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

この研究は、国立衛生研究所(NIH)の国立薬物乱用研究所(NIDA)からの資金提供によって支えられました[DJW、 EDKSとEMBはグラントR21DA044501によってアラン・I・グリーンに授与され、DJWはグラントT32DA037202によってアラン・J・バドニーに支えられ、国立アルコール乱用・アルコール依存症研究所(NIAAA)[グラントF31AA028413]エミリー・D・K.サリバンに支えられました。ダートマスのレイモンド・ソベル精神医学教授として、アラン・I・グリーンの寄付基金を通じて追加の支援が行われました。
ハンビン・ルーは、国立薬物乱用研究所の壁内研究プログラム(NIH)の支援を受けています。
著者たちは故アラン・I・グリーンを認め、感謝したいと考えております。共生障害の分野に対する彼の揺るぎない献身は、著者間のコラボレーションを確立するのに役立ちました。私たちは、彼の指導と指導に感謝します。

すべての実験は9.4 T MRIスキャナーで行われ、ダートマス大学の制度的動物ケアと使用委員会によって承認されました。ビデオや下の図で使用されている動物を記録し、表示するために追加の承認を得ました。
1. スキャン前の準備
<ol><li>皮下注入ライン<ol>
<li>そのパッケージから23G針を部分的に取り除き、針点が無菌のままになるようにします。</li>
		<li>針のハブをしっ...

<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>

動物の安定性は、物理的にも生理的にも、高品質の安静状態データを得るための鍵である。このプロトコルは、麻酔の4つの異なる段階を経ることによって安定性を達成する。動物は麻酔の次の段階に移動する前に設定された生理学的閾値を満たしていることが不可欠です;この方法は生理学的な自己調節機構に依存するので、個々の動物は麻酔段階でわずかに異なる時間を必要とするかもし?...

安静状態機能磁気共鳴画像法(rs-fMRI)は、脳が安静で特定のタスクに従事していない場合の血中酸素レベル依存性(BOLD)シグナルの尺度である。これらの信号は、脳領域間の相関関係を測定して、ニューラルネットワーク内の機能的な接続性を決定するために使用することができます。rs-fMRIは、その非侵襲性と患者の必要な労力の少ない(タスクベースのfMRIと比較して)のために臨床研究で広く使用され、多様な患者集団に最適である1。
技術の進歩により、rs-fMRIはげっ歯類モデルで使用できるように適応し、疾患状態の基礎となるメカニズムを明らかにしました(レビューについては、参照2 を参照)。疾患またはノックアウトモデルを含む前臨床動物モデルは、ヒトでは適用されない広範な実験的操作を可能にし、また研究は、実験をさらに強化するために事後分析サンプルを利用することもできる2。それにもかかわらず、動きを制限することとストレスを軽減することの両方の困難のために、げっ歯類のMRI獲得は伝統的に麻酔下で行われる。麻酔薬は、それらの薬物動態、薬力学、および分子標的に応じて、脳血流、脳代謝に影響を及ぼし、神経血管結合経路に影響を与える可能性がある。
神経血管結合と脳ネットワーク機能3、4、5、6、7、8を維持する麻酔プロトコルを開発するための多くの努力がありました。我々は以前に、α 2アドレナリン受容体アゴニストデクスメデトミジン9の低用量と一緒にイソフルランの低用量を適用する麻酔療法を報告した。この麻酔法の下でラットは、確立された投影経路(腹側および腹腔視床核、一次および二次体性体性感覚皮質)と一致する領域におけるウィスカー刺激に対する堅牢なBOLD応答を示した。デフォルトモードネットワーク10、11およびsalienceネットワーク12を含む大規模な休止状態の脳ネットワークも一貫して検出されている。さらに、この麻酔プロトコルは、同じ動物に繰り返しイメージングを可能にし、これは疾患の進行と実験操作の効果を縦方向に監視するために重要である。
本研究では、実験のセットアップ、動物の調製、および生理学的モニタリング手順を詳述する。特に、各段階における特定の麻酔段階とスキャンの取得について述べています。データ品質は、各休止状態スキャンに従って評価されます。また、スキャン後の分析の概要も説明します。ラットでrs-fMRIを使用する可能性を明らかにすることに興味を持っている研究所は、このプロトコルが有用であることがわかります。

<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

安静状態の機能的磁気共鳴画像法(rs-fMRI)は、休息、非タスク状態で脳機能を研究するためにますます一般的な方法となっています。本プロトコルは、rs-fMRIデータを得るための前臨床生存法を記述する。低用量イソフルランとα 2 アドレナリン受容体アゴニストデキスメデトミジンの連続注入を組み合わせることで、脳ネットワーク機能を維持しながら安定した高品質のデータ取得のための堅牢なオプションを提供します。さらに、この手順は、ラットの自然呼吸およびほぼ正常な生理学を可能にする。追加のイメージングシーケンスは、この方法を使用して最大5時間の麻酔安定性を有する実験プロトコルを作成する安静状態取得と組み合わせることができます。このプロトコルは、装置の設定、麻酔の4つの異なる段階におけるラット生理学のモニタリング、静止状態スキャンの取得、データの品質評価、動物の回復、および後処理データ分析の簡単な議論を記述する。このプロトコルは、休息中に発生する結果として生じる脳ネットワークの変化を明らかにするために、臨床前げっ歯類モデルの多種多様にわたって使用することができます。

各休止状態スキャンに続いて、独立したコンポーネント分析(ICA; 補助ファイルに含まれるスクリプトの例)を使用して安定性が評価されます。 図 6 は、休止状態スキャンからのコンポーネント出力の例を示しています。 図6a は、安定性の高いスキャンからの信号成分を示す。空間的には、コンポーネントの地域性が高いことに注意し?...

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

本プロトコルは、低用量のイソフルランを用いたラットから安定した安静状態機能的磁気共鳴画像法(rs−fMRI)データを得るための方法を、低用量デクスメデトミジンと組み合わせて説明する。

ラットにおける安静状態機能磁気共鳴画像データの取得

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

安静状態機能磁気共鳴画像法、または休止状態fMRIは、休止状態の非タスク状態で脳機能を研究する方法としてますます一般的になっている。技術の進歩により、安静状態のfMRIをげっ歯類モデルでの使用に適応させることができ、疾患状態の基礎となるメカニズムを明らかにするために使用することができます。ここで説明するプロトコルは、低用量のイゾフルランと低用量のデキスメデトミジンを組み合わせ、高品質のデータ取得と脳ネットワーク機能の保存を可能にする。この方法はまた、自然呼吸とほぼ正常な生理学を最大5時間可能にする。このビデオでは、麻酔、動物の誘導と準備、動物のセットアップ、解剖学的スキャンの取得、および休息状態スキャンの取得の4つの異なる段階でラットの生理学のモニタリングをカバーし、その後のデータの品質評価をカバーしています。吸入麻酔薬を供給するシステムを使用して、すべての必要な領域から廃棄物ガスを清掃し、30%酸素濃縮空気中の2.5%イオブルランで麻酔を誘導します。動物が麻酔されたら、チャンバーから取り出し、動物の重量を量り、準備スペースの加熱パッドのノーズコーンに置き、2.5%イオブルランに残ります。乾燥を防ぐために、眼用潤滑軟膏を各目に塗布してください。つま先ピンチ応答の欠如によって麻酔の深さを確認し、バリカンを使用して、尾の真上の動物の背中の下腰部の2インチの正方形の領域で2インチを剃ります。25ゲージ針を用いて腹腔内注射を行い、1キログラム当たり0.015ミリグラムを腹部の右下象限に投与する。準備スペースから動物のクレードルへのイオブルランの流れを切り替える。動物の揺りかごに動物を移動します。ラットの前歯をしっかりと噛み付くバーに入れます。鼻の上に鼻コーンを押して、しっかりとフィットするようにします。ノーズコーンが下顎を覆っていない場合、パラフィルムは鼻コーンの周りに密閉しながら優しく顎を閉じて保持するために使用することができます。呼吸パッドを動物の腹部の下にリブケージの下に置き、呼吸波形が呼吸の中心となる深いトラフを示すまで位置を変更します。呼吸が毎分40回未満の場合、麻酔の次の段階に移動します。その耳棒を外耳道に挿入して、動物の揺りかごの中でラットの頭を安定させる。一度配置したら、一口バーを前方に引っ張り、頭が動かないことを確認します。必要に応じて、ノーズコーンとパラフィルムを取り付け換えます。温度プローブを、あらかじめ潤滑された使い捨て可能なプローブカバーに挿入します。温度プローブを約1/2インチの直腸にそっと挿入し、医療テープで尾部のベースにテープで貼ります。パルスオキシメータクリップを後足の中足領域に置き、光源が足の底に置かないようにします。クリップの回転は信号に影響を与える可能性があるため、足とクリップを直立に保つためのホルダーを作成すると、安定性が向上します。デキセメデトミジンの1時間当たりキログラム当たり0.015ミリグラムの注入率を計算する。薬剤ポンプを計算された注入速度に設定し、注入ラインを満たします。アルコール拭き取りを使用して、剃った部分をきれいにして、迷子の髪を取り除きます。尻尾のベースの上に約 2 本の指幅の皮膚をつまみます。注入線の針の1/3をテントの皮膚に挿入します。3インチの広い医療テープで針を皮膚に固定します。ラットの向こう側に最初の広い医療テープの2番目の部分を置き、動物のゆりかごの両側に取り付けます。強磁性針がスキャン中の動きを防ぐために十分に固定されている重要です。皮下デクスメデトミジンの注入を開始します。.ラットの鼻の橋の上にガーゼを置き、コイルのレベルサーフェスを作成します。MRI信号を妨げない紙テープを使用して、コイルをラットの頭に固定し、脳の上に中央に配置します。動物の上にペーパータオルを置き、実験室のテープで動物の揺りかごに固定します。空気加熱システムを使用する場合は、プラスチックシートをクレードル全体に巻き付け、暖かい空気を含めます。動物を穴に移動し、磁石を調整します。イオブルランを1.5%に減らし、呼吸を1分あたり約45~50回に安定して増加させます。解剖学的スキャンの間、このレベルに留まる。脳が磁石アイソ中心に合致していることを確認するために、FLASHローカライザースキャンを使用します。動物の位置を変更し、必要に応じて繰り返します。高解像度のRAREローカライザースキャンを実行し、このスキャン出力を使用して、脳全体を中心とした15個の矢状スライスを整列させます。中央の矢状スライスを使用して、中心軸スライスを、暗いスポットとして表示される前部コミュシュアのデシケーションに合わせます。後で休止状態スキャンで使用するスライス オフセットに注意してください。フラッシュとRAREの両方の軸プロトコルを使用して23のスライスを取得し、スキャン後の分析中に共通空間への登録を支援します。プレスシーケンスを使用して脳全体を横切ってシム。解剖学的スキャンを完了した後、イソフルランを0.5〜0.75%調整に減らし、動物の呼吸が毎分60〜65呼吸になるように調整します。安定性を確保するために、休止状態のスキャンを開始する前に、少なくとも10分間このレベルを維持してください。生理学が安定している場合、解剖軸シリーズと同じスライスオフセットを使用して15スライスEPIスキャンを取得します。各休止状態スキャンが完了したら、独立したコンポーネント分析を使用して品質を確認し、データを空間コンポーネントと時間コンポーネントに分解します。少なくとも3つの高品質な休止状態スキャンを取得します。スキャンが完了したら、イゾフルランを2%に増やし、皮下デクスメデトミジンの注入を停止します。マグネットボアから動物のクレードルを取り出し、動物を準備スペースに戻します。25ゲージの針を使用して、希釈されたアティパメゾール溶液の1キログラム当たり0.015ミリグラムをラットの後ろ足筋に注入する。ラットを暖房パッドの上のホームケージに戻し、動物が歩行するまで監視します。独立したコンポーネント分析を使用して、各休止状態スキャンに続く安定性を評価します。ここに示すのは、非常に高い安定性の例です。空間的には、コンポーネントの地域性が高いことに注意してください。中央パネルに示されたタイムコース内では、信号は安定しており、予測できないので、真の脳活動を示しています。下部の電力スペクトルは主に低周波数を示しています。ここに示されているのは、同じスキャンからのノイズ成分です。パワースペクトルの非地域性、高周波時間の経過、および単一の高周波ピークに注意してください。ノイズ成分は、スキャン後の解析時にノイズ除去する必要があります。最後に、この成分は麻酔が安定していなかったスキャンからである。表示される時間コースは可変で不規則です。これが起こると、麻酔プロトコル、一般的にノーズコーンの天井と廃棄物ガスの清掃に改善が必要です。動物の安定性は、物理的にも生理的にも、高品質の安静状態データを得るための鍵である。動物は麻酔の次の段階に移動する前に確立された生理学的閾値を満たすことが不可欠です。この生存技術に従って、休止状態fMRIは、実験操作と組み合わせて縦断的研究で使用することができ、疾患モデルを探索する。このプロトコルで利用されるデキスメデトミジンとの低用量イゾフルランの組み合わせは、その安静状態でげっ歯類の脳をイメージングすることに興味を持っている研究者のための前臨床試験の多種多様を可能にします.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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神経科学

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