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

Diese Arbeit wurde durch Mittel des National Institute on Drug Abuse (NIDA) des National Institute of Health (NIH) unterstützt [DJW, EDKS und EMB wurden durch Grant R21DA044501 unterstützt, der alan I. Green und DJW wurde durch Grant T32DA037202 an Alan J. Budney] und das National Institute on Alcohol Abuse and Alcoholism (NIAAA) [Grant F31AA028413 an Emily D. K. Sullivan] unterstützt. Zusätzliche Unterstützung wurde durch Alan I. Greens Fonds als Raymond Sobel Professor für Psychiatrie in Dartmouth bereitgestellt.
Hanbing Lu wird vom National Institute on Drug Abuse Intramural Research Program, NIH, unterstützt.
Die Autoren möchten dem verstorbenen Alan I. Green danken und ihm danken. Sein unerschütterliches Engagement auf dem Gebiet der gleichzeitig auftretenden Störungen trug dazu bei, die Zusammenarbeit zwischen den Autoren zu etablieren. Wir danken ihm für seine Mentorschaft und Führung, die sehr vermisst werden wird.

Alle Experimente wurden mit einem 9,4 T MRT-Scanner durchgeführt und vom Institutional Animal Care and Use Committee am Dartmouth College genehmigt. Zusätzliche Genehmigungen wurden eingeholt, um die im Video und in den folgenden Abbildungen verwendeten Tiere aufzuzeichnen und zu zeigen.
1. Vorbereitungen vor dem Scannen
<ol><li>Subkutane Infusionsleitung<ol>
<li>Entfernen Sie eine 23 G Nadel teilweise aus der Verpackung, damit die Nadelspitze steril bleibt.</li>
		<li>Halten Sie die Nabe ...

<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>

Die Stabilität des Tieres, sowohl physisch als auch physiologisch, ist der Schlüssel, um qualitativ hochwertige Ruhezustandsdaten zu erhalten. Dieses Protokoll erreicht Stabilität, indem es vier verschiedene Phasen der Anästhesie durchgeht. Es ist unerlässlich, dass das Tier die festgelegten physiologischen Schwellenwerte erreicht hat, bevor es in die nächste Phase der Anästhesie übergeht. Da diese Methode auf physiologischen Autoregulationsmechanismen beruht, können einzelne Tiere in jeder Anästhesiephase leic...

Die funktionelle Magnetresonanztomographie im Ruhezustand (rs-fMRT) ist ein Maß für das Blut-Sauerstoff-Level-abhängige (BOLD) Signal, wenn das Gehirn in Ruhe ist und keiner bestimmten Aufgabe nachliegt. Diese Signale können verwendet werden, um Korrelationen zwischen Gehirnregionen zu messen, um die funktionelle Konnektivität innerhalb neuronaler Netze zu bestimmen. rs-fMRT wird in klinischen Studien aufgrund seiner Nicht-Invasivität und des geringen Aufwands der Patienten (im Vergleich zur aufgabenbasierten fMRT) häufig eingesetzt, was es für verschiedene Patientenpopulationen optimal macht1.
Technologische Fortschritte haben es ermöglicht, rs-fMRT für den Einsatz in Nagetiermodellen anzupassen, um Mechanismen aufzudecken, die krankheitsbedingten Zuständen zugrunde liegen (siehe Referenz2 für eine Überprüfung). Präklinische Tiermodelle, einschließlich Krankheits- oder Knockout-Modelle, ermöglichen eine breite Palette von experimentellen Manipulationen, die beim Menschen nicht anwendbar sind, und Studien können auch Post-Mortem-Proben verwenden, um die Experimente weiter zu verbessern2. Aufgrund der Schwierigkeit, sowohl die Bewegung einzuschränken als auch stresslindernd zu mildern, wird die MRT-Erfassung bei Nagetieren traditionell unter Narkose durchgeführt. Anästhetika beeinflussen abhängig von ihrer Pharmakokinetik, Pharmakodynamik und molekularen Zielen den Blutfluss des Gehirns, den Gehirnstoffwechsel und beeinflussen möglicherweise die neurovaskulären Kopplungswege.
Es gab zahlreiche Bemühungen, Anästhesieprotokolle zu entwickeln, die die neurovaskuläre Kopplung und die Gehirnnetzwerkfunktion3,4,5,6,7,8erhalten. Wir berichteten zuvor über ein Anästhesieregime, bei dem eine niedrige Dosis Isofluran zusammen mit einer niedrigen Dosis des α2 adrenergen Rezeptoragonisten Dexmedetomidin9angewendet wurde. Ratten unter dieser Anästhesiemethode zeigten robuste BOLD-Reaktionen auf die Whisker-Stimulation in Regionen, die mit etablierten Projektionswegen übereinstimmen (ventrolaterale und ventromediale thalamische Kerne, primärer und sekundärer somatosensorischer Kortex); Groß angelegte Ruhezustands-Gehirnnetzwerke, einschließlich des Standardmodusnetzwerks10,11 und des Salienznetzwerks12, wurden ebenfalls konsistent erkannt. Darüber hinaus ermöglicht dieses Anästhesieprotokoll eine wiederholte Bildgebung am selben Tier, was für die Überwachung des Krankheitsverlaufs und der Wirkung experimenteller Manipulationen in Längsschnitt wichtig ist.
In der vorliegenden Studie beschreiben wir den Versuchsaufbau, die Tiervorbereitung und die physiologischen Überwachungsverfahren. Insbesondere beschreiben wir die spezifischen Anästhesiephasen und die Erfassung von Scans während jeder Phase. Die Datenqualität wird nach jedem Ruhezustandsscan bewertet. Eine kurze Zusammenfassung der Post-Scan-Analyse ist ebenfalls in der Diskussion enthalten. Labore, die daran interessiert sind, das Potenzial der Verwendung von rs-fMRT bei Ratten aufzudecken, werden dieses Protokoll nützlich finden.

<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

Die funktionelle Magnetresonanztomographie im Ruhezustand (rs-fMRT) ist zu einer immer beliebteren Methode geworden, um die Gehirnfunktion in einem ruhenden, aufgabenfreien Zustand zu untersuchen. Dieses Protokoll beschreibt eine präklinische Überlebensmethode zur Gewinnung von rs-fMRT-Daten. Die Kombination von niedrig dosiertem Isofluran mit kontinuierlicher Infusion des α2 adrenergen Rezeptoragonisten Dexmedetomidin bietet eine robuste Option für eine stabile, qualitativ hochwertige Datenerfassung bei gleichzeitiger Erhaltung der Gehirnnetzwerkfunktion. Darüber hinaus ermöglicht dieses Verfahren eine spontane Atmung und eine nahezu normale Physiologie bei der Ratte. Zusätzliche Bildsequenzen können mit der Erfassung des Ruhezustands kombiniert werden, wodurch experimentelle Protokolle mit einer Anästhesiestabilität von bis zu 5 h mit dieser Methode erstellt werden. Dieses Protokoll beschreibt den Aufbau der Ausrüstung, die Überwachung der Rattenphysiologie während vier verschiedener Phasen der Anästhesie, die Erfassung von Ruhezustandsscans, die Qualitätsbewertung der Daten, die Genesung des Tieres und eine kurze Erörterung der Datenanalyse nach der Verarbeitung. Dieses Protokoll kann für eine Vielzahl von präklinischen Nagetiermodellen verwendet werden, um die daraus resultierenden Veränderungen des Gehirnnetzwerks aufzudecken, die in Ruhe auftreten.

Nach jedem Ruhezustandsscan wird die Stabilität mithilfe einer unabhängigen Komponentenanalyse (ICA; Beispielskript in Supplementary Files enthalten)bewertet. Abbildung 6 zeigt Beispiele für Komponentenausgaben aus Ruhezustandsscans. Abbildung 6a zeigt eine Signalkomponente aus einem Scan mit hoher Stabilität. Beachten Sie, dass die Komponente räumlich eine hohe Regionalität auf hat. Innerhalb des Zeitverlaufs unterhalb der räumlichen Kom...

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

Dieses Protokoll beschreibt eine Methode zur Gewinnung stabiler Ruhezustandsdaten der funktionellen Magnetresonanztomographie (rs-fMRT) von einer Ratte, die niedrig dosiertes Isofluran in Kombination mit niedrig dosiertem Dexmedetomidin verwendet.

Erfassung von funktionellen Magnetresonanztomographiedaten im Ruhezustand bei ratten

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

Die funktionelle Magnetresonanztomographie im Ruhezustand oder die fMRT im Ruhezustand ist zu einer immer beliebteren Methode geworden, um die Gehirnfunktion in einem Ruhezustand ohne Aufgabe zu untersuchen. Technologische Fortschritte haben es ermöglicht, die fMRT im Ruhezustand für die Verwendung in Nagetiermodellen anzupassen und kann verwendet werden, um Mechanismen aufzudecken, die krankheitsbedingten Zuständen zugrunde liegen. Das hier beschriebene Protokoll kombiniert niedrig dosiertes Isofluran mit niedrig dosiertem Dexmedetomidin, was eine qualitativ hochwertige Datenerfassung und Erhaltung der Gehirnnetzwerkfunktion ermöglicht.Diese Methode ermöglicht auch spontane Atmung und nahezu normale Physiologie für bis zu fünf Stunden. In diesem Video behandeln wir die Überwachung der Physiologie der Ratte während vier verschiedener Phasen der Anästhesie, der Induktion und Vorbereitung des Tieres, des Tieraufbaus, der anatomischen Scanerfassung und der Erfassung des Ruhezustandsscans, gefolgt von der Qualitätsbewertung der Daten. Mit einem System, das eingeatmete Anästhetika sowie Abgase aus allen benötigten Bereichen abfälscht, induzieren Sie eine Anästhesie mit 2,5% Isofluran in 30% sauerstoffangereicherter Luft.Sobald das Tier betäubt ist, entfernen Sie es aus der Kammer, wiegen Sie das Tier und legen Sie es in den Nasenkegel auf das Heizkissen im Vorbereitungsraum, wobei es bei 2,5% Isofluran verbleibt. Tragen Sie ophthalmische Schmiersalbe auf jedes Auge auf, um ein Austrocknen zu verhindern. Bestätigen Sie die Tiefe der Anästhesie durch eine fehlende Zehenquetschreaktion, Verwenden Sie Clipper, um einen zwei Zoll mal zwei Zoll großen quadratischen Bereich auf der unteren Lendengegend des Rückens des Tieres direkt über dem Schwanz zu rasieren.Verabreichen Sie 0,015 Milligramm pro Kilogramm der Dexmedetomidinlösung mit einer intraperitonealen Injektion in den unteren rechten Quadranten des Abdomens mit einer 25-Gauge-Nadel. Wechseln Sie den Isofluranfluss vom Vorbereitungsraum zur Tierwiege. Bewegen Sie das Tier in die Tierwiege.Legen Sie die Vorderzähne der Ratte sicher über und in die Bissstange. Drücken Sie den Nasenkegel über die Nase, um eine enge Passform zu gewährleisten. Wenn der Nasenkegel den Unterkiefer nicht bedeckt, kann Parafilm verwendet werden, um den Kiefer sanft geschlossen zu halten und gleichzeitig den Nasenkegel zu versiegeln.Positionieren Sie das Atmungspad unter dem Bauch des Tieres unter dem Brustkorb und positionieren Sie es neu, bis die Atmungswellenform einen tiefen Trog zeigt, der auf jedem Atemzug zentriert ist. Gehen Sie zur nächsten Phase der Anästhesie über, wenn die Atmung weniger als 40 Atemzüge pro Minute beträgt. Führen Sie diese Ohrbügel in den Gehörgang ein, um den Kopf der Ratte in der Tierwiege zu stabilisieren.Ziehen Sie nach der Positionierung an der Bissstange nach vorne und bestätigen Sie, dass sich der Kopf nicht bewegt. Nasenkegel und Parafilm nach Bedarf nachjustieren. Setzen Sie den Temperaturfühler in eine vorgeschmierte Einwegsondenabdeckung ein.Führen Sie den Temperaturfühler vorsichtig etwa 1/2 Zoll in das Rektum ein und kleben Sie ihn mit medizinischem Klebeband an die Schwanzbasis. Legen Sie den Pulsoximeterclip auf den Mittelfußbereich des Hinterfußes und stellen Sie sicher, dass sich die Lichtquelle auf der Unterseite des Fußes befindet. Die Drehung des Clips kann das Signal beeinflussen, so dass die Schaffung eines Halters, um die Pfote und den Clip aufrecht zu halten, zu einer größeren Stabilität führt.Berechnen Sie die Infusionsrate für 0,015 Milligramm pro Kilogramm pro Stunde Dexmedetomidin. Stellen Sie die Medikamentenpumpe auf die berechnete Infusionsrate ein und füllen Sie die Infusionsleitung. Reinigen Sie den rasierten Bereich mit einem Alkoholtuch, um streunende Haare zu entfernen.Kneifen Sie die Haut etwa zwei Fingerbreiten über der Schwanzbasis. Führen Sie 1/3 der Infusionsliniennadel in die Zelthaut ein. Befestigen Sie die Nadel mit einem drei Zoll breiten medizinischen Klebeband auf der Haut.Legen Sie ein zweites Stück breites medizinisches Klebeband über das erste über die Ratte und befestigen Sie es an beiden Seiten der Tierwiege. Es ist von entscheidender Bedeutung, dass die ferromagnetische Nadel gut gesichert ist, um Bewegungen während des Scans zu verhindern. Beginnen Sie mit der Infusion von subkutanem Dexmedetomidin.Legen Sie ein Stück Gaze auf den Nasenrücken der Ratte, um eine ebene Oberfläche für die Spule zu schaffen. Verwenden Sie Papierband, das das MRT-Signal nicht stört, um die Spule am Kopf der Ratte zu befestigen und über das Gehirn zu zentrieren. Legen Sie Papierhandtücher über das Tier und besichern Sie sie mit Laborband an der Tierwiege.Wenn Sie ein Luftheizungssystem verwenden, wickeln Sie eine Plastikfolie um die gesamte Wiege, um die warme Luft zu enthalten. Bewegen Sie das Tier in die Bohrung und stimmen Sie den Magneten ab. Reduzieren Sie Isofluran auf 1,5%, was zu einem stetigen Anstieg der Atmung auf etwa 45 bis 50 Atemzüge pro Minute führt.Bleiben Sie für die Dauer des anatomischen Scannens auf diesem Niveau. Verwenden Sie den FLASH-Lokalisierer-Scan, um sicherzustellen, dass das Gehirn mit dem Magnetisozentrum ausgerichtet ist. Positionieren Sie das Tier neu und wiederholen Sie es bei Bedarf.Führen Sie den RARE-Lokalisierungsscan mit höherer Auflösung aus und verwenden Sie diese Scanausgabe, um 15 sagittale Scheiben im Gehirn auszurichten. Richten Sie die mittlere sagittale Scheibe mit der mittleren axialen Scheibe an der Deklination der vorderen Kommissur aus, die als dunkler Fleck erscheint. Notieren Sie sich den Slice-Offset, der später in den Ruhezustandsscans verwendet werden soll.Erfassen Sie 23 Slices mit dem axialen Flash- und RARE-Protokoll, um die Registrierung in einem gemeinsamen Raum während der Post-Scan-Analyse zu unterstützen. Shim über das gesamte Gehirn mit der PRESS-Sequenz. Reduzieren Sie isofluran nach Abschluss der anatomischen Scans auf 0,5 bis 0,75%, so dass die Atmung des Tieres 60 bis 65 Atemzüge pro Minute beträgt.Bleiben Sie mindestens 10 Minuten auf diesem Niveau, bevor Sie mit dem Scannen im Ruhezustand beginnen, um die Stabilität zu gewährleisten. Wenn die Physiologie stabil ist, erfassen Sie einen 15-Scheiben-EPI-Scan mit dem gleichen Slice-Offset wie die anatomische axiale Serie. Überprüfen Sie nach Abschluss jedes Ruhezustandsscans die Qualität mithilfe einer unabhängigen Komponentenanalyse, um die Daten in räumliche und zeitliche Komponenten zu zerlegen.Rufen Sie mindestens drei hochwertige Ruhezustandsscans ab. Wenn der Scanvorgang abgeschlossen ist, erhöhen Sie Isofluran auf 2% und stoppen Sie die subkutane Dexmedetomidin-Infusion. Entfernen Sie die Tierwiege aus der Magnetbohrung und bringen Sie das Tier in den Vorbereitungsraum zurück.Injizieren Sie 0,015 Milligramm pro Kilogramm der verdünnten Atipamezollösung mit einer 25-Gauge-Nadel in den Hinterbeinmuskel der Ratte. Legen Sie die Ratte wieder in den Hauskäfig auf ein Heizkissen und überwachen Sie, bis das Tier ambulant ist. Bewerten Sie anhand einer unabhängigen Komponentenanalyse die Stabilität nach jedem Ruhezustandsscan.Hier ist ein Beispiel für eine sehr hohe Stabilität dargestellt. Beachten Sie, dass die Komponenten räumlich eine hohe Regionalität aufweisen. Innerhalb des im mittleren Panel gezeigten Zeitverlaufs ist das Signal stabil und nicht vorhersehbar, was auf eine echte Gehirnaktivität hinweist.Das Leistungsspektrum an der Unterseite zeigt überwiegend tiefe Frequenzen. Hier ist eine Rauschkomponente aus demselben Scan dargestellt. Beachten Sie die Nichtregionalität, den Hochfrequenzzeitverlauf und den einzelnen Hochfrequenzpeak im Leistungsspektrum.Rauschkomponenten sollten während der Analyse nach dem Scan entrauscht werden. Schließlich stammt diese Komponente aus einem Scan, bei dem die Anästhesie nicht stabil war. Der angezeigte Zeitverlauf ist variabel und unregelmäßig.Wenn dies geschieht, sind Verbesserungen des Anästhesieprotokolls erforderlich, üblicherweise an der Decke des Nasenkegels und der Abfängerung von Abgasen. Die Stabilität des Tieres, sowohl physisch als auch physiologisch, ist der Schlüssel, um qualitativ hochwertige Ruhezustandsdaten zu erhalten. Es ist unerlässlich, dass das Tier die physiologischen Schwellenwerte erreicht, bevor es in die nächste Phase der Anästhesie übergeht.Nach dieser Überlebenstechnik kann die Ruhezustands-fMRT in Längsschnittstudien, in Verbindung mit experimentellen Manipulationen und zur Erforschung von Krankheitsmodellen verwendet werden. Die Kombination von niedrig dosiertem Isofluran mit Dexmedetomidin, die in diesem Protokoll verwendet wird, ermöglicht eine Vielzahl von präklinischen Studien für Forscher, die daran interessiert sind, das Nagetiergehirn in seinem Ruhezustand abbilden zu können.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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Neurowissenschaften

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