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

Dit werk werd ondersteund door financiering van het National Institute of Health (NIH)'s National Institute on Drug Abuse (NIDA) [DJW, EDKS, and EMB were supported by Grant R21DA044501 awarded to Alan I. Green and DJW was supported by Grant T32DA037202 to Alan J. Budney] and the National Institute on Alcohol Abuse and Alcoholism (NIAAA) [Grant F31AA028413]. Aanvullende steun werd verleend via het begiftigde fonds van Alan I. Green als raymond Sobel professor in de psychiatrie in Dartmouth.
Hanbing Lu wordt ondersteund door het National Institute on Drug Abuse Intramural Research Program, NIH.
De auteurs willen wijlen Alan I. Green erkennen en bedanken. Zijn niet aflatende toewijding aan het gebied van co-voorkomende aandoeningen hielp om samenwerking tussen de auteurs tot stand te brengen. We danken hem voor zijn mentorschap en begeleiding, die zeer gemist zullen worden.

Alle experimenten werden uitgevoerd op een 9.4 T MRI-scanner en werden goedgekeurd door het Institutional Animal Care and Use Committee van Dartmouth College. Aanvullende goedkeuring werd verkregen om de dieren die in de onderstaande video en cijfers worden gebruikt, vast te leggen en weer te geven.
1. Voorbereidingen voor het scannen
<ol><li>Subcutane infusielijn<ol>
<li>Verwijder een 23 G naald gedeeltelijk uit de verpakking zodat het naaldpunt steriel blijft.</li>
		<li>Houd de naaf van 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>

Stabiliteit van het dier, zowel fysiek als fysiologisch, is de sleutel tot het verkrijgen van hoogwaardige rusttoestandgegevens. Dit protocol bereikt stabiliteit door vier verschillende fasen van anesthesie te doorlopen. Het is absoluut noodzakelijk dat het dier de vastgestelde fysiologische drempels heeft gehaald voordat het naar de volgende fase van anesthesie gaat; aangezien deze methode afhankelijk is van fysiologische autoregulerende mechanismen, kunnen individuele dieren bij elke anesthesiefase enigszins verschille...

Resting-state functional magnetic resonance imaging (rs-fMRI) is een maat voor het bloed-zuurstof-niveau-afhankelijke (BOLD) signaal wanneer de hersenen in rust zijn en niet betrokken zijn bij een bepaalde taak. Deze signalen kunnen worden gebruikt om correlaties tussen hersengebieden te meten om de functionele connectiviteit binnen neurale netwerken te bepalen. rs-fMRI wordt veel gebruikt in klinische studies vanwege de niet-invasiviteit en de lage hoeveelheid inspanning die van patiënten wordt vereist (in vergelijking met taakgebaseerde fMRI) waardoor het optimaal is voor diverse patiëntenpopulaties1.
Dankzij de technologische vooruitgang kon rs-fMRI worden aangepast voor gebruik in knaagdiermodellen om mechanismen aan het licht te brengen die ten grondslag liggen aan ziektetoestanden (zie referentie2 voor beoordeling). Preklinische diermodellen, waaronder ziekte- of knock-outmodellen, maken een breed scala aan experimentele manipulaties mogelijk die niet van toepassing zijn op mensen, en studies kunnen ook gebruik maken van postmortale monsters om experimenten verder te verbeteren2. Niettemin, vanwege de moeilijkheid in zowel het beperken van beweging als het verminderen van stress, wordt MRI-acquisitie bij knaagdieren traditioneel uitgevoerd onder anesthesie. Verdovende middelen, afhankelijk van hun farmacokinetiek, farmacodynamica en moleculaire doelen, beïnvloeden de hersenbloedstroom, het hersenmetabolisme en beïnvloeden mogelijk neurovasculaire koppelingsroutes.
Er zijn talrijke inspanningen geleverd om verdovingsprotocollen te ontwikkelen die neurovasculaire koppeling en hersennetwerkfunctie3,4, 5,6,7,8behouden . We meldden eerder een verdovingsschema dat een lage dosis isofluraan toepaste samen met een lage dosis van de α2 adrenerge receptoragonist dexmedetomidine9. Ratten onder deze anesthesiemethode vertoonden robuuste BOLD-reacties op snorharenstimulatie in regio's die consistent waren met vastgestelde projectieroutes (ventrolaterale en ventromediale thalamische kernen, primaire en secundaire somatosensorische cortex); grootschalige rusttoestand hersennetwerken, waaronder de standaardmodus netwerk10,11 en salience netwerk12 zijn ook consequent gedetecteerd. Bovendien maakt dit verdovingsprotocol herhaalde beeldvorming bij hetzelfde dier mogelijk, wat belangrijk is voor het monitoren van de ziekteprogressie en het effect van experimentele manipulaties in de lengterichting.
In deze studie beschrijven we de experimentele opzet, de voorbereiding van dieren en de fysiologische monitoringprocedures. In het bijzonder beschrijven we de specifieke verdovingsfasen en het verkrijgen van scans tijdens elke fase. De gegevenskwaliteit wordt beoordeeld na elke resting-state scan. Een korte samenvatting van de analyse na de scan is ook opgenomen in de discussie. Laboratoria die geïnteresseerd zijn in het blootleggen van het potentieel van het gebruik van rs-fMRI bij ratten zullen dit protocol nuttig vinden.

<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

Resting-state functionele magnetische resonantie beeldvorming (rs-fMRI) is een steeds populairdere methode geworden om de hersenfunctie te bestuderen in een rustende, niet-taaktoestand. Dit protocol beschrijft een preklinische overlevingsmethode voor het verkrijgen van rs-fMRI-gegevens. Het combineren van lage dosis isofluraan met continue infusie van de α2 adrenerge receptor agonist dexmedetomidine biedt een robuuste optie voor stabiele, hoogwaardige gegevensverzameling met behoud van de hersennetwerkfunctie. Bovendien zorgt deze procedure voor spontane ademhaling en bijna normale fysiologie bij de rat. Extra beeldvormingssequenties kunnen worden gecombineerd met resting-state acquisitie en creëren experimentele protocollen met een verdovingsstabiliteit van maximaal 5 uur met behulp van deze methode. Dit protocol beschrijft de opstelling van apparatuur, monitoring van rattenfysiologie tijdens vier verschillende fasen van anesthesie, verwerving van rusttoestandscans, kwaliteitsbeoordeling van gegevens, herstel van het dier en een korte bespreking van nabewerkingsgegevensanalyse. Dit protocol kan worden gebruikt in een breed scala van preklinische knaagdiermodellen om de resulterende veranderingen in het hersennetwerk die in rust optreden te onthullen.

Na elke resting-state scan wordt de stabiliteit beoordeeld met behulp van een onafhankelijke componentanalyse (ICA; voorbeeldscript opgenomen in Aanvullende bestanden). Figuur 6 toont voorbeelden van componentuitvoer van resting-state scans. Figuur 6a toont een signaalcomponent van een scan met hoge stabiliteit. Merk op dat het onderdeel ruimtelijk een hoge regionaliteit heeft. Binnen de tijdsverloop onder de ruimtelijke component is het signaal...

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

Dit protocol beschrijft een methode voor het verkrijgen van stabiele resting-state functionele magnetische resonantie beeldvorming (rs-fMRI) gegevens van een rat met lage dosis isofluraan in combinatie met lage dosis dexmedetomidine.

Verwerving van resting-state functionele magnetische resonantie beeldvormingsgegevens in de rat

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

Resting-state functionele magnetische resonantie beeldvorming, of rusttoestand fMRI, is een steeds populairdere methode geworden om de hersenfunctie te bestuderen in een rustende niet-taaktoestand. Technologische vooruitgang heeft het mogelijk gemaakt om de rusttoestand fMRI aan te passen voor gebruik in knaagdiermodellen en kan worden gebruikt om mechanismen te ontdekken die ten grondslag liggen aan ziektetoestanden. Het hier beschreven protocol combineert lage dosis isofluraan met lage dosis dexmedetomidine, waardoor gegevens van hoge kwaliteit kunnen worden verwerving en behoud van de hersennetwerkfunctie.Deze methode maakt ook spontane ademhaling en bijna normale fysiologie mogelijk gedurende maximaal vijf uur. In deze video behandelen we monitoring van de fysiologie van de rat tijdens vier verschillende fasen van anesthesie, dierlijke inductie en voorbereiding, dierlijke opstelling, anatomische scanverwerving en resting-state scanverwerving gevolgd door kwaliteitsbeoordeling van de gegevens. Met behulp van een systeem om ingeademde verdovings- en afvalgassen uit alle benodigde gebieden te leveren, anesthesie induceren met 2,5% isofluraan in 30% zuurstofverrijkte lucht.Zodra het dier is verdoofd, verwijdert u het uit de kamer, weegt u het dier en plaatst u het in de neuskegel op het verwarmingskussen in de voorbereidingsruimte en blijft het op 2,5% isofluraan. Breng oogheelkundige smeerzalf aan op elk oog om uitdroging te voorkomen. Bevestig de diepte van anesthesie door een gebrek aan teenknijpreactie, Gebruik tondeuses om een vierkant gebied van twee bij twee inch op het onderste lumbale gebied van de rug van het dier direct boven de staart te scheren.Dien 0,015 milligram per kilogram dexmedetomidine-oplossing toe met een intraperitoneale injectie in het kwadrant rechtsonder in de buik met behulp van een naald van 25 gauge. Schakel de isofluraanstroom van de bereidingsruimte naar de dierenwieg. Verplaats het dier in de dierenwieg.Plaats de voortanden van de rat stevig over en in de bijtbeugel. Duw de neuskegel over de neus om een strakke pasvorm te garanderen. Als de neuskegel de onderkaak niet bedekt, kan Parafilm worden gebruikt om de kaak voorzichtig gesloten te houden en tegelijkertijd rond de neuskegel af te sluiten.Plaats het ademhalingskussen onder de buik van het dier onder de ribbenkast en plaats het totdat de ademhalingsgolfvorm een diepe trog toont die op elke ademhaling is gecentreerd. Ga naar de volgende fase van anesthesie wanneer de ademhaling minder dan 40 ademhalingen per minuut is. Steek die oorstangen in de gehoorgang om het hoofd van de rat in de dierenwieg te stabiliseren.Eenmaal geplaatst, trekt u naar voren op de bijtstang en bevestigt u dat het hoofd niet beweegt. Lees indien nodig de neuskegel en Parafilm aan. Plaats de temperatuursonde in een voorgesmeerde wegwerpsondeafdekking.Plaats de temperatuursonde voorzichtig ongeveer 1/2 inch in het rectum en plak deze met medische tape aan de basis van de staart. Plaats de pulsoximeterklem op het middenvoetsbeentje van de achtervoet en zorg ervoor dat de lichtbron zich aan de onderkant van de voet bevindt. Rotatie van de clip kan het signaal beïnvloeden, dus het creëren van een houder om de poot en clip rechtop te houden, zal leiden tot meer stabiliteit.Bereken de infusiesnelheid voor 0,015 milligram per kilogram per uur dexmedetomidine. Stel de medicijnpomp in op de berekende infusiesnelheid en vul de infusielijn. Maak met een alcoholdoekje het geschoren gebied schoon om zwerfhaar te verwijderen.Knijp de huid ongeveer twee vingerbreedtes boven de basis van de staart. Steek 1/3 van de naald van de infusielijn in de tenthuid. Bevestig de naald aan de huid met een stuk brede medische tape van 10 cm breed.Plaats een tweede stuk brede medische tape over de eerste over de rat en bevestig deze aan beide zijden van de dierenwieg. Het is van cruciaal belang dat de ferromagnetische naald goed is vastgezet om beweging tijdens de scan te voorkomen. Begin met de infusie van subcutane dexmedetomidine.Plaats een stuk gaas op de brug van de neus van de rat om een vlak oppervlak voor de spoel te creëren. Gebruik papieren tape, die het MRI-signaal niet verstoort, om de spoel aan het hoofd van de rat te vastzetten en deze over de hersenen te centreren. Leg papieren handdoeken over het dier en zet ze vast aan de dierenwieg met laboratoriumtape.Als u een luchtverwarmingssysteem gebruikt, wikkelt u een plastic vel om de hele houder om de warme lucht te bevatten. Beweeg het dier in de boring en stem de magneet af. Verminder isofluraan tot 1,5%, wat resulteert in een gestage toename van de ademhaling tot ongeveer 45 tot 50 ademhalingen per minuut.Blijf op dit niveau gedurende de duur van de anatomische scan. Gebruik de FLASH-lokalisatiescan om ervoor te zorgen dat de hersenen zijn uitgelijnd met het magneetisocentrum. Plaats het dier en herhaal indien nodig.Voer de zeldzame lokalisatiescan met een hogere resolutie uit en gebruik deze scanuitvoer om 15 sagittale segmenten uit te lijnen die gecentreerd zijn over de hersenen. Lijn met behulp van het middelste sagittale segment het middelste axiale segment uit op de decussatie van de voorste commissure, die verschijnt als een donkere vlek. Noteer de segmentverschuiving die later in de resting-state scans moet worden gebruikt.Verkrijg 23 segmenten met behulp van zowel de FLASH- als de RARE-axiale protocollen om te helpen bij de registratie van een gemeenschappelijke ruimte tijdens de analyse na de scan. Shim door de hele hersenen met behulp van de PRESS-sequentie. Na het voltooien van anatomische scans, verminder isofluraan tot 0,5 tot 0,75%, zodat de ademhaling van het dier 60 tot 65 ademhalingen per minuut is.Blijf ten minste 10 minuten op dit niveau voordat u begint met het scannen van de rusttoestand om stabiliteit te garanderen. Wanneer de fysiologie stabiel is, moet u een EPI-scan van 15 segmenten maken met dezelfde slice offset als de anatomische axiale reeks. Nadat elke resting-state scan is voltooid, controleert u de kwaliteit met behulp van een onafhankelijke componentanalyse om de gegevens te ontleden in ruimtelijke en temporele componenten.Verkrijg ten minste drie hoogwaardige rusttoestandscans. Wanneer het scannen is voltooid, verhoogt u de isofluraan tot 2% en stopt u de subcutane dexmedetomidine-infusie. Verwijder de dierenhouder van de magneetboring en breng het dier terug naar de bereidingsruimte.Injecteer 0,015 milligram per kilogram van de verdunde atipamezoloplossing in de achterpootspier van de rat met behulp van een naald met een 25-gauge. Plaats de rat terug in de huiskooi bovenop een verwarmingskussen en controleer tot het dier ambulant is. Beoordeel de stabiliteit met behulp van een onafhankelijke componentanalyse na elke rusttoestandscan.Hier ziet u een voorbeeld van een zeer hoge stabiliteit. Merk op dat de componenten ruimtelijk een hoge regionaliteit hebben. Binnen de tijdsverloop in het middelste paneel is het signaal stabiel en niet voorspelbaar, wat wijst op echte hersenactiviteit.Het vermogensspectrum onderaan toont overwegend lage frequenties. Hier wordt een ruiscomponent van dezelfde scan weergegeven. Let op de niet-regionaliteit, de hoogfrequente tijdskoers en de enkele hoogfrequente piek in het vermogensspectrum.Geluidscomponenten moeten tijdens de analyse na de scan worden gederuisd. Ten slotte is dit onderdeel van een scan waarbij anesthesie niet stabiel was. De weergegeven tijdscursus is variabel en onregelmatig.Wanneer dit gebeurt, zijn verbeteringen nodig aan het verdovingsprotocol, meestal aan het plafond van de neuskegel en het opruimen van afvalgassen. Stabiliteit van het dier, zowel fysiek als fysiologisch, is de sleutel tot het verkrijgen van hoogwaardige rusttoestandgegevens. Het is absoluut noodzakelijk dat het dier voldoet aan de fysiologische drempels die zijn vastgesteld voordat het naar de volgende fase van anesthesie gaat.Volgens deze overlevingstechniek kan rusttoestand fMRI worden gebruikt in longitudinale studies, in combinatie met experimentele manipulaties, en om ziektemodellen te verkennen. De combinatie van lage dosis isofluraan met dexmedetomidine die in dit protocol wordt gebruikt, maakt een breed scala aan preklinische studies mogelijk voor onderzoekers die geïnteresseerd zijn in het in beeld brengen van de hersenen van knaagdieren in zijn rusttoestand.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Multiple-mouse Neuroanatomical Magnetic Resonance Imaging

Multiple-muis neuroanatomische 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

Hoge resolutie functionele magnetische resonantie imaging methoden voor Human middenhersenen

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

Het gebruik van Magnetic Resonance Spectroscopy als een instrument voor het meten van Bi-hemisferische Transcraniale Elektrische Stimulatie Beïnvloeding van de Primaire 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

Hoge resolutie<em&gt; In Vivo</em&gt; Manual Segmentatie Protocol voor menselijk hippocampus met behulp van 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

Hoge-resolutie structurele Magnetic Resonance Imaging van de Human subcortex<I&gt; In Vivo</I&gt; En 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

Een magnetische resonantie beeldvorming Protocol voor beroerte begin tijd schatting in permanente cerebrale ischemie

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

Vorstendom en Omega complexiteit Analyses van de rust-state-elektro-encefalografie

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

Functionele magnetische resonantie spectroscopie op 7 T in de Rat vat Cortex tijdens de Whisker activering

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

Diffusie strekspier Magnetic resonance imaging in chronische ruggenmerg compressie

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

Betrouwbare verwerving van elektro-encefalografiegegevens tijdens gelijktijdige elektro-encefalografie en functionele MRI

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