functional ultrasound signal.</a> Nature Communications. 11 (1), 2954 (2020).</li><li>Bimbard, C., 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=Multi-scale+mapping+along+the+auditory+hierarchy+using+high-resolution+functional+ultrasound+in+the+awake+ferret.">Multi-scale mapping along the auditory hierarchy using high-resolution functional ultrasound in the awake ferret.</a> eLife. 7, 35028 (2018).</li><li>Boido, D., 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=Mesoscopic+and+microscopic+imaging+of+sensory+responses+in+the+same+animal.">Mesoscopic and microscopic imaging of sensory responses in the same animal.</a> Nature Communications. 10 (1), 1110 (2019).</li><li>Kislin, 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=Flat-floored+air-lifted+platform:+A+new+method+for+combining+behavior+with+microscopy+or+electrophysiology+on+awake+freely+moving+rodents.">Flat-floored air-lifted platform: A new method for combining behavior with microscopy or electrophysiology on awake freely moving rodents.</a> Journal of Visualized Experiments. (88), e51869 (2014).</li><li>Juczewski, K., Koussa, J. A., Kesner, A. J., Lee, J. O., Lovinger, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stress+and+behavioral+correlates+in+the+head-fixed+method:+stress+measurements,+habituation+dynamics,+locomotion,+and+motor-skill+learning+in+mice.">Stress and behavioral correlates in the head-fixed method: stress measurements, habituation dynamics, locomotion, and motor-skill learning in mice.</a> Scientific Reports. 10 (1), 12245 (2020).</li></ol>

जेरेमी फेरियर और ब्रूनो-फ्लोरिक्स उस्मानस्की इकोनस के कर्मचारी हैं । थॉमस डेफियूक्स, ज़ोल्ट लेंकेई, ब्रूनो-पेलिक्स उस्मानस्की और मिकाएल टैंटर इकोनस के सह-संस्थापक और शेयरधारक हैं।

पूरे मस्तिष्क इमेजिंग तरीकों बेहतर मस्तिष्क शरीर विज्ञान और विकृति को समझने के लिए महत्वपूर्ण उपकरण हैं। यहां वर्णित विधि सीधे बेंच पर जीवित मस्तिष्क में हीमोडायनामिक संकेतों के सटीक मात्राकरण की अनुमति देती है। कार्यात्मक अल्ट्रासाउंड की बेजोड़ संवेदनशीलता और स्थानिक-लौकिक संकल्प विशेष रूप से माउस फिजियोलॉजी के लिए अच्छी तरह से अनुकूल है। कार्यात्मक प्रतिक्रियाओं और आराम-राज्य नेटवर्क को एक विश्वसनीय उपाय प्राप्त करने के लिए औसत परीक्षणों या विषयों के बिना, कम अधिग्रहण समय के भीतर मैप किया जा सकता है। उच्च संवेदनशीलता अल्ट्रासोनिक रैखिक जांच और तेजी से मोटरचालित सेटअप का प्रासंगिक संयोजन एक उचित अधिग्रहण समय के भीतर चूहों में ट्रांसक्रैनियल वॉल्यूमेट्रिक फ्यूस इमेजिंग करने में सक्षम बनाता है। यह प्रोटोकॉल मोबाइल होम पिंजरे का उपयोग करके एनेस्थेटाइज्ड या जागने वाले चूहों पर या तो किया जा सकता है।
मूंछ उत्तेजना, संवेदी उत्तेजना इस पांडुलिपि में एक उदाहरण के रूप में इस्तेमाल किया, कृंतक में एक मानक कार्यात्मक सक्रियण प्रतिमान और संवेदी प्रसंस्करण, न्यूरोवैस्कुलर युग्मन और उनके परिवर्तन5,6,10, 11का अध्ययन करने के लिए एक विश्वसनीय पढ़ा बाहर है । जबकि मूंछ के मोटे मैनुअल ब्रश को इसके उपयोग में आसानी के लिए पसंद किया जा सकता है, इस विधि में स्थानिक और लौकिक परिशुद्धता का अभाव है। एक स्वचालित उत्तेजक का उपयोग, जैसे कि यहां वर्णित एफयूएस इमेजिंग स्कैनर के साथ ट्रिगर किया गया है, शुरुआत के समय, आयाम विस्थापन, आवृत्ति के साथ-साथ क्यू-टिप/कंघी के कोण सहित कई मापदंडों के बेहतर नियंत्रण के लिए अनुमति देता है, जिसके परिणामस्वरूप एक बेहतर अंतर-पशु प्रजनन क्षमता होती है। इसके अतिरिक्त, उत्तेजना का एक अधिक सटीक समय12,13को पीक मापदंडों के लिए शुरुआत और समय निर्धारित करके हीमोडायनामिक रिस्पांस फंक्शन (एचआरएफ) के मॉडलिंग को सक्षम बनाता है। उत्तेजना (और इस प्रकार सक्रिय क्षेत्र के क्षेत्र) के दौरान विक्षेपित मूंछ की संख्या पर बेहतर सटीकता सुनिश्चित करने के लिए, अधिक परिष्कृत उत्तेजक इस प्रोटोकॉल के लिए अनुकूलित किया जा सकता है। प्रकाश8,ध्वनि14 या गंध प्रस्तुति15 जैसे कई अन्य उत्तेजनाओं को एक ही प्रोटोकॉल का उपयोग करके लागू किया जा सकता है।
जागने और व्यवहार करने वाले जानवरों के साथ कार्यात्मक अल्ट्रासाउंड की अनुकूलता अन्य न्यूरोइमेजिंग तकनीकों की तुलना में एक महत्वपूर्ण लाभ है, जो संज्ञाहरण पूर्वाग्रह के बिना कार्यात्मक सक्रियण मानचित्रण को सक्षम करता है। एक हवा से उठा मोबाइल होमकेज का उपयोग करना अन्य मौजूदा हेड-फिक्स्ड उपकरण जैसे रैखिक या गोलाकार ट्रेडमिल्स के लिए एक अच्छा विकल्प है। जबकि दृढ़ता से सिर तय किया जा रहा है, होमकेज की गति माउस को पर्यावरण को नेविगेट करने का भ्रम देती है, जिससे व्यवहार परीक्षणों की एक विस्तृत श्रृंखला को एफयूएस इमेजिंग16के साथ जोड़ा जा सकता है। हालांकि, सिर फिक्सिंग के लिए आदत प्रक्रिया तनाव को कम करने के लिए एक महत्वपूर्ण कदम है, विशेष रूप से प्रयोगों के लिए जहां यह एक भ्रामक कारक माना जा सकता है । यहां विस्तृत प्रक्रिया (हैंडलिंग और सिर निर्धारण के लिए आदत के 6 दिन) संवेदी उत्तेजना और आराम-राज्य कार्यात्मक कनेक्टिविटी के लिए मजबूत परिणाम देता है । हालांकि , अधिक परिष्कृत व्यवहार परीक्षणों के लिए आदत अवधि का विस्तार करना आवश्यक हो सकता है17.

पिछले दो दशकों में, न्यूरोइमेजिंग मस्तिष्क समारोह और संगठन का अध्ययन करने के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण बन गया है, शोधकर्ताओं को तंत्रिका विज्ञान के क्षेत्र में महत्वपूर्ण खोजों को सक्षम करने के लिए । आज, कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (एफएमआरआई) कार्य या दवा-पैदा किए गए मस्तिष्क सक्रियण का आकलन करने और आराम से कार्यात्मक कनेक्टिविटी को मैप करने के लिए स्वर्ण मानक नैदानिक न्यूरोइमेजिंग तकनीक बन गई है। जबकि मानव एफएमआरआई में उच्च विश्वसनीयता और संवेदनशीलता है, माउस एफएमआरआई कई कारणों से तकनीकी रूप से चुनौतीपूर्ण बना हुआ है1। सबसे पहले, एफएमआरआई में एक खराब स्थानिक और लौकिक संकल्प है। माउस मस्तिष्क के छोटे आकार के लिए उचित स्थानिक संकल्प प्राप्त करने के लिए महंगे स्कैनर का उपयोग कर मजबूत चुंबकीय क्षेत्रों के उपयोग की आवश्यकता होती है। दूसरा, कुशल न्यूरो-वैस्कुलर कपलिंग की अनुमति देने वाली संकीर्ण सीमा के भीतर स्थिर शारीरिक मापदंडों को बनाए रखना एनेस्थेटाइज्ड चूहों में बहुत मुश्किल है। अंत में, रक्त ऑक्सीजन स्तर निर्भर (बोल्ड) संकेत जिस पर एफएमआरआई अध्ययन भरोसा अपेक्षाकृत खराब संवेदनशीलता है, चूहों पर लागू होने पर कम सिग्नल-टू-शोर अनुपात होता है और अक्सर छोटे बदलावों का पता लगाने के लिए लंबे अधिग्रहण पर बार-बार उत्तेजना प्रस्तुति की आवश्यकता होती है। माउस जैव चिकित्सा पूर्व नैदानिक अनुसंधान में सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला पशु मॉडल है, ये सीमाएं न्यूरोसाइकियाट्री में ट्रांसलेशनल गैप के लिए आंशिक रूप से जिम्मेदार हैं, बेंच पर नए आशाजनक चिकित्सीय लक्ष्यों को बिस्तर पर प्रभावी उपचार में स्थानांतरित करने में बाधा डालती हैं।
कार्यात्मक अल्ट्रासाउंड (एफयूएस) अल्ट्राफास्ट डॉप्लर2के आधार पर हाल ही में विकसित न्यूरोइमेजिंग तकनीक है। सीधे सेरेब्रल रक्त की मात्रा का नमूना लेकर, यह तकनीक न्यूरोवैस्कुलर कपलिंग के माध्यम से वास्तविक समय में मस्तिष्क गतिविधि की जांच करने की अनुमति देती है। अन्य न्यूरोइमेजिंग तकनीकों की तुलना में, एफयूएस 100 माइक्रोन का स्थानिक समाधान और मिलीसेकंड के दसियों में एक अस्थायी संकल्प पैदा करता है। यह तकनीक माउस मस्तिष्क के पूर्ण कोरोनल वर्गों की पूरी मस्तिष्क इमेजिंग की अनुमति देती है, पूरी तरह से गैर-आक्रामक रूप से। इसके अलावा, यह पूरी तरह से जागरूक और व्यवहार जानवरों के साथ संगत है3,4,5। एफयूएस की मुख्य वर्तमान सीमाओं में से एक इसकी 2डी सुविधा है, जो एक ही समय में एक कोरोनल विमान रिकॉर्ड करने की अनुमति देती है। जबकि वॉल्यूमेट्रिक 3डी एफएसयू 2डी मैट्रिक्स सरणी ट्रांसड्यूसर का उपयोग करके पहले ही चूहों6 में सफलतापूर्वक प्रदर्शित किया गया है और चूहों7में पुष्टि की गई है, इसकी संवेदनशीलता की वर्तमान कमी के साथ-साथ गतिविधि के मामूली परिवर्तन का पता लगाने के लिए परीक्षणों की एक महत्वपूर्ण संख्या का औसत होना आवश्यक है। वैकल्पिक रूप से, रैखिक ट्रांसड्यूसर को कई पदों पर ले जाया जा सकता है और पूरे मस्तिष्क को कवर करने के लिए विमान द्वारा कार्यात्मक इमेजिंग विमान का प्रदर्शन किया जा सकता है। हालांकि, इस तकनीक के लिए कई प्रयोगात्मक प्रतिमान पुनरावृत्ति की आवश्यकता होती है और इस तरह के लंबे अधिग्रहण समय (माउस मस्तिष्क के लिए 3-4 घंटे)8,9।
वर्तमान कार्य में, हम एक मजबूत प्रयोगात्मक मंच का वर्णन करते हैं जिसमें एक वाणिज्यिक रूप से उपलब्ध कार्यात्मक अल्ट्रासाउंड स्कैनर और एनेस्थेटाइज्ड और जागने वाले चूहों में 3D एफएसयू डेटा प्राप्त करने की प्रक्रियाओं के साथ एक तेज विमान-स्विचिंग रैखिक ट्रांसड्यूसर शामिल है, जो माउस मस्तिष्क के वॉल्यूमेट्रिक और ट्रांसक्रैनियल कार्यात्मक मानचित्रण की अनुमति देता है, गैर-आक्रामक, विपरीत एजेंट के बिना और कम अधिग्रहण समय के भीतर। हम मूंछ उत्तेजना के साथ-साथ आराम-राज्य कार्यात्मक कनेक्टिविटी के बाद सोमाटोसेंसरी कॉर्टेक्स एक्टिवेशन का मानचित्रण करके इस सुविधा को चित्रित करते हैं। पशु तैयारी और डेटा संग्रह के अलावा, हम वास्तविक समय के एफयूएस संकेतों के दृश्य, एटलस पंजीकरण और विश्लेषण की प्रक्रिया का भी वर्णन करते हैं।

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>BD Plastipak 1 mL syringes</td>
			<td>Dutscher, France</td>
			<td>303172</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BD Microlance 26 Gauge needles</td>
			<td>Dutscher, France</td>
			<td>303800</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Animal Temperature Controller (heating Plate coupled with a rectal probe)</td>
			<td>Physitemp</td>
			<td>TCAT-2DF</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Arduino</td>
			<td>Arduino</td>
			<td>Arduino Uno-Rev3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Atipamezole</td>
			<td>Orion Pharma, France</td>
			<td>Antisedan&#174;</td>
			<td>5 mg/ml injectable solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dental Ciment</td>
			<td>Sun M&#233;dical, Shiga, japan</td>
			<td>Superbond C&#38;B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Depilatory cream</td>
			<td>Klorane</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Eye Ointment</td>
			<td>TVM, UK</td>
			<td>Ocry-gel</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hair trimmer</td>
			<td>Wella Profesionnals</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Head plates</td>
			<td>Neurotar, Finland</td>
			<td>Model 14</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Iconeus One standard package for fUS</td>
			<td>Iconeus, France</td>
			<td>Iconeus One</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IcoScan acquisition software (v1.0)</td>
			<td>Iconeus, France</td>
			<td>IcoScan</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IcoStudio analysis software (v1.0)</td>
			<td>Iconeus, France</td>
			<td>IcoStudio</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane Anesthesia station</td>
			<td>Minerve, Esternay, France</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ketamine</td>
			<td>Virbac, France</td>
			<td>Ketamine1000</td>
			<td>100 mg/ml injectable solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lidocaine</td>
			<td>Vetoquinol</td>
			<td>Lurocaine&#174;</td>
			<td>20 mg/ml injectable solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Medetomidine</td>
			<td>Orion Pharma, France</td>
			<td>Domitor&#174;</td>
			<td>1 mg/ml injectable solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Meloxicam</td>
			<td>Boehringer lingelheim</td>
			<td>Metacam&#174;</td>
			<td>0.5 mg/ml injectable solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mobile HomeCage Large with tracking capability</td>
			<td>Neurotar, Finland</td>
			<td>MHC-L-T-V4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Monitoring of ECG and breathing rate</td>
			<td>AD Systems, (USA) and LabChart software</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Servomotor</td>
			<td>Feetech</td>
			<td>FT90B</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stereotaxic frame</td>
			<td>David Kopf (Tujunga, USA)</td>
			<td>900-WA</td>
			<td>Using Mouse Adaptor&#160; (Ref: 922) and Non-Rupture Ear Bars (ref: 922)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Surgical glue</td>
			<td>3M, USA</td>
			<td>Vetbond</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe Pump</td>
			<td>KD Scientific, USA</td>
			<td>Legato&#174; 130, Cat# 788130</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrasound gel</td>
			<td>DREXCO medical, France</td>
			<td>Medi&#39;Gel</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xylazine 2%</td>
			<td>Bayer, France</td>
			<td>Rompun&#174;</td>
			<td>20 mg/ml injectable solution</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

whole-brain 3d activation and functional connectivity mapping in mice using transcranial functional ultrasound imaging

कार्यात्मक अल्ट्रासाउंड (एफएस) इमेजिंग एक उपन्यास ब्रेन इमेजिंग मोडलिटी है जो अल्ट्राफास्ट डॉप्लर एंजियोग्राफी द्वारा प्राप्त मस्तिष्क रक्त की मात्रा के उच्च संवेदनशीलता उपाय पर निर्भर करता है। चूंकि मस्तिष्क परफ्यूजन स्थानीय न्यूरोनल गतिविधि से दृढ़ता से जुड़ा हुआ है, इस तकनीक से पूरे मस्तिष्क को कार्य-प्रेरित क्षेत्रीय सक्रियण के साथ-साथ आराम-राज्य कार्यात्मक कनेक्टिविटी, गैर-आक्रामक, बेजोड़ स्पेटियो-टेम्पोरल संकल्प और परिचालन सादगी के साथ पूरे मस्तिष्क 3 डी मैपिंग की अनुमति मिलती है। एफएमआरआई (कार्यात्मक चुंबकीय अनुनय इमेजिंग) की तुलना में, एफएसयू इमेजिंग का मुख्य लाभ जागने और व्यवहार करने वाले पशु प्रयोगों के साथ पूर्ण अनुकूलता को सक्षम करने में होता है। इसके अलावा, चूहों में एफएमआरआई ब्रेन मैपिंग, न्यूरोसाइंस में सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले प्रीक्लिनिकल मॉडल, मस्तिष्क के छोटे आकार और स्थिर शारीरिक स्थितियों को बनाए रखने में कठिनाई के कारण तकनीकी रूप से चुनौतीपूर्ण रहता है। यहां हम एक मोटराइज्ड रैखिक ट्रांसड्यूसर के साथ ऑफ-द-शेल्फ वाणिज्यिक एफयूएस सिस्टम का उपयोग करके एनेस्थेटाइज्ड और जागने वाले चूहों में पूरे मस्तिष्क एफयूएस इमेजिंग के लिए एक सरल, विश्वसनीय और मजबूत प्रोटोकॉल पेश करते हैं, जिससे संवेदी उत्तेजना के साथ-साथ नेटवर्क पहचान के लिए प्रजनन योग्य 3 डी कार्यात्मक कनेक्टिविटी पैटर्न के बाद महत्वपूर्ण कॉर्टिकल एक्टिवेशन होता है।

यह प्रोटोकॉल माउस मस्तिष्क में, आराम से या संवेदी उत्तेजना के जवाब में सेरेब्रल हीमोडायनामिक विविधताओं के 3 डी क्वांटिफिकेशन का वर्णन करता है। मूंछ उत्तेजना, कृंतक में मस्तिष्क कार्यात्मक सक्रियण को मैप करने के लिए एक मानक प्रतिमान, संवेदी उत्तेजना-पैदा की प्रतिक्रिया के एक उदाहरण के रूप में चुना गया है। चित्रा 4 ट्रांसक्रैनियल एफयूएस इमेजिंग का उपयोग करके प्राप्त एक एनेस्थेटाइज्ड माउस में यांत्रिक मूंछ उत्तेजना के जवाब में एक प्रतिनिधि सक्रियण मानचित्र दिखाता है। कुल परीक्षण समय 760 एस था, जिसमें 60 एस बेसलाइन (उत्तेजना से पहले और बाद), एक 80 एस उत्तेजना और 60 एस रिकवरी समय, 5x दोहराया गया। एक डिफ़ॉल्ट माउस हीमोडायनामिक रिस्पांस फंक्शन (एचआरएफ) का उपयोग करके एक सामान्य रैखिक मॉडल (जीएलएम) के संकल्प के साथ महत्वपूर्ण सक्रियण निर्धारित किया गया था। सक्रिय क्षेत्रों (कई तुलना के लिए कड़े बोनफेरानी सुधार के बाद पी-वैल्यू >0.0000006 के साथ जेड स्कोर) को एलन कॉमन इंटरकंट्रेशन फ्रेमवर्क टेम्पलेट पर मढ़ा रंग-कोडित मूल्यों के रूप में प्रदर्शित किया जाता है। कॉन्ट्रालेट्रल प्राइमरी सोमाटोसेंसरी कॉर्टेक्स, बैरल फील्ड रीजन (S1BF) के स्वरवारवार टाइम कोर्स में बेसलाइन की तुलना में सीबीवी की 15-20% की वृद्धि का पता चला ।
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62267/62267fig4v2.jpg"> चित्रा 4:ट्रांसक्रैनियल एक्टिवेशन मैप्स और आरसीबीवी टाइम कोर्स केटामाइन/जाइलाज़ीन एनेस्थेटाइज्ड माउस में मूंछ उत्तेजना के बाद । एक। केटामाइन/जाइलाज़ीन संज्ञाहरण के तहत सही मूंछ (80 एस ऑन, 60 एस ऑफ ऑफ, 5x) की यांत्रिक उत्तेजना के बाद सक्रिय स्वरों को काफी सक्रिय दिखाता है। कई तुलना के लिए बोनफेरोनी सुधार के साथ सामान्य रैखिक मॉडल विश्लेषण (जीएलएम) के आधार पर जेड-स्कोर कंप्यूटिंग द्वारा मानचित्र प्राप्त किए गए थे। जेड-स्कोर (रंग कोडित) एलन ब्रेन 3 डी टेम्पलेट (मस्तिष्क स्थिति प्रणाली के साथ पंजीकरण के बाद) पर मढ़ा जाता है और तीन विचारों में प्रदर्शित होता है: कोरोनल (बाएं), सगिटल (मध्य) और अक्षीय (दाएं)। एलन माउस मस्तिष्क आम समन्वय ढांचे से शारीरिक क्षेत्रों संदर्भ के लिए प्रदर्शित कर रहे हैं। सक्रिय स्वर अच्छी तरह से बाएं S1BF प्रांतस्था के अंदर स्थित हैं। स्केल बार: 1 मिमी। प्रत्येक नमूना मात्रा 3.85 में 2.8 मिमी (ऊंचाई दिशा में 7 स्लाइस के अनुरूप) पर स्कैन किया गया था प्रत्येक कार्यात्मक प्रतिक्रिया के दौरान 20 volumic नमूनों को रिकॉर्ड करने की अनुमति। बेसलाइन स्तर की तुलना में मूंछ उत्तेजना-पैदा सापेक्ष मस्तिष्क रक्त की मात्रा (आरआईबीवी) वृद्धि का बी 3 डी प्रतिपादन। S1BF का शारीरिक चित्रण नीले रंग में इंगित किया गया है। सी. बाईं S1BF (नीला) और इसी उत्तेजना लागू (लाल) में सीबीवी विविधताओं का समय पाठ्यक्रम। <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62267/62267fig4v2large.jpg" target="_blank">कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।</a>
IcoScan के जाग पूर्व निर्धारित का उपयोग कर मोबाइल होमकेज में एक सिर तय व्यवहार माउस में एक ही प्रतिमान लागू किया गया है। चित्रा 5 चित्रा 2में वर्णित प्रायोगिक सेटअप का उपयोग करके एकाधिक मूंछ उत्तेजना प्रयोग के बाद सक्रियण मानचित्र प्रस्तुत करता है । कुछ पीछे और कौडल मूंछ निम्नलिखित पैटर्न के साथ उत्तेजित थे: 30 एस बेसलाइन 30 एस ऑन (4 हर्ट्ज) और 30 एस ऑफ(चित्रा 5C)के लगातार पांच परीक्षणों के बाद। उत्तेजना एक Arduino यूएनओ कार्ड सिंक्रोनाइजेशन के लिए छवि अधिग्रहण अनुक्रम ट्रिगर द्वारा संचालित एक सर्वो मोटर का उपयोग कर दिया गया था । एक डिफ़ॉल्ट माउस हीमोडायनामिक रिस्पांस फंक्शन (एचआरएफ) का उपयोग करके एक सामान्य रैखिक मॉडल (जीएलएम) के संकल्प के साथ महत्वपूर्ण सक्रियण निर्धारित किया गया था। बोनफेरोनी विधि के साथ कई तुलना सुधार किया गया था। 0.05 के पारंपरिक अल्फा स्तर को अधिग्रहण की मात्रा में वोक्सल की कुल संख्या से सामान्य किया गया था, जिसके परिणामस्वरूप 0.000003 की अंतिम कठोर सीमा थी।
<img alt="Figure 5" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62267/62267fig5v2.jpg"> चित्रा 5:सक्रियण मानचित्र और एसीबीवी समय पाठ्यक्रम जाग व्यवहार माउस में मूंछ उत्तेजना के बाद। एक। मोबाइल होमकेज में एक जाग माउस में सही मूंछ (30 एस ऑन, 30 एस ऑफ ऑफ, 5x) की यांत्रिक उत्तेजना के बाद सक्रिय स्वरों को काफी सक्रिय दिखा रहा है। मानचित्रों को कई तुलना (स्वरों की कुल संख्या से सामान्यीकरण) के लिए बोनफेरोनी सुधार के साथ सामान्य रैखिक मॉडल विश्लेषण (जीएलएम) के आधार पर जेड-स्कोर कंप्यूटिंग द्वारा प्राप्त किया गया था। जेड-स्कोर (रंग कोडित) एलन ब्रेन 3 डी टेम्पलेट (ब्रेन पोजिशनिंग सिस्टम के साथ पंजीकरण के बाद) पर मढ़ा जाता है और तीन-विचारों में प्रदर्शित होता है: कोरोनल (बाएं), सगिटल (मध्य) और अक्षीय (दाएं)। एलन माउस ब्रेन कॉमन इंटरैपेंटिक फ्रेमवर्क से शारीरिक क्षेत्र संदर्भ के लिए प्रदर्शित किए जाते हैं। सक्रिय स्वर अच्छी तरह से बाएं S1BF प्रांतस्था के अंदर स्थित हैं। तराजू सलाखों, 1 मिमी। प्रत्येक नमूना मात्रा 3.85 में 1.6 मिमी (ऊंचाई दिशा में 3 स्लाइस के अनुरूप) पर स्कैन किया गया था प्रत्येक कार्यात्मक प्रतिक्रिया के दौरान 17 volumic नमूनों को रिकॉर्ड करने की अनुमति। बेसलाइन स्तर की तुलना में मूंछ उत्तेजना-पैदा सापेक्ष सेरेब्रल ब्लड वॉल्यूम (आरआईबीवी) वृद्धि का बी 3 डी प्रतिपादन। S1BF का शारीरिक चित्रण नीले रंग में इंगित किया गया है। सी. सही मूंछ उत्तेजना प्रयोग के दौरान मोबाइल होमकेज में माउस का चित्रण, जिसके दौरान 330 एस डी के कुल अधिग्रहण समय के लिए पांच 30 एस परीक्षण किए गए थे। तात्कालिक रिश्तेदार सीबीवी समय पाठ्यक्रम सक्रिय क्षेत्र (नीला) के अंदर निकाला गया, इसी उत्तेजना के साथ आरोपित (लाल)। <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62267/62267fig5v2large.jpg" target="_blank">कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।</a>
चित्रा 6 एक केटामाइन-जाइलाज़ीन एनेस्थेटाइज्ड माउस में 3 डी मस्तिष्क क्षेत्रों (पंजीकरण से एलन कॉमन इंटरवेंशन फ्रेमवर्क तक पहचाने जाने वाले) के बीच सामान्यीकृत कम आवृत्ति (<0.2 हर्ट्ज) सहज सीबीवी उतार-चढ़ाव के अस्थायी सहसंबंधों को दर्शाता है। कुल अधिग्रहण का समय 20 मिनट (1200 एस) था। एटलस-पर्यवेक्षित विश्लेषण ने मजबूत अंतःस्फीय कनेक्टिविटी पैटर्न का खुलासा किया, जिसके परिणामस्वरूप सहसंबंध गुणांक मूल्य 0.8 तक थे। पृष्ठीय हिप्पोकैम्पस में बीज आधारित विश्लेषण से दाएं और बाएं हिप्पोकैम्पस के साथ-साथ गहरे रेट्रो-हिप्पोकैम्पस क्षेत्रों और पिरिफॉर्म कोर्टिस के बीच एक महत्वपूर्ण अंतरमेधिक कनेक्टिविटी का पता चला । S1BF में चयनित एक बीज क्षेत्र के परिणामस्वरूप एक सममित (कोर्टिको-कॉर्टिकल) सहसंबंध पैटर्न भी हुआ, जैसा कि पहले वर्णित है।
<img alt="Figure 6" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/62267/62267fig6v2.jpg"> चित्रा 6:ट्रांसक्रैनियल वॉल्यूमेट्रिक रेस्टिंग-केटामाइन/जाइलाज़ीन एनेस्थीसिया के तहत माउस मस्तिष्क की राज्य कार्यात्मक कनेक्टिविटी 20 मिनट 3डी एफयूएस अधिग्रहण पर मूल्यांकन किया गया। एक। ट्रांसक्रैनियल कार्यात्मक अधिग्रहण पर पंजीकृत एलन कॉमन इंटरेक्ट्रक्टेड फ्रेमवर्क के 3डी क्षेत्रों के आधार पर सहसंबंध मैट्रिक्स। मैट्रिक्स स्लाइस टाइमिंग सुधार के बाद प्रत्येक पहचाने गए आरओआई में शामिल सभी वोक्सल्स से औसत समय संकेतों के सहज कम आवृत्ति उतार-चढ़ाव (<0.1 हर्ट्ज) के सामान्यीकृत पियर्सन के सहसंबंध की गणना करके प्राप्त किया जाता है। प्रत्येक नमूना मात्रा ऊंचाई दिशा में 1.6 मिमी से अधिक स्कैन किया गया था (4 स्लाइस के अनुरूप) 2.2 एस बीसे अधिक अधिग्रहीत. बीज आधारित विश्लेषण एक 3 डी टेम्पलेट पर अनुमान लगाया गया है। बीज को β - 2.1 मिमी पर सही पृष्ठीय हिप्पोकैम्पस के भीतर चुना गया था। सहसंबंध नक्शा बीज के लौकिक संकेतों और स्लाइस समय सुधार के बाद पूरे अधिग्रहण के प्रत्येक स्वर के बीच पियर्सन सहसंबंध गुणांक कंप्यूटिंग द्वारा प्राप्त किया जाता है । सी. 3डी सहसंबंध नक्शा बीज आधारित विश्लेषण के आधार पर बीज क्षेत्र के साथ S1BF के भीतर चयनित β -२.१ मिमी । स्केल बार: 1 मिमी. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/62267/62267fig6v2large.jpg" target="_blank">कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें ।</a>

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Whole-Brain 3D Activation and Functional Connectivity Mapping in Mice using Transcranial Functional Ultrasound Imaging

यह प्रोटोकॉल कार्यात्मक अल्ट्रासाउंड (एफएसयू) का उपयोग करके माउस मस्तिष्क में वॉल्यूमेर सेरेब्रल हीमोडायनामिक विविधताओं के मात्राकरण का वर्णन करता है। संवेदी उत्तेजना के साथ-साथ आराम-राज्य कार्यात्मक कनेक्टिविटी के बाद 3 डी कार्यात्मक सक्रियण मानचित्र के लिए प्रक्रियाएं उदाहरण के रूप में प्रदान की जाती हैं, एनेस्थेटाइज्ड और जागते चूहों में।

ट्रांसक्रैनियल फंक्शनल अल्ट्रासाउंड इमेजिंग का उपयोग करके चूहों में पूरे मस्तिष्क 3डी एक्टिवेशन और कार्यात्मक कनेक्टिविटी मैपिंग

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

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Functional Mapping with Simultaneous MEG and EEG

एक साथ एमईजी और ईईजी के साथ कार्यात्मक मानचित्रण

We use magnetoencephalography (MEG) and electroencephalography (EEG) to locate and determine the temporal evolution in brain areas involved in the ...

Assessment of Cerebral Lateralization in Children using Functional Transcranial Doppler Ultrasound (fTCD)

Assessment of Cerebral Lateralization in Children using Functional Transcranial Doppler Ultrasound fTCD

सेरेब्रल Lateralization कार्यात्मक transcranial डॉपलर अल्ट्रासाउंड का उपयोग बच्चे में आकलन (fTCD)

There are many unanswered questions about cerebral lateralization.  In particular, it remains unclear which aspects of language and nonverbal ability are ...

Functional Calcium Imaging in Developing Cortical Networks

Cortical नेटवर्क के विकास में कार्यात्मक कैल्शियम इमेजिंग

A hallmark pattern of activity in developing nervous systems is spontaneous, synchronized network activity. Synchronized activity has been observed in ...

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

Neuroscientific अनुसंधान और वास्तविक समय कार्यात्मक cortical मानचित्रण के लिए मानव Electrocorticographic सिग्नल (ECOG) रिकॉर्डिंग

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

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

कार्यात्मक न्यूरोइमेजिंग अल्ट्रासोनिक रक्त मस्तिष्क बाधा विघटन और मैंगनीज बढ़ाकर एमआरआई का उपयोग

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

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

उच्च क्षेत्र fMRI का उपयोग वयस्क बिल्लियों में श्रवण प्रांतस्था के कार्यात्मक इमेजिंग

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समकालिक<em&gt; पूर्व vivo</emदो Retinas की&gt; कार्यात्मक परीक्षण से<em&gt; Vivo</em&gt; Electroretinogram सिस्टम

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

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Bioluminescent कैल्शियम सूचक GFP-aequorin के आधार पर विवो कार्यात्मक ब्रेन इमेजिंग दृष्टिकोण में

Functional in vivo imaging has become a powerful approach to study the function and physiology of brain cells and structures of interest. Recently a new ...

Using Optical Coherence Tomography and Optokinetic Response As Structural and Functional Visual System Readouts in Mice and Rats

चूहों और चूहों में संरचनात्मक और कार्यात्मक दृश्य प्रणाली Readouts के रूप में ऑप्टिकल जुटना टोमोग्राफी और Optokinetic प्रतिक्रिया का उपयोग

Optical coherence tomography (OCT) is a fast, non-invasive, interferometric technique allowing high-resolution retinal imaging. It is an ideal tool for ...

Conducting Hyperscanning Experiments with Functional Near-Infrared Spectroscopy

कार्यात्मक निकट अवरक्त स्पेक्ट्रोस्कोपी के साथ Hyperscanning प्रयोगों का आयोजन

Concurrent brain recordings of two or more interacting persons, an approach termed hyperscanning, are gaining increasing importance for our understanding ...