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

Ce travail a été soutenu par un financement de l’Institut national de la santé (NIH) de l’Institut national sur l’abus des drogues (NIDA) [DJW, EDKS et EMB ont été soutenus par la subvention R21DA044501 accordée à Alan I. Green et DJW a été soutenu par la subvention T32DA037202 à Alan J. Budney] et le National Institute on Alcohol Abuse and Alcoholism (NIAAA) [Subvention F31AA028413 à Emily D. K. Sullivan]. Un soutien supplémentaire a été fourni par le fonds doté d’Alan I. Green en tant que professeur de psychiatrie Raymond Sobel à Dartmouth.
Hanbing Lu est soutenu par le National Institute on Drug Abuse Intramural Research Program, NIH.
Les auteurs tiennent à remercier et à remercier le regretté Alan I. Green. Son dévouement inébranlable dans le domaine des troubles concomitants a contribué à établir une collaboration entre les auteurs. Nous le remercions pour son mentorat et ses conseils, qui nous manqueront beaucoup.

Toutes les expériences ont été réalisées sur un scanner IRM de 9,4 T et ont été approuvées par le comité institutionnel de soins et d’utilisation des animaux du Dartmouth College. Une approbation supplémentaire a été obtenue pour enregistrer et montrer les animaux utilisés dans la vidéo et les figures ci-dessous.
1. Préparations avant la numérisation
<ol><li>Ligne de perfusion sous-cutanée<ol>
<li>Retirez partiellement une aiguille de 23 G de son emballage afin que le poin...

<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>

La stabilité de l’animal, à la fois physiquement et physiologiquement, est essentielle pour obtenir des données de haute qualité sur l’état de repos. Ce protocole atteint la stabilité en passant par quatre phases distinctes de l’anesthésie. Il est impératif que l’animal ait atteint les seuils physiologiques fixés avant de passer à la phase suivante de l’anesthésie; étant donné que cette méthode repose sur des mécanismes physiologiques d’autorégulation, les animaux individuels peuvent nécessit...

L’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle à l’état de repos (IRMf rs) est une mesure du signal BOLD (blood-oxygen-level-dependent) lorsque le cerveau est au repos et n’est engagé dans aucune tâche particulière. Ces signaux peuvent être utilisés pour mesurer les corrélations entre les régions du cerveau afin de déterminer la connectivité fonctionnelle au sein des réseaux neuronaux. L’IRMf rs est largement utilisée dans les études cliniques en raison de son caractère non invasif et du faible effort requis des patients (par rapport à l’IRMf basée sur les tâches), ce qui la rend optimale pour diverses populations de patients1.
Les progrès technologiques ont permis d’adapter l’IRMf-rs pour une utilisation dans des modèles de rongeurs afin de découvrir les mécanismes sous-jacents aux états pathologiques (voir la référence2 pour la revue). Les modèles animaux précliniques, y compris les modèles de maladie ou de knockout, permettent un large éventail de manipulations expérimentales non applicables chez l’homme, et les études peuvent également utiliser des échantillons post-mortem pour améliorer davantage les expériences2. Néanmoins, en raison de la difficulté à limiter le mouvement et à atténuer le stress, l’acquisition d’IRM chez les rongeurs est traditionnellement réalisée sous anesthésie. Les agents anesthésiques, en fonction de leur pharmacocinétique, de leur pharmacodynamique et de leurs cibles moléculaires, influencent le flux sanguin cérébral, le métabolisme cérébral et affectent potentiellement les voies de couplage neurovasculaire.
Il y a eu de nombreux efforts pour développer des protocoles anesthésiques qui préservent le couplage neurovasculaire et la fonction du réseau cérébral3,4,5,6,7,8. Nous avons précédemment rapporté un régime anesthésique qui appliquait une faible dose d’isoflurane ainsi qu’une faible dose de l’agoniste des récepteurs adrénergiques α2 dexmèdetomidine9. Les rats sous cette méthode d’anesthésie ont présenté des réponses BOLD robustes à la stimulation des moustaches dans des régions compatibles avec les voies de projection établies (noyaux thalamiques ventrolatéral et ventromédian, cortex somatosensoriel primaire et secondaire); les réseaux cérébraux à l’état de repos à grande échelle, y compris le réseau de mode par défaut10,11 et le réseau de saillance12 ont également été systématiquement détectés. De plus, ce protocole anesthésique permet une imagerie répétée sur le même animal, ce qui est important pour surveiller longitudinalement la progression de la maladie et l’effet des manipulations expérimentales.
Dans la présente étude, nous détaillons la configuration expérimentale, la préparation des animaux et les procédures de surveillance physiologique impliquées. En particulier, nous décrivons les phases anesthésiques spécifiques et l’acquisition de scans au cours de chaque phase. La qualité des données est évaluée après chaque analyse de l’état de repos. Un bref résumé de l’analyse post-balayage est également inclus dans la discussion. Les laboratoires intéressés à découvrir le potentiel de l’utilisation de l’IRMf chez le rat trouveront ce protocole utile.

<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

L’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle à l’état de repos (IRMf-rs) est devenue une méthode de plus en plus populaire pour étudier le fonctionnement du cerveau dans un état de repos et de non-tâche. Ce protocole décrit une méthode de survie préclinique pour obtenir des données rs-IRMf. La combinaison d’isoflurane à faible dose avec une perfusion continue de la dexmététomidine, agoniste des récepteurs adrénergiques α2, offre une option robuste pour une acquisition de données stable et de haute qualité tout en préservant la fonction du réseau cérébral. De plus, cette procédure permet une respiration spontanée et une physiologie presque normale chez le rat. Des séquences d’imagerie supplémentaires peuvent être combinées avec l’acquisition à l’état de repos, créant des protocoles expérimentaux avec une stabilité anesthésique allant jusqu’à 5 h en utilisant cette méthode. Ce protocole décrit la configuration de l’équipement, la surveillance de la physiologie du rat pendant quatre phases distinctes de l’anesthésie, l’acquisition de scans à l’état de repos, l’évaluation de la qualité des données, la récupération de l’animal et une brève discussion sur l’analyse des données post-traitement. Ce protocole peut être utilisé dans une grande variété de modèles précliniques de rongeurs pour aider à révéler les changements du réseau cérébral qui en résultent et qui se produisent au repos.

Après chaque analyse à l’état de repos, la stabilité est évaluée à l’aide d’une analyse de composants indépendante (ICA; exemple de script inclus dans les fichiers supplémentaires). La figure 6 montre des exemples de sorties de composants provenant d’analyses à l’état de repos. La figure 6a montre un composant de signal provenant d’un balayage avec une grande stabilité. Notez que spatialement, la composante a une grande r...

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

Ce protocole décrit une méthode permettant d’obtenir des données d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf- rs) stables à l’état de repos d’un rat en utilisant de l’isoflurane à faible dose en association avec de la dexmèdetomidine à faible dose.

Acquisition de données d’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle à l’état de repos chez le rat

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

L’imagerie par résonance magnétique fonctionnelle à l’état de repos, ou IRMf à l’état de repos, est devenue une méthode de plus en plus populaire pour étudier le fonctionnement du cerveau dans un état de repos sans tâche. Les progrès technologiques ont permis d’adapter l’IRMf à l’état de repos pour une utilisation dans des modèles de rongeurs et peuvent être utilisées pour découvrir les mécanismes sous-jacents aux états pathologiques. Le protocole décrit ici combine de l’isoflurane à faible dose avec de la dexmététomidine à faible dose, ce qui permet l’acquisition de données de haute qualité et la préservation de la fonction du réseau cérébral.Cette méthode permet également une respiration spontanée et une physiologie presque normale jusqu’à cinq heures. Dans cette vidéo, nous couvrons la surveillance de la physiologie du rat au cours de quatre phases distinctes de l’anesthésie, de l’induction et de la préparation des animaux, de la configuration animale, de l’acquisition de la scintigraphie anatomique et de l’acquisition de la scintigraphie à l’état de repos, suivie d’une évaluation de la qualité des données. L’utilisation d’un système pour délivrer l’anesthésique inhalé ainsi que pour récupérer les gaz résiduaires de toutes les zones nécessaires, induire une anesthésie avec 2,5% d’isoflurane dans un air enrichi en oxygène à 30%.Une fois l’animal anesthésié, retirez-le de la chambre, pesez-le et placez-le dans le cône de nez sur le coussin chauffant dans l’espace de préparation, en restant à 2,5% d’isoflurane. Appliquez une pommade lubrifiante ophtalmique sur chaque œil pour éviter le dessèchement. Confirmez la profondeur de l’anesthésie par un manque de réponse au pincement des orteils, Utilisez des tondeuses pour raser une zone carrée de deux pouces par deux pouces sur la région lombaire inférieure du dos de l’animal directement au-dessus de la queue.Administrer 0,015 milligramme par kilogramme de solution de dexmédétomidine avec une injection intrapéritonéale dans le quadrant inférieur droit de l’abdomen à l’aide d’une aiguille de calibre 25. Basculez le flux d’isoflurane de l’espace de préparation vers le berceau de l’animal. Déplacez l’animal dans le berceau de l’animal.Placez les dents de devant du rat en toute sécurité sur et dans la barre de morsure. Poussez le cône de nez sur le nez pour assurer un ajustement serré. Si le cône de nez ne recouvre pas la mâchoire inférieure, Parafilm peut être utilisé pour maintenir doucement la mâchoire fermée tout en scellant autour du cône de nez.Placez le coussin respiratoire sous l’abdomen de l’animal sous la cage thoracique et repositionnez-le jusqu’à ce que la forme d’onde respiratoire montre un creux profond centré sur chaque respiration. Passez à la phase suivante de l’anesthésie lorsque la respiration est inférieure à 40 respirations par minute. Insérez ces barres d’oreille dans le conduit auditif pour stabiliser la tête du rat dans le berceau de l’animal.Une fois positionné, tirez vers l’avant sur la barre de morsure et confirmez que la tête ne bouge pas. Réajustez le cône de nez et parafilm au besoin. Insérez la sonde de température dans un couvercle de sonde jetable prélubrifié.Insérez doucement la sonde de température d’environ 1/2 pouce dans le rectum et collez-la à la base de la queue avec du ruban adhésif médical. Placez le clip de l’oxymètre de pouls sur la zone métatarsienne du pied postérieur, en vous assurant que la source de lumière se trouve au bas du pied. La rotation du clip peut affecter le signal, ainsi, la création d’un support pour garder la patte et le clip droit conduira à une plus grande stabilité.Calculer le débit de perfusion pour 0,015 milligrammes par kilogramme et par heure de dexmététomidine. Réglez la pompe à médicament sur le débit de perfusion calculé et remplissez la ligne de perfusion. À l’aide d’une lingette alcoolisée, nettoyez la zone rasée pour éliminer les poils errants.Pincez la peau à environ deux largeurs de doigts au-dessus de la base de la queue. Insérez 1/3 de l’aiguille de la ligne de perfusion dans la peau de la tente. Fixez l’aiguille à la peau avec un morceau de ruban médical large de trois pouces.Placez un deuxième morceau de ruban médical large sur le premier à travers le rat et attaché aux deux côtés du berceau de l’animal. Il est extrêmement important que l’aiguille ferromagnétique soit bien fixée pour empêcher tout mouvement pendant l’analyse. Commencer la perfusion de dexmététomidine sous-cutanée.Placez un morceau de gaze sur l’arête du nez du rat pour créer une surface plane pour la bobine. Utilisez du ruban adhésif en papier, qui n’interfère pas avec le signal IRM, pour fixer la bobine à la tête du rat, en la centrant sur le cerveau. Placez des serviettes en papier sur l’animal, en les fixant au berceau de l’animal avec du ruban adhésif de laboratoire.Si vous utilisez un système de chauffage de l’air, enroulez une feuille de plastique autour de tout le berceau pour contenir l’air chaud. Déplacez l’animal dans l’alésage et accordez l’aimant. Réduire l’isoflurane à 1,5%, ce qui entraîne une augmentation constante de la respiration à environ 45 à 50 respirations par minute.Rester à ce niveau pendant toute la durée du balayage anatomique. Utilisez le scan localisateur FLASH pour vous assurer que le cerveau est aligné avec l’isocentre de l’aimant. Repositionnez l’animal et répétez si nécessaire.Exécutez l’analyse de localisation RARE de plus haute résolution et utilisez cette sortie de numérisation pour aligner 15 tranches sagnitales centrées sur le cerveau. À l’aide de la tranche sagittale moyenne, alignez la tranche axiale centrale sur la décussation de la commissure antérieure, qui apparaît comme une tache sombre. Notez le décalage de tranche à utiliser ultérieurement dans les analyses à l’état de repos.Acquérir 23 tranches en utilisant les protocoles axiaux FLASH et RARE pour faciliter l’enregistrement dans un espace commun lors de l’analyse post-scan. Parcourez tout le cerveau à l’aide de la séquence PRESS. Après avoir effectué des examens anatomiques, réduisez l’isoflurane à 0,5 à 0,75% en ajustant de sorte que la respiration de l’animal soit de 60 à 65 respirations par minute.Restez à ce niveau pendant au moins 10 minutes avant de commencer l’analyse à l’état de repos pour assurer la stabilité. Lorsque la physiologie est stable, acquérir un EPI à 15 tranches en utilisant le même décalage de tranche que la série axiale anatomique. Une fois chaque analyse à l’état de repos terminée, vérifiez la qualité à l’aide d’une analyse de composants indépendante pour décomposer les données en composants spatiaux et temporels.Obtenez au moins trois analyses de l’état de repos de haute qualité. Lorsque le balayage est terminé, augmentez l’isoflurane à 2% et arrêtez la perfusion sous-cutanée de dexmététomidine. Retirez le berceau de l’aimant et ramenez l’animal dans l’espace de préparation.Injecter 0,015 milligramme par kilogramme de la solution diluée d’atipamezole dans le muscle de la patte arrière du rat à l’aide d’une aiguille de calibre 25. Replacez le rat dans la cage de la maison sur un coussin chauffant et surveillez jusqu’à ce que l’animal soit ambulatoire. À l’aide d’une analyse indépendante des composants, évaluez la stabilité après chaque analyse de l’état de repos.Voici un exemple de très grande stabilité. Notez que, spatialement, les composants ont une grande régionalité. Dans le cours du temps montré dans le panneau du milieu, le signal est stable et non prévisible, ce qui indique une véritable activité cérébrale.Le spectre de puissance en bas montre principalement des basses fréquences. Un composant de bruit de la même analyse est montré ici. Notez la non-régionalité, le parcours temporel à haute fréquence et le pic à haute fréquence unique dans le spectre de puissance.Les composants de bruit doivent être débruités lors de l’analyse post-balayage. Enfin, ce composant est issé d’un scan où l’anesthésie n’était pas stable. Le cours temporel affiché est variable et irrégulier.Lorsque cela se produit, des améliorations sont nécessaires au protocole anesthésique, généralement au plafond du cône de nez et à l’élimination des gaz résiduaires. La stabilité de l’animal, à la fois physiquement et physiologiquement, est essentielle pour obtenir des données de haute qualité sur l’état de repos. Il est impératif que l’animal respecte les seuils physiologiques établis avant de passer à la phase suivante de l’anesthésie.En suivant cette technique de survie, l’IRMf à l’état de repos peut être utilisée dans des études longitudinales, en conjonction avec des manipulations expérimentales, et pour explorer des modèles de maladie. La combinaison d’isoflurane à faible dose avec dexmététomidine utilisée dans ce protocole permet une grande variété d’études précliniques pour les chercheurs intéressés par l’imagerie du cerveau du rongeur dans son état de repos.

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