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

Dette arbeidet ble støttet av midler fra National Institute of Health (NIH)s National Institute on Drug Abuse (NIDA) [DJW, EDKS, og EMB ble støttet av Grant R21DA044501 tildelt Alan I. Green og DJW ble støttet av Grant T32DA037202 til Alan J. Budney] og National Institute on Alcohol Abuse and Alcoholism (NIAAA) [Grant F31AA028413 til Emily D. K. Sullivan]. Ytterligere støtte ble gitt gjennom Alan I. Greens begavede fond som Raymond Sobel Professor of Psychiatry i Dartmouth.
Hanbing Lu støttes av National Institute on Drug Abuse Intramural Research Program, NIH.
Forfatterne ønsker å anerkjenne og takke avdøde Alan I. Green. Hans urokkelige dedikasjon til feltet samtidige lidelser bidro til å etablere samarbeid mellom forfatterne. Vi takker ham for hans mentorskap og veiledning, som vil bli sterkt savnet.

Alle eksperimenter ble utført på en 9.4 T MR-skanner, og ble godkjent av Institutional Animal Care and Use Committee ved Dartmouth College. Ytterligere godkjenning ble innhentet for å registrere og vise dyrene som brukes i videoen og tallene nedenfor.
1. Forberedelser før skanning
<ol><li>Subkutan infusjonslinje<ol>
<li>Fjern delvis en 23 G nål fra pakken slik at nålepunktet forblir sterilt.</li>
		<li>Hold nålen godt fast og bruk et barberblad til å score nåleakselen der den møter...

<ol>
	<li>Smitha, K. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Resting+state+fMRI:+A+review+on+methods+in+resting+state+connectivity+analysis+and+resting+state+networks.">Resting state fMRI: A review on methods in resting state connectivity analysis and resting state networks.</a> The Neuroradiology Journal. 30 (4), 305-317 (2017).</li><li>Gorges, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+connectivity+mapping+in+the+animal+model:+Principles+and+applications+of+resting-state+fMRI.">Functional connectivity mapping in the animal model: Principles and applications of resting-state fMRI.</a> Frontiers in Neurology. 8, (2017).</li><li>Paasonen, J., Stenroos, P., Salo, R. A., Kiviniemi, V., Gr&#246;hn, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+connectivity+under+six+anesthesia+protocols+and+the+awake+condition+in+rat+brain.">Functional connectivity under six anesthesia protocols and the awake condition in rat brain.</a> NeuroImage. 172, 9-20 (2018).</li><li>Pawela, C. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+protocol+for+use+of+medetomidine+anesthesia+in+rats+for+extended+studies+using+task-induced+BOLD+contrast+and+resting-state+functional+connectivity.">A protocol for use of medetomidine anesthesia in rats for extended studies using task-induced BOLD contrast and resting-state functional connectivity.</a> NeuroImage. 46 (4), 1137-1147 (2009).</li><li>Jonckers, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Different+anesthesia+regimes+modulate+the+functional+connectivity+outcome+in+mice.">Different anesthesia regimes modulate the functional connectivity outcome in mice.</a> Magnetic Resonance in Medicine. 72 (4), 1103-1112 (2014).</li><li>Williams, K. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+alpha-chloralose,+medetomidine+and+isoflurane+anesthesia+for+functional+connectivity+mapping+in+the+rat.">Comparison of alpha-chloralose, medetomidine and isoflurane anesthesia for functional connectivity mapping in the rat.</a> Magnetic Resonance Imaging. 28 (7), 995-1003 (2010).</li><li>Zhurakovskaya, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Global+functional+connectivity+differences+between+sleep-like+states+in+urethane+anesthetized+rats+measured+by+fMRI.">Global functional connectivity differences between sleep-like states in urethane anesthetized rats measured by fMRI.</a> PloS One. 11 (5), 0155343 (2016).</li><li>Fukuda, M., Vazquez, A. L., Zong, X., Kim, S. -. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+the+&#945;2-adrenergic+receptor+agonist+dexmedetomidine+on+neural,+vascular+and+BOLD+fMRI+responses+in+the+somatosensory+cortex.">Effects of the &#945;2-adrenergic receptor agonist dexmedetomidine on neural, vascular and BOLD fMRI responses in the somatosensory cortex.</a> The European Journal of Neuroscience. 37 (1), 80-95 (2013).</li><li>Brynildsen, J. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physiological+characterization+of+a+robust+survival+rodent+fMRI+method.">Physiological characterization of a robust survival rodent fMRI method.</a> Magnetic Resonance Imaging. 35, 54-60 (2017).</li><li>Lu, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rat+brains+also+have+a+default+mode+network.">Rat brains also have a default mode network.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 109 (10), 3979-3984 (2012).</li><li>Lu, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low-+but+not+high-frequency+LFP+correlates+with+spontaneous+BOLD+fluctuations+in+rat+whisker+barrel+cortex.">Low- but not high-frequency LFP correlates with spontaneous BOLD fluctuations in rat whisker barrel cortex.</a> Cerebral Cortex. 26 (2), 683-694 (2016).</li><li>Tsai, P. -. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Converging+structural+and+functional+evidence+for+a+rat+salience+network.">Converging structural and functional evidence for a rat salience network.</a> Biological Psychiatry. 88 (11), 867-878 (2020).</li><li>Murphy, K., Bodurka, J., Bandettini, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+long+to+scan?+The+relationship+between+fMRI+temporal+signal+to+noise+ratio+and+necessary+scan+duration.">How long to scan? The relationship between fMRI temporal signal to noise ratio and necessary scan duration.</a> NeuroImage. 34 (2), 565-574 (2007).</li><li>Birn, R. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+scan+length+on+the+reliability+of+resting-state+fMRI+connectivity+estimates.">The effect of scan length on the reliability of resting-state fMRI connectivity estimates.</a> NeuroImage. 83, 550-558 (2013).</li><li>Lu, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synchronized+delta+oscillations+correlate+with+the+resting-state+functional+MRI+signal.">Synchronized delta oscillations correlate with the resting-state functional MRI signal.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 104 (46), 18265-18269 (2007).</li><li>Lu, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Registering+and+analyzing+rat+fMRI+data+in+the+stereotaxic+framework+by+exploiting+intrinsic+anatomical+features.">Registering and analyzing rat fMRI data in the stereotaxic framework by exploiting intrinsic anatomical features.</a> Magnetic Resonance Imaging. 28 (1), 146-152 (2010).</li><li>Cox, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=AFNI:+software+for+analysis+and+visualization+of+functional+magnetic+resonance+neuroimages.">AFNI: software for analysis and visualization of functional magnetic resonance neuroimages.</a> Computers and Biomedical Research. 29 (3), 162-173 (1996).</li><li>Ash, J. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+connectivity+with+the+retrosplenial+cortex+predicts+cognitive+aging+in+rats.">Functional connectivity with the retrosplenial cortex predicts cognitive aging in rats.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 113 (43), 12286-12291 (2016).</li><li>Hsu, L. -. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intrinsic+insular-frontal+networks+predict+future+nicotine+dependence+severity.">Intrinsic insular-frontal networks predict future nicotine dependence severity.</a> The Journal of Neuroscience. 39 (25), 5028-5037 (2019).</li><li>Li, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Resting-state+functional+MRI+reveals+altered+brain+connectivity+and+its+correlation+with+motor+dysfunction+in+a+mouse+model+of+Huntington's+disease.">Resting-state functional MRI reveals altered brain connectivity and its correlation with motor dysfunction in a mouse model of Huntington's disease.</a> Scientific Reports. 7, (2017).</li><li>Lu, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Abstinence+from+cocaine+and+sucrose+self-administration+reveals+altered+mesocorticolimbic+circuit+connectivity+by+resting+state+MRI.">Abstinence from cocaine and sucrose self-administration reveals altered mesocorticolimbic circuit connectivity by resting state MRI.</a> Brain Connectivity. 4 (7), 499-510 (2014).</li><li>Seewoo, B. J., Joos, A. C., Feindel, K. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+analytical+workflow+for+seed-based+correlation+and+independent+component+analysis+in+interventional+resting-state+fMRI+studies.">An analytical workflow for seed-based correlation and independent component analysis in interventional resting-state fMRI studies.</a> Neuroscience Research. 165, 26-37 (2021).</li><li>Broadwater, M. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adolescent+alcohol+exposure+decreases+frontostriatal+resting-state+functional+connectivity+in+adulthood.">Adolescent alcohol exposure decreases frontostriatal resting-state functional connectivity in adulthood.</a> Addiction Biology. 23 (2), 810-823 (2018).</li><li>Jaime, S., Cavazos, J. E., Yang, Y., Lu, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Longitudinal+observations+using+simultaneous+fMRI,+multiple+channel+electrophysiology+recording,+and+chemical+microiontophoresis+in+the+rat+brain.">Longitudinal observations using simultaneous fMRI, multiple channel electrophysiology recording, and chemical microiontophoresis in the rat brain.</a> Journal of Neuroscience Methods. 306, 68-76 (2018).</li></ol>

Dyrets stabilitet, både fysisk og fysiologisk, er nøkkelen til å skaffe hviletilstandsdata av høy kvalitet. Denne protokollen oppnår stabilitet ved å bevege seg gjennom fire forskjellige faser av anestesi. Det er viktig at dyret har møtt de angitte fysiologiske tersklene før du går til neste fase av anestesi; siden denne metoden er avhengig av fysiologiske autoregulatoriske mekanismer, kan individuelle dyr kreve litt forskjellige mengder tid i hver anestesifase. Det er vår erfaring at det å ta mer tid i hver f...

Resting-state funksjonell magnetisk resonansavbildning (rs-fMRI) er et mål på det blod-oksygen-nivå-avhengige (BOLD) signalet når hjernen er i ro og ikke engasjert i noen bestemt oppgave. Disse signalene kan brukes til å måle sammenhenger mellom hjerneregioner for å bestemme den funksjonelle tilkoblingen i nevrale nettverk. rs-fMRI er mye brukt i kliniske studier på grunn av sin ikke-invasivitet og den lave innsatsen som kreves av pasienter (sammenlignet med oppgavebasert fMRI) noe som gjør den optimal for ulike pasientpopulasjoner1.
Teknologiske fremskritt har gjort det mulig å tilpasse rs-fMRI til bruk i gnagermodeller for å avdekke mekanismer som ligger til grunn for sykdomstilstander (se referanse2 for gjennomgang). Prekliniske dyremodeller, inkludert sykdoms- eller knockout-modeller, tillater et bredt spekter av eksperimentelle manipulasjoner som ikke gjelder hos mennesker, og studier kan også benytte seg av post-mortem prøver for å forbedre eksperimenter2ytterligere . Likevel, på grunn av vanskeligheten med både å begrense bevegelse og redusere stress, utføres MR-oppkjøp hos gnagere tradisjonelt under anestesi. Bedøvelsesmidler, avhengig av deres farmakokinetikk, farmakodynamikk og molekylære mål, påvirker hjernens blodstrøm, hjernemetabolisme og potensielt påvirker nevrovaskulære koblingsveier.
Det har vært mange anstrengelser for å utvikle bedøvelsesprotokoller som bevarer nevrovaskulær kobling og hjernenettverksfunksjon3,4,5,6,7,8. Vi har tidligere rapportert et bedøvelsesregime som anvendte en lav dose isofluran sammen med en lav dose av α2 adrenerge reseptoragonist deksmedetomidin9. Rotter under denne anestesimetoden viste robuste BOLD-responser på whiskerstimulering i regioner som er i samsvar med etablerte projeksjonsveier (ventrolaterale og ventromedial thalamic kjerner, primære og sekundære somatosensoriske cortex); store hjernenettverk for hviletilstand, inkludert standardmodusnettverket10,11 og salience-nettverk12, har også blitt konsekvent oppdaget. Videre tillater denne bedøvelsesprotokollen gjentatt avbildning på samme dyr, noe som er viktig for å overvåke sykdomsprogresjonen og effekten av eksperimentelle manipulasjoner langsgående.
I den nåværende studien beskriver vi det eksperimentelle oppsettet, dyreforberedelsene og fysiologiske overvåkingsprosedyrer som er involvert. Spesielt beskriver vi de spesifikke bedøvelsesfasene og anskaffelsen av skanninger i hver fase. Datakvaliteten vurderes etter hver skanning i hviletilstanden. En kort oppsummering av analysen etter skanning er også inkludert i diskusjonen. Laboratorier som er interessert i å avdekke potensialet for å bruke rs-fMRI hos rotter, vil finne denne protokollen nyttig.

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

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

Resting-state funksjonell magnetisk resonansavbildning (rs-fMRI) har blitt en stadig mer populær metode for å studere hjernefunksjon i hvilende, ikke-oppgavetilstand. Denne protokollen beskriver en preklinisk overlevelsesmetode for å hente rs-fMRI-data. Kombinere isofluran med lav dose med kontinuerlig infusjon av α2 adrenerge reseptoragonist deksmedetomidin gir et robust alternativ for stabil datainnsamling av høy kvalitet samtidig som hjernenettverksfunksjonen bevares. Videre tillater denne prosedyren spontan pust og nesten normal fysiologi hos rotten. Ytterligere bildesekvenser kan kombineres med resting-state-anskaffelse som skaper eksperimentelle protokoller med bedøvelsesstabilitet på opptil 5 timer ved hjelp av denne metoden. Denne protokollen beskriver oppsett av utstyr, overvåking av rottefysiologi i fire forskjellige faser av anestesi, oppkjøp av hviletilstandsskanninger, kvalitetsvurdering av data, gjenoppretting av dyret og en kort diskusjon av etterbehandling av dataanalyse. Denne protokollen kan brukes på tvers av et bredt utvalg av prekliniske gnagermodeller for å bidra til å avsløre de resulterende hjernenettverksendringene som oppstår i ro.

Etter hver skanning i hviletilstand vurderes stabilitet ved hjelp av en uavhengig komponentanalyse (ICA, eksempelskript inkludert i tilleggsfiler). Figur 6 viser eksempler på komponentutganger fra hviletilstandsskanninger. Figur 6a viser en signalkomponent fra en skanning med høy stabilitet. Vær oppmerksom på at komponenten har høy regionalitet. Innenfor tidsforløpet under den romlige komponenten er signalet stabilt og ikke forutsigbart, n...

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

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

Denne protokollen beskriver en metode for å oppnå stabile hviletilstand funksjonelle magnetiske resonansavbildningsdata (rs-fMRI) fra en rotte ved hjelp av lavdose isofluran i kombinasjon med lavdose deksmedetomidin.

Anskaffelse av hviletilstand funksjonell magnetisk resonansavbildningsdata i rotten

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 funksjonell magnetisk resonansavbildning, eller hviletilstand fMRI, har blitt en stadig mer populær metode for å studere hjernefunksjon i en hvilende ikke-oppgavetilstand. Teknologiske fremskritt har gjort det mulig å tilpasse hviletilstand fMRI til bruk i gnagermodeller, og kan brukes til å avdekke mekanismer som ligger til grunn for sykdomstilstander. Protokollen som er beskrevet her kombinerer lavdose isofluran med lavdose deksmedetomidin, noe som muliggjør datainnsamling av høy kvalitet og bevaring av hjernenettverksfunksjon.Denne metoden gir også mulighet for spontan pust og nesten normal fysiologi i opptil fem timer. I denne videoen dekker vi overvåking av rottens fysiologi i fire distinkte faser av anestesi, dyreinduksjon og forberedelse, dyreoppsett, anatomisk skanneanskaffelse og resting-state scan acquisition etterfulgt av kvalitetsvurdering av dataene. Bruk et system for å levere inhalert bedøvelse samt scavenge avfallsgasser fra alle nødvendige områder, indusere anestesi med 2,5% isofluran i 30% oksygenberiket luft.Når dyret er bedøvet, fjern det fra kammeret, vei dyret og legg det i nesekjeglen på varmeputen i forberedelsesrommet, og forbli på 2,5% isofluran. Påfør oftalmisk smøresalve på hvert øye for å forhindre tørking. Bekreft dybden av anestesi ved mangel på tåklemmerespons, Bruk clippers til å barbere et to-tommers x to-tommers firkantet område på den nedre lumbalområdet av dyrets rygg rett over halen.Administrer 0,015 milligram per kilo av deksmedetomidinoppløsningen med en intraperitoneal injeksjon i nedre høyre kvadrant i magen ved hjelp av en 25-gauge nål. Bytt isofluranstrøm fra forberedelsesrommet til dyre vuggen. Flytt dyret inn i dyre vuggen.Plasser rottens fortenner sikkert over og inn i bitebaren. Skyv nesekjeglen over nesen for å sikre en tett passform. Hvis nesekjeglen ikke dekker underkjeven, kan Parafilm brukes til å holde kjeven forsiktig lukket mens du også forsegler rundt nesekjeglen.Plasser åndedrettsputen under dyrets underliv under ribbeburet og omplasser den til respirasjonsbølgeformen viser et dypt trough sentrert på hvert pust. Gå til neste fase av anestesi når åndedrett er mindre enn 40 pust per minutt. Sett ørestengene inn i ørekanalen for å stabilisere rottens hode i dyre vuggen.Når den er plassert, trekk fremover på bitebaren og bekreft at hodet ikke beveger seg. Juster nesekjeglen og Parafilm etter behov. Sett temperatursonden inn i et forhåndssmurt engangsprobedeksel.Sett forsiktig temperatursonden ca. 1/2 tomme inn i endetarmen og tape den til bunnen av halen med medisinsk tape. Plasser pulsoksymeterklemmen på metatarsalområdet på bakfoten, og sørg for at lyskilden er på bunnen av foten. Rotasjon av klipsen kan påvirke signalet, og dermed vil det å lage en holder for å holde poten og klemmen oppreist føre til større stabilitet.Beregn infusjonshastigheten for 0,015 milligram per kilo per time deksmedetomidin. Sett legemiddelpumpen til den beregnede infusjonshastigheten og fyll infusjonslinjen. Bruk en alkoholserviett til å rengjøre det barberte området for å fjerne eventuelt bortkommen hår.Klyp huden omtrent to fingerbredder over halen. Sett 1/3 av infusjonslinjenålen inn i telthuden. Fest nålen til huden med et tretommers stykke bredt medisinsk tape.Legg et annet stykke bredt medisinsk tape over den første over rotten og festet til begge sider av dyre vuggen. Det er kritisk viktig at den ferromagnetiske nålen er godt sikret for å forhindre bevegelse under skanningen. Begynn infusjonen av subkutan deksmedetomidin.Plasser et stykke gasbind på broen av rottens nese for å skape en jevn overflate for spolen. Bruk papirbånd, som ikke forstyrrer MR-signalet, for å sikre spolen til rottens hode, sentrert den over hjernen. Legg papirhåndklær over dyret, sikre dem til dyre vuggen med laboratoriebånd.Hvis du bruker et luftvarmesystem, pakk et plastark rundt hele vuggen for å inneholde den varme luften. Flytt dyret inn i boringen og still magneten. Reduser isofluran til 1,5%, noe som resulterer i en jevn økning i åndedrett til ca. 45 til 50 pust per minutt.Forbli på dette nivået så lenge den anatomiske skanningen varer. Bruk FLASH-lokaliseringsskanningen for å sikre at hjernen er på linje med magnetisosenteret. Omplasser dyret og gjenta om nødvendig.Kjør den sjeldne lokaliseringsskanningen med høyere oppløsning, og bruk denne skanneutgangen til å justere 15 sagittale skiver sentrert over hjernen. Bruk den midterste sagittalskiven til å justere den midterste aksialskiven etter decussation av den fremre kommissuren, som vises som et mørkt sted. Legg merke til stykkeforskyvningen som skal brukes senere i skanningen av hviletilstanden.Skaff deg 23 skiver ved hjelp av både FLASH- og RARE-aksiale protokoller for å hjelpe til med registrering til et felles rom under etterskanningsanalysen. Shim over hele hjernen ved hjelp av PRESS-sekvensen. Etter å ha fullført anatomiske skanninger, reduser isofluran til 0,5 til 0,75% justering slik at dyrets åndedrett er 60 til 65 pust per minutt.Hold deg på dette nivået i minst 10 minutter før du begynner å skanne hviletilstand for å sikre stabilitet. Når fysiologien er stabil, må du anskaffe en 15-skiver EPI-skanning ved hjelp av samme stykkeforskyvning som den anatomiske aksiale serien. Når hver hviletilstandsskanning er fullført, kontrollerer du kvaliteten ved hjelp av en uavhengig komponentanalyse for å dekomponere dataene i romlige og tidsmessige komponenter.Få minst tre skanninger av hviletilstand av høy kvalitet. Når skanningen er fullført, øk isofluranen til 2% og stopp den subkutane deksmedetomidininfusjonen. Fjern dyre vuggen fra magnetboringen og returner dyret til forberedelsesrommet.Injiser 0,015 milligram per kilo av den fortynnede atipamezoloppløsningen i rottens bakbensmuskel ved hjelp av en 25-gauge nål. Plasser rotten tilbake i hjemmeburet på toppen av en varmepute, og overvåk til dyret er ambulerende. Bruk en uavhengig komponentanalyse til å vurdere stabilitet etter hver skanning av hviletilstand.Vist her er et eksempel på svært høy stabilitet. Vær oppmerksom på at komponentene har høy regionalitet. Innenfor det tidsforløpet som vises i midtpanelet, er signalet stabilt og ikke forutsigbart, noe som indikerer sann hjerneaktivitet.Kraftspekteret nederst viser overveiende lave frekvenser. Her vises en støykomponent fra samme skanning. Legg merke til ikke-regionalitet, høyfrekvent tidskurs og enkel høyfrekvent topp i kraftspekteret.Støykomponenter skal de-støyes under analyse etter skanning. Til slutt er denne komponenten fra en skanning der anestesi ikke var stabil. Tidsforløpet som vises er variabelt og uregelmessig.Når dette skjer, er det nødvendig med forbedringer i bedøvelsesprotokollen, vanligvis til taket på nesekjeglen og scavenging av avfallsgasser. Dyrets stabilitet, både fysisk og fysiologisk, er nøkkelen til å skaffe hviletilstandsdata av høy kvalitet. Det er viktig at dyret oppfyller de fysiologiske tersklene som er etablert før du går til neste fase av anestesi.Etter denne overlevelsesteknikken kan hviletilstand fMRI brukes i langsgående studier, i forbindelse med eksperimentelle manipulasjoner, og for å utforske sykdomsmodeller. Kombinasjonen av lavdose isofluran med deksmedetomidin som brukes i denne protokollen tillater et bredt utvalg av prekliniske studier for etterforskere som er interessert i å forestille seg gnagerhjernen i hviletilstand.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Multiple-mouse Neuroanatomical Magnetic Resonance Imaging

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

High-resolution Functional Magnetic Resonance Imaging Methods for Human Midbrain

Høyoppløselige funksjonell magnetisk resonans imaging metoder for Human midbrain

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

Bruk av Magnetic Resonance Spectroscopy som et verktøy for måling av Bi-hemisfærisk transkranial elektrostimulasjonen Effekter på Primær Motor Cortex Metabolism

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

Høy oppløsning<em&gt; I Vivo</em&gt; Manuell Segmentering Protokoll for menneskelig hippocampus subfields Bruke 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

Høyoppløselig Structural Magnetic Resonance Imaging of Human subcortex<I&gt; I Vivo</I&gt; Og Post mortem

The focus of this study was to test the resolution limits of structural MRI of a postmortem brain compared to living human brains. The resolution of ...

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

En magnetisk resonans Imaging protokoll for hjerneslag utbruddet tid anslag i Permanent Cerebral iskemi

MRI provides a sensitive and specific imaging tool to detect acute ischemic stroke by means of a reduced diffusion coefficient of brain water. In a rat ...

Microstate and Omega Complexity Analyses of the Resting-state Electroencephalography

Mikrostaten og Omega kompleksitet analyser av hvile-statlige Elektroencefalogram

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

Funksjonell magnetisk resonans spektroskopi på 7 T i rotte fat Cortex under Whisker aktivisering

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

Diffusion Tensor Magnetic Resonance Imaging in Chronic Spinal Cord Compression

Diffusion tensor magnetisk resonans imaging i kroniske ryggmargen Compression

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

Pålitelig anskaffelse av elektroencefalografidata under samtidig elektroencefalografi og funksjonell MR

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