Name: acquisition of resting-state functional magnetic resonance imaging data in the rat
Uploaded: 2021-08-28T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Acquisition of Resting-State Functional Magnetic Resonance Imaging Data in the Rat at JoVE.com

Dette arbejde blev støttet af midler fra National Institute of Health (NIH)'s National Institute on Drug Abuse (NIDA) [DJW, EDKS, og EMB blev støttet af Grant R21DA044501 tildelt Alan I. Green og DJW blev støttet af Grant T32DA037202 til Alan J. Budney] og National Institute on Alcohol Abuse and Alcoholism (NIAAA) [Grant F31AA028413 til Emily D. K. Sullivan]. Yderligere støtte blev ydet gennem Alan I. Greens begavede fond som Raymond Sobel professor i psykiatri i Dartmouth.
Hanbing Lu støttes af National Institute on Drug Abuse Intramural Research Program, NIH.
Forfatterne ønsker at anerkende og takke den afdøde Alan I. Green. Hans urokkelige dedikation til området for samforekomne lidelser bidrog til at etablere samarbejde mellem forfatterne. Vi takker ham for hans mentorskab og vejledning, som vil blive savnet.

Alle eksperimenter blev udført på en 9,4 T MR-scanner, og blev godkendt af den institutionelle Animal Care and Use Committee på Dartmouth College. Yderligere godkendelse blev opnået for at optage og vise de dyr, der anvendes i videoen og tallene nedenfor.
1. Præparater før scanning
<ol><li>Subkutan infusionslinje<ol>
<li>Fjern delvist en 23 G nål fra pakken, så nålepunktet forbliver sterilt.</li>
		<li>Hold nålens nav sikkert, og brug et barberblad til at score nåleskakten, hvor d...

<ol>
	<li>Smitha, K. A., 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=Resting+state+fMRI:+A+review+on+methods+in+resting+state+connectivity+analysis+and+resting+state+networks.">Resting state fMRI: A review on methods in resting state connectivity analysis and resting state networks.</a> The Neuroradiology Journal. 30 (4), 305-317 (2017).</li><li>Gorges, 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=Functional+connectivity+mapping+in+the+animal+model:+Principles+and+applications+of+resting-state+fMRI.">Functional connectivity mapping in the animal model: Principles and applications of resting-state fMRI.</a> Frontiers in Neurology. 8, (2017).</li><li>Paasonen, J., Stenroos, P., Salo, R. A., Kiviniemi, V., Gr&#246;hn, O. <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+under+six+anesthesia+protocols+and+the+awake+condition+in+rat+brain.">Functional connectivity under six anesthesia protocols and the awake condition in rat brain.</a> NeuroImage. 172, 9-20 (2018).</li><li>Pawela, C. 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=A+protocol+for+use+of+medetomidine+anesthesia+in+rats+for+extended+studies+using+task-induced+BOLD+contrast+and+resting-state+functional+connectivity.">A protocol for use of medetomidine anesthesia in rats for extended studies using task-induced BOLD contrast and resting-state functional connectivity.</a> NeuroImage. 46 (4), 1137-1147 (2009).</li><li>Jonckers, E., 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=Different+anesthesia+regimes+modulate+the+functional+connectivity+outcome+in+mice.">Different anesthesia regimes modulate the functional connectivity outcome in mice.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 72 (4), 1103-1112 (2014).</li><li>Williams, K. A., 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=Comparison+of+alpha-chloralose,+medetomidine+and+isoflurane+anesthesia+for+functional+connectivity+mapping+in+the+rat.">Comparison of alpha-chloralose, medetomidine and isoflurane anesthesia for functional connectivity mapping in the rat.</a> Magnetic Resonance Imaging. 28 (7), 995-1003 (2010).</li><li>Zhurakovskaya, E., 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=Global+functional+connectivity+differences+between+sleep-like+states+in+urethane+anesthetized+rats+measured+by+fMRI.">Global functional connectivity differences between sleep-like states in urethane anesthetized rats measured by fMRI.</a> PloS One. 11 (5), 0155343 (2016).</li><li>Fukuda, M., Vazquez, A. L., Zong, X., 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=Effects+of+the+&#945;2-adrenergic+receptor+agonist+dexmedetomidine+on+neural,+vascular+and+BOLD+fMRI+responses+in+the+somatosensory+cortex.">Effects of the &#945;2-adrenergic receptor agonist dexmedetomidine on neural, vascular and BOLD fMRI responses in the somatosensory cortex.</a> The European Journal of Neuroscience. 37 (1), 80-95 (2013).</li><li>Brynildsen, J. 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+characterization+of+a+robust+survival+rodent+fMRI+method.">Physiological characterization of a robust survival rodent fMRI method.</a> Magnetic Resonance Imaging. 35, 54-60 (2017).</li><li>Lu, H., 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=Rat+brains+also+have+a+default+mode+network.">Rat brains also have a default mode network.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (10), 3979-3984 (2012).</li><li>Lu, H., 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=Low-+but+not+high-frequency+LFP+correlates+with+spontaneous+BOLD+fluctuations+in+rat+whisker+barrel+cortex.">Low- but not high-frequency LFP correlates with spontaneous BOLD fluctuations in rat whisker barrel cortex.</a> Cerebral Cortex. 26 (2), 683-694 (2016).</li><li>Tsai, P. -. 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=Converging+structural+and+functional+evidence+for+a+rat+salience+network.">Converging structural and functional evidence for a rat salience network.</a> Biological Psychiatry. 88 (11), 867-878 (2020).</li><li>Murphy, K., Bodurka, J., 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=How+long+to+scan?+The+relationship+between+fMRI+temporal+signal+to+noise+ratio+and+necessary+scan+duration.">How long to scan? The relationship between fMRI temporal signal to noise ratio and necessary scan duration.</a> NeuroImage. 34 (2), 565-574 (2007).</li><li>Birn, R. 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=The+effect+of+scan+length+on+the+reliability+of+resting-state+fMRI+connectivity+estimates.">The effect of scan length on the reliability of resting-state fMRI connectivity estimates.</a> NeuroImage. 83, 550-558 (2013).</li><li>Lu, H., 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=Synchronized+delta+oscillations+correlate+with+the+resting-state+functional+MRI+signal.">Synchronized delta oscillations correlate with the resting-state functional MRI signal.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 104 (46), 18265-18269 (2007).</li><li>Lu, H., 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=Registering+and+analyzing+rat+fMRI+data+in+the+stereotaxic+framework+by+exploiting+intrinsic+anatomical+features.">Registering and analyzing rat fMRI data in the stereotaxic framework by exploiting intrinsic anatomical features.</a> Magnetic Resonance Imaging. 28 (1), 146-152 (2010).</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>Ash, J. A., 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+with+the+retrosplenial+cortex+predicts+cognitive+aging+in+rats.">Functional connectivity with the retrosplenial cortex predicts cognitive aging in rats.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 113 (43), 12286-12291 (2016).</li><li>Hsu, L. -. 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=Intrinsic+insular-frontal+networks+predict+future+nicotine+dependence+severity.">Intrinsic insular-frontal networks predict future nicotine dependence severity.</a> The Journal of Neuroscience. 39 (25), 5028-5037 (2019).</li><li>Li, Q., 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=Resting-state+functional+MRI+reveals+altered+brain+connectivity+and+its+correlation+with+motor+dysfunction+in+a+mouse+model+of+Huntington's+disease.">Resting-state functional MRI reveals altered brain connectivity and its correlation with motor dysfunction in a mouse model of Huntington's disease.</a> Scientific Reports. 7, (2017).</li><li>Lu, H., 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=Abstinence+from+cocaine+and+sucrose+self-administration+reveals+altered+mesocorticolimbic+circuit+connectivity+by+resting+state+MRI.">Abstinence from cocaine and sucrose self-administration reveals altered mesocorticolimbic circuit connectivity by resting state MRI.</a> Brain Connectivity. 4 (7), 499-510 (2014).</li><li>Seewoo, B. J., Joos, A. C., Feindel, K. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+analytical+workflow+for+seed-based+correlation+and+independent+component+analysis+in+interventional+resting-state+fMRI+studies.">An analytical workflow for seed-based correlation and independent component analysis in interventional resting-state fMRI studies.</a> Neuroscience Research. 165, 26-37 (2021).</li><li>Broadwater, M. A., 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=Adolescent+alcohol+exposure+decreases+frontostriatal+resting-state+functional+connectivity+in+adulthood.">Adolescent alcohol exposure decreases frontostriatal resting-state functional connectivity in adulthood.</a> Addiction Biology. 23 (2), 810-823 (2018).</li><li>Jaime, S., Cavazos, J. E., Yang, Y., Lu, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Longitudinal+observations+using+simultaneous+fMRI,+multiple+channel+electrophysiology+recording,+and+chemical+microiontophoresis+in+the+rat+brain.">Longitudinal observations using simultaneous fMRI, multiple channel electrophysiology recording, and chemical microiontophoresis in the rat brain.</a> Journal of Neuroscience Methods. 306, 68-76 (2018).</li></ol>

Dyrets stabilitet, både fysisk og fysiologisk, er nøglen til at opnå hviletilstandsdata af høj kvalitet. Denne protokol opnår stabilitet ved at bevæge sig gennem fire forskellige faser af anæstesi. Det er bydende nødvendigt, at dyret har opfyldt de fastsatte fysiologiske tærskler, før det går videre til næste fase af anæstesi; da denne metode er afhængig af fysiologiske autoregulatoriske mekanismer, kan individuelle dyr kræve lidt forskellige mængder tid i hver anæstesifase. Det er vores erfaring, at det...

Hviletilstand funktionel magnetisk resonansbilleddannelse (rs-fMRI) er et mål for det blod-ilt-niveau-afhængige (FED) signal, når hjernen er i hvile og ikke er involveret i nogen bestemt opgave. Disse signaler kan bruges til at måle korrelationer mellem hjerneregioner for at bestemme den funktionelle forbindelse inden for neurale netværk. rs-fMRI anvendes i vid udstrækning i kliniske undersøgelser på grund af dets ikke-invasivitet og den lave indsats, der kræves af patienter (sammenlignet med opgavebaseret fMRI), hvilket gør det optimalt for forskellige patientpopulationer1.
De teknologiske fremskridt har gjort det muligt at tilpasse rs-fMRI til brug i gnavermodeller for at afdække mekanismer, der ligger til grund for sygdomstilstande (se reference2 til revision). Prækliniske dyremodeller, herunder sygdoms- eller knockoutmodeller, tillader en bred vifte af eksperimentelle manipulationer, der ikke kan anvendes hos mennesker, og undersøgelser kan også gøre brug af post mortem-prøver til yderligere at forbedre forsøg2. Ikke desto mindre, på grund af vanskelighederne med både at begrænse bevægelse og formildende stress, udføres MR-erhvervelse hos gnavere traditionelt under anæstesi. Bedøvelsesmidler, afhængigt af deres farmakokinetik, farmakodynamik og molekylære mål, påvirker hjernens blodgennemstrømning, hjernens stofskifte og potentielt påvirker neurovaskulære koblingsveje.
Der har været mange bestræbelser på at udvikle anæstesiprotokoller, der bevarer neurovaskulær kobling og hjernenetværksfunktion3,4,5,6,7,8. Vi har tidligere rapporteret en bedøvelse regime, der anvendes en lav dosis af isoflurane sammen med en lav dosis af α2 adrenergic receptor agonist dexmedetomidin9. Rotter under denne anæstesimetode udviste robuste FED-reaktioner på whisker stimulation i regioner i overensstemmelse med etablerede projektionsveje (ventrolateral og ventromedial thalamic nuclei, primær og sekundær somatosensorisk cortex); store hviletilstandshjernenetværk, herunder standardtilstandsnetværket10,11 og salience-netværk12, er også konsekvent blevet opdaget. Desuden giver denne bedøvelsesprotokol mulighed for gentagen billeddannelse på det samme dyr, hvilket er vigtigt for overvågningen af sygdomsprogressionen og effekten af eksperimentelle manipulationer i længderetningen.
I denne undersøgelse beskriver vi de eksperimentelle opsætnings-, dyreforberedelses- og fysiologiske overvågningsprocedurer, der er involveret. Vi beskriver især de specifikke anæstesifaser og erhvervelse af scanninger i hver fase. Datakvaliteten vurderes efter hver hviletilstandsscanning. En kort oversigt over analyse efter scanningen er også inkluderet i diskussionen. Laboratorier, der er interesseret i at afdække potentialet ved at anvende rs-fMRI hos rotter, vil finde denne protokol nyttig.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>9.4T MRI</td>
			<td>Varian/Bruker</td>
			<td></td>
			<td>Varian upgraded with Bruker console running Paravision 6.0.1 software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Air-Oxygen Mixer</td>
			<td>Sechrist</td>
			<td>Model 3500CP-G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Analysis of Functional NeuroImages (AFNI)</td>
			<td>NIMH/NIH</td>
			<td>Version AFNI_18.3.03</td>
			<td>Freely available at: https://afni.nimh.nih.gov/</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Animal Cradle</td>
			<td>RAPID Biomedical</td>
			<td>LHRXGS-00563</td>
			<td>rat holder with bite bar, nose cone and ear bars</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Animal Physiology Monitoring &#38; Gating System</td>
			<td>SAII</td>
			<td>Model 1025</td>
			<td>MR-compatible system including oxygen saturation, temperature, respiration and fiber optic pulse oximetry add-on</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Antisedan (atipamezole hydrochloride)</td>
			<td>Patterson Veterinary</td>
			<td>07-867-7097</td>
			<td>Zoetis, Manufacturer Item #10000449</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ceramic MRI-Safe Scissors</td>
			<td>MRIequip.com</td>
			<td>MT-6003</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Clippers</td>
			<td>Patterson Veterinary</td>
			<td>07-882-1032</td>
			<td>Wahl touch-up trimmer combo kit, Manufacturer Item #09990-1201</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dexmedesed (dexmedetomidine hydrochloride)</td>
			<td>Patterson Veterinary</td>
			<td>07-893-1801</td>
			<td>Dechra Veterinary Products, Manufacturer Item#17033-005-10</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digital Rectal Thermometer Covers</td>
			<td>Medline</td>
			<td>MDS9608</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FMRIB Software Library</td>
			<td>FMRIB</td>
			<td>MELODIC Version 3.15</td>
			<td>Freely available at: https://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heating Pad</td>
			<td>Cara Inc.</td>
			<td>Model 50</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hemostat forceps, straight</td>
			<td>Kent Scientific</td>
			<td>INS750451-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane</td>
			<td>Patterson Veterinary</td>
			<td>07-893-1389</td>
			<td>Patterson Private Label, Manufacturer Item #14043-0704-06</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane Vaporizer</td>
			<td>VetEquip Inc.</td>
			<td>911103</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lab Tape, 3/4&#34;</td>
			<td>VWR International</td>
			<td>89097-990</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Needles, 23 gauge</td>
			<td>BD</td>
			<td>305145</td>
			<td>plastic hub removed</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Parafilm Laboratory Film</td>
			<td>Patterson Veterinary</td>
			<td>07-893-0260</td>
			<td>Medline Industries Inc., Manufacturer Item #HSFHS234526A</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Planar Surface Coil</td>
			<td>Bruker</td>
			<td>T12609</td>
			<td>2cm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polyethylene Tubing</td>
			<td>Braintree Scientific</td>
			<td>PE50 50FT</td>
			<td>0.023&#34; (inner diameter), 0.038&#34; (outer diameter)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Puralube Ophthalmic Ointment</td>
			<td>Patterson Veterinary</td>
			<td>07-888-2572</td>
			<td>Dechra Veterinary Products, Manufacturer Item #211-38</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sprague Dawley Rats</td>
			<td>Charles River</td>
			<td>400 SAS SD</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile 0.9% Saline Solution</td>
			<td>Patterson Veterinary</td>
			<td>07-892-4348</td>
			<td>Aspen Vet, Manufacturer Item #14208186</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sterile Alcohol Prep Pads</td>
			<td>Medline</td>
			<td>MDS090735</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Surgical Tape, 1&#34; (3M Durapore)</td>
			<td>Medline</td>
			<td>MMM15381Z</td>
			<td>3M Healthcare, &#34;wide medical tape&#34;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Surgical White Paper Tape, 1/2&#34; (3M Micropore)</td>
			<td>Medline</td>
			<td>MMM15300</td>
			<td>3M Healthcare</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringes, 1 mL w/ 25 gauge needle</td>
			<td>BD</td>
			<td>309626</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringes, 3 mL</td>
			<td>BD</td>
			<td>309657</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vented induction and scavenging system</td>
			<td>VetEquip Inc.</td>
			<td>942102</td>
			<td>2 liter induction chamber with active scavenging</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>411724</td>
			<td>omega flowmeter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>931600</td>
			<td>scavenging cube, &#34;vacuum&#34;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>921616</td>
			<td>nose cone, non-rebreathing</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

acquisition of resting-state functional magnetic resonance imaging data in the rat

Hviletilstand funktionel magnetisk resonansbilleddannelse (rs-fMRI) er blevet en stadig mere populær metode til at studere hjernefunktion i en hvilende, ikke-opgavetilstand. Denne protokol beskriver en præklinisk overlevelsesmetode til indhentning af rs-fMRI-data. Kombinationen af lavdosisisoflurane med kontinuerlig infusion af α2 adrenergic receptor agonist dexmedetomidin giver en robust mulighed for stabil dataopsamling af høj kvalitet, samtidig med at hjernens netværksfunktion bevares. Desuden giver denne procedure mulighed for spontan vejrtrækning og næsten normal fysiologi hos rotten. Yderligere billedsekvenser kan kombineres med hviletilstandserhvervelse, der skaber eksperimentelle protokoller med bedøvelsesstabilitet på op til 5 timer ved hjælp af denne metode. Denne protokol beskriver opsætningen af udstyr, overvågning af rottefysiologi i fire forskellige faser af anæstesi, erhvervelse af hviletilstandsscanninger, kvalitetsvurdering af data, genopretning af dyret og en kort diskussion af efterbehandlingsdataanalyse. Denne protokol kan bruges på tværs af en bred vifte af prækliniske gnavermodeller for at hjælpe med at afsløre de resulterende hjernenetværksændringer, der opstår i hvile.

Efter hver hviletilstandsscanning vurderes stabiliteten ved hjælp af en uafhængig komponentanalyse (ICA; eksempelscript, der er inkluderet i supplerende filer). Figur 6 viser eksempler på komponentoutput fra scanninger i hviletilstand. Figur 6a viser en signalkomponent fra en scanning med høj stabilitet. Bemærk, at komponenten geografisk har høj regionalitet. Inden for tidsforløbet under den rumlige komponent er signalet stabilt og ikke f...

Watch this Scientific Journal Video about Acquisition of Resting-State Functional Magnetic Resonance Imaging Data in the Rat at JoVE.com

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

Denne protokol beskriver en metode til at opnå stabile hviletilstandsfunktionelle magnetisk resonansbilleddannelsesdata (rs-fMRI) fra en rotte ved hjælp af lavdosisisofluran i kombination med lavdosis dexmedetomidin.

Erhvervelse af Resting-State Funktionel Magnetisk Resonans Imaging Data i Rat

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

Hviletilstand funktionel magnetisk resonansbilleddannelse, eller hviletilstand fMRI, er blevet en stadig mere populær metode til at studere hjernefunktion i en hvilende ikke-opgavetilstand. Teknologiske fremskridt har gjort det muligt at tilpasse hviletilstandsfMRI til brug i gnavermodeller og kan bruges til at afdække mekanismer, der ligger til grund for sygdomstilstande. Den protokol, der er beskrevet her kombinerer lavdosis isofluran med lav dosis dexmedetomidin, giver mulighed for høj kvalitet dataindsamling og bevarelse af hjernens netværk funktion.Denne metode giver også mulighed for spontan vejrtrækning og næsten normal fysiologi i op til fem timer. I denne video dækker vi overvågning af rottens fysiologi i fire forskellige faser af anæstesi, dyreinduktion og forberedelse, dyreopsætning, anatomisk scanningserhvervelse og erhvervelse af hviletilstandsscanning efterfulgt af kvalitetsvurdering af dataene. Brug et system til at levere inhaleret bedøvelsesmiddel samt skyllevæske røggasser fra alle nødvendige områder, fremkalde anæstesi med 2,5% isoflurane i 30% ilt-beriget luft.Når dyret er bedøvet, fjern det fra kammeret, vej dyret og læg det i næsekeglerne på varmepuden i forberedelsesrummet og resterende ved 2,5% isoflurane. Påfør oftalmisk smøre salve på hvert øje for at forhindre tørring. Bekræft dybden af anæstesi ved en mangel på tå knivspids respons, Brug klippere til at barbere en to-tommer med to-tommer firkantet område på den nederste lændehvirvel region af dyrets ryg direkte over halen.0,015 milligram pr. kg dexmedetomidinopløsning med intraperitoneal injektion i underlivets nederste højre kvadrant ved hjælp af en 25-gauge nål. Skift isoflurane flow fra forberedelsesrummet til dyreholderen. Flyt dyret ind i dyre vuggen.Placer rottens fortænder sikkert over og ind i bidestangen. Skub næseke keglen over næsen for at sikre en stram pasform. Hvis næsekeglet ikke dækker underkæben, kan Parafilm bruges til forsigtigt at holde kæben lukket, mens den også forsegler omkring næsekeglet.Placer åndedrætspuden under dyrets underliv under brystkassen, og flyt den, indtil åndedrætsbølgeformen viser et dybt trug centreret på hvert åndedrag. Gå videre til næste fase af anæstesi, når respirationen er mindre end 40 vejrtrækninger i minuttet. Sæt ørestængerne ind i øregangen for at stabilisere rottens hoved i dyreholderen.Når det er placeret, skal du trække fremad på bidestangen og bekræfte, at hovedet ikke bevæger sig. Juster næsekeglerne og Parafilm efter behov. Sæt temperatursonden i et forsmurt engangssondedæksel.Sæt forsigtigt temperatursonden ca. 1/2 tommer ind i endetarmen og tape den til bunden af halen med medicinsk tape. Placer pulsoximeterclipsen på bagfodens mellemfodsområde, så lyskilden er på bunden af foden. Rotation af klippet kan påvirke signalet, således at skabe en holder til at holde poten og klip oprejst vil føre til større stabilitet.Infusionshastigheden beregnes for 0,015 milligram pr. kg dexmedetomidin i timen. Indstil lægemiddelpumpen til den beregnede infusionshastighed, og fyld infusionslinjen. Brug en alkohol tørre, rense barberet område for at fjerne eventuelle omstrejfende hår.Klem huden ca. to fingerbredder over bunden af halen. Sæt 1/3 af infusionslinjens nål ind i den telthud. Fastgør nålen til huden med et tre-tommers stykke bredt medicinsk tape.Placer et andet stykke bredt medicinsk tape over den første på tværs af rotten og fastgjort til begge sider af dyre vuggen. Det er af afgørende betydning, at den ferromagnetiske nål er godt sikret for at forhindre bevægelse under scanningen. Begynd infusionen af subkutan dexmedetomidin.Placer et stykke gaze på broen af rottens næse for at skabe en plan overflade til spolen. Brug papirtape, som ikke forstyrrer MRI-signalet, for at sikre spolen til rottens hoved og centrere den over hjernen. Placer papirhåndklæder over dyret og fastgør dem til dyre vuggen med laboratorietape.Hvis du bruger et luftvarmesystem, skal du pakke et plastfolie rundt om hele holderen for at indeholde den varme luft. Flyt dyret ind i boringen og tune magneten. Reducer isoflurane til 1,5%, hvilket resulterer i en støt stigning i åndedræt til ca 45 til 50 vejrtrækninger-per-minut.Forblive på dette niveau under den anatomiske scanning. Brug FLASH-lokaliseringsscanningen til at sikre, at hjernen er justeret med magnetisocenteret. Flyt dyret og gentag om nødvendigt.Kør den højere opløsning RARE localizer scanning, og bruge denne scanning output til at justere 15 sagittal skiver centreret over hele hjernen. Brug den midterste sagittal skive, justere midten aksial skive til decussation af den forreste commissure, der vises som en mørk plet. Bemærk den udsnitsforskydning, der skal bruges senere i hviletilstandsscanningerne.Anskaf 23 skiver ved hjælp af både FLASH- og RARE-aksialprotokollerne for at hjælpe med registrering til et fælles rum under analyse efter scanningen. Shim på tværs af hele hjernen ved hjælp af PRESS sekvens. Efter at have afsluttet anatomiske scanninger, reducere isoflurane til 0,5 til 0,75%justering, således at dyrets åndedræt er 60 til 65 vejrtrækninger-per-minut.Forbliv på dette niveau i mindst 10 minutter, før du begynder at hvile tilstandsscanning for at sikre stabilitet. Når fysiologien er stabil, skal du anskaffe en EPI-scanning på 15 skiver ved hjælp af den samme skiveforskydning som den anatomiske aksiale serie. Når hver hviletilstandsscanning er afsluttet, skal du kontrollere kvaliteten ved hjælp af en uafhængig komponentanalyse for at opdele dataene i rumlige og tidsmæssige komponenter.Få mindst tre hviletilstandsscanninger af høj kvalitet. Når scanningen er færdig, øge isoflurane til 2%, og stoppe subkutane dexmedetomidin infusion. Fjern dyreholderen fra magnetboringen og vend dyret tilbage til forberedelsesrummet.Der injiceres 0,015 milligram pr. kg af den fortyndede atipamezoleopløsning i rottens bagbensmuskel ved hjælp af en 25-gauge nål. Placer rotten tilbage i hjemmeburet oven på en varmepude, og overvåg, indtil dyret er ambulant. Ved hjælp af en uafhængig komponentanalyse skal du vurdere stabiliteten efter hver hviletilstandsscanning.Vist her er et eksempel på meget høj stabilitet. Bemærk, at komponenterne rumligt har høj regionalitet. Inden for den tidskurs, der vises i mellempanelet, er signalet stabilt og ikke forudsigeligt, hvilket er tegn på ægte hjerneaktivitet.Effektspektret nederst viser overvejende lave frekvenser. Vist her er en støjkomponent fra den samme scanning. Bemærk den ikke-regionalitet, højfrekvente tidsforløb og en enkelt højfrekvent top i effektspektret.Støjkomponenter skal de-noised under analyse efter scanningen. Endelig er denne komponent fra en scanning, hvor anæstesi ikke var stabil. Det viste tidsforløb er variabelt og uregelmæssigt.Når dette sker, er der behov for forbedringer af bedøvelsesprotokollen, almindeligvis til loftet for næsekeglerne og scavenging af affaldsgasser. Dyrets stabilitet, både fysisk og fysiologisk, er nøglen til at opnå hviletilstandsdata af høj kvalitet. Det er bydende nødvendigt, at dyret opfylder de fysiologiske tærskler, der er fastsat, før det går videre til næste fase af anæstesi.Efter denne overlevelsesteknik kan hviletilstand fMRI bruges i langsgående undersøgelser sammen med eksperimentelle manipulationer og til at udforske sygdomsmodeller. Kombinationen af lavdosisisofluran med dexmedetomidin, der anvendes i denne protokol, giver mulighed for en bred vifte af prækliniske undersøgelser for efterforskere, der er interesseret i at billed gnaverhjernen i hviletilstand.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Multiple-mouse Neuroanatomical Magnetic Resonance Imaging

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

High-resolution Functional Magnetic Resonance Imaging Methods for Human Midbrain

Høj opløsning funktionel magnetisk resonans Metoder til human midthjernen

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

Brug af Magnetic Resonance Spectroscopy som et værktøj til måling af Bi-halvkugleformet Transkranial Electric Stimulation Virkninger på Primary Motor Cortex Metabolisme

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

High-resolution In Vivo Manual Segmentation Protocol for Human Hippocampal Subfields Using 3T Magnetic Resonance Imaging

Høj opløsning<em&gt; In vivo</em&gt; Manuel Segmentering Protokol for humant hippocampus Underfelter Brug 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 ...

High-resolution Structural Magnetic Resonance Imaging of the Human Subcortex In Vivo and Postmortem

High-resolution Structural Magnetic Resonance Imaging of the Human Subcortex In Vivo and Postmortem

Høj opløsning Strukturel Magnetic Resonance Imaging af Human subcortex<I&gt; In vivo</I&gt; Og 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 ...

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

En magnetisk resonans protokol for slagtilfælde indsættende tid skøn i Permanent Cerebral iskæmi

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 ...

Microstate and Omega Complexity Analyses of the Resting-state Electroencephalography

Mikrostaten og Omega kompleksitet analyser af Resting state electroencefalografi

Microstate and omega complexity are two reference-free electroencephalography (EEG) measures that can represent the temporal and spatial complexities of ...

Functional Magnetic Resonance Spectroscopy at 7 T in the Rat Barrel Cortex During Whisker Activation

Funktionel magnetisk resonans-spektroskopi på 7 T i rotte tønde Cortex under bakkenbart aktivering

Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy offers the opportunity to measure cerebral metabolite contents in vivo and noninvasively. Thanks to ...

Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging in Chronic Spinal Cord Compression

Diffusion tensor magnetisk resonans imaging i kronisk rygmarv kompression

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

Reliable Acquisition of Electroencephalography Data during Simultaneous Electroencephalography and Functional MRI

Pålidelig erhvervelse af elektroencefalografidata under samtidig elektroencefalografi og funktionel MR-scanning

Simultaneous electroencephalography (EEG) and functional magnetic resonance imaging (fMRI), EEG-fMRI, combines the complementary properties of scalp EEG ...