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

Este trabalho foi apoiado por financiamento do Instituto Nacional de Saúde (NIH) do Instituto Nacional de Drogas (NIDA) [DJW, EDKS, e EMB foram apoiados por Grant R21DA044501 concedido a Alan I. Green e DJW foi apoiado por Grant T32DA037202 para Alan J. Budney] e o National Institute on Alcohol Abuse and Alcoholism (NIAAA) [Grant F31AA028413 para Emily D. K. Sullivan]. Apoio adicional foi dado através do fundo dotado de Alan I. Green como o Raymond Sobel Professor de Psiquiatria em Dartmouth.
Hanbing Lu é apoiado pelo National Institute on Drug Abuse Intramural Research Program, NIH.
Os autores desejam reconhecer e agradecer ao falecido Alan I. Green. Sua dedicação inabalável ao campo dos distúrbios que ocorrem co-ocorreu ajudou a estabelecer a colaboração entre os autores. Agradecemos a ele por sua orientação e orientação, que fará muita falta.

Todos os experimentos foram realizados em um scanner de ressonância magnética 9.4 T, e foram aprovados pelo Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais no Dartmouth College. Foi obtida aprovação adicional para registrar e mostrar os animais utilizados no vídeo e figuras abaixo.
1. Preparações antes da digitalização
<ol><li>Linha de infusão subcutânea<ol>
<li>Remova parcialmente uma agulha de 23 G de seu pacote para que o ponto da agulha permaneça estéril.</li>
		<li>Segur...

<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>

A estabilidade do animal, tanto física quanto fisiologicamente, é fundamental para obter dados de estado de repouso de alta qualidade. Este protocolo alcança estabilidade movendo-se através de quatro fases distintas da anestesia. É imperativo que o animal tenha cumprido os limites fisiológicos definidos antes de passar para a próxima fase da anestesia; uma vez que este método se baseia em mecanismos autoregulatórios fisiológicos, animais individuais podem exigir quantidades ligeiramente diferentes de tempo em c...

A ressonância magnética funcional de estado de repouso (rs-fMRI) é uma medida do sinal dependente do nível de oxigênio do sangue (BOLD) quando o cérebro está em repouso e não está envolvido em nenhuma tarefa particular. Esses sinais podem ser usados para medir correlações entre regiões cerebrais para determinar a conectividade funcional dentro de redes neurais. rs-fMRI é amplamente utilizado em estudos clínicos devido à sua não invasiva e à baixa quantidade de esforço necessário aos pacientes (em comparação com a ressonância magnética baseada em tarefas) tornando-o ótimo para diversas populações de pacientes1.
Os avanços tecnológicos permitiram que o RS-FMRI fosse adaptado para uso em modelos de roedores para descobrir mecanismos subjacentes aos estados da doença (ver referência2 para revisão). Modelos de animais pré-clínicos, incluindo modelos de doenças ou nocautes, permitem uma ampla gama de manipulações experimentais não aplicáveis em humanos, e estudos também podem fazer uso de amostras post-mortem para melhorar ainda mais os experimentos2. No entanto, devido à dificuldade em limitar o movimento e mitigar o estresse, a aquisição de RM em roedores é tradicionalmente realizada sob anestesia. Agentes anestésicos, dependendo de sua farmacocinética, farmacodinâmica e alvos moleculares, influenciam o fluxo sanguíneo cerebral, o metabolismo cerebral e potencialmente afetam caminhos de acoplamento neurovascular.
Houve inúmeros esforços para desenvolver protocolos anestésicos que preservam o acoplamento neurovascular e a função da rede cerebral3,4,5,6,7,8. Relatamos anteriormente um regime anestésico que aplicava uma dose baixa de isoflurano, juntamente com uma dose baixa do α2 receptor adrenérgico agonista dexmedetomidina9. Os ratos sob este método de anestesia apresentaram respostas ousadas robustas à estimulação de whisker em regiões consistentes com vias de projeção estabelecidas (núcleos talâmicos ventrolateral e ventromedial, córtex somatossensorial primário e secundário); Redes cerebrais de estado de repouso em larga escala, incluindo a rede de modo padrão10,11 e a rede de saliência12 também foram detectadas consistentemente. Além disso, este protocolo anestésico permite imagens repetidas no mesmo animal, o que é importante para monitorar a progressão da doença e o efeito de manipulações experimentais longitudinalmente.
No presente estudo, detalhamos os procedimentos experimentais de configuração, preparação animal e monitoramento fisiológico envolvidos. Em particular, descrevemos as fases anestésicas específicas e a aquisição de exames durante cada fase. A qualidade dos dados é avaliada após cada varredura de estado de repouso. Um breve resumo da análise pós-digitalização também está incluído na discussão. Laboratórios interessados em descobrir o potencial de uso de rs-fMRI em ratos acharão este protocolo útil.

<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

A ressonância magnética funcional de estado de repouso (rs-fMRI) tornou-se um método cada vez mais popular para estudar a função cerebral em um estado de repouso, sem tarefa. Este protocolo descreve um método de sobrevivência pré-clínico para a obtenção de dados rs-fMRI. A combinação de isoflurano de baixa dose com infusão contínua do α2 agonizantes agonistas receptores adrenérgicos proporcionam uma opção robusta para aquisição de dados estáveis e de alta qualidade, preservando a função da rede cerebral. Além disso, este procedimento permite a respiração espontânea e fisiologia quase normal no rato. Sequências adicionais de imagem podem ser combinadas com a aquisição de estado de repouso criando protocolos experimentais com estabilidade anestésica de até 5 h usando este método. Este protocolo descreve a instalação de equipamentos, o monitoramento da fisiologia de ratos durante quatro fases distintas da anestesia, aquisição de escaneamentos de estado de repouso, avaliação da qualidade dos dados, recuperação do animal e uma breve discussão sobre análise de dados pós-processamento. Este protocolo pode ser usado em uma grande variedade de modelos de roedores pré-clínicos para ajudar a revelar as mudanças resultantes da rede cerebral que ocorrem em repouso.

Após cada varredura de estado de repouso, a estabilidade é avaliada por meio de uma análise de componentes independente (ICA; script de exemplo incluído em Arquivos Suplementares). A Figura 6 mostra exemplos de saídas de componentes de escaneamentos de estado de repouso. A Figura 6a mostra um componente de sinal de uma varredura com alta estabilidade. Note que espacialmente, o componente tem alta regionalidade. Dentro do curso de tempo abai...

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

Este protocolo descreve um método para obter dados de ressonância magnética funcional de estado de repouso estável (rs-fMRI) de um rato usando isoflurane de baixa dose em combinação com dexmedetomidina de baixa dose.

Aquisição de dados de ressonância magnética funcional de estado de repouso no rato

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

A ressonância magnética funcional de estado de repouso, ou fMRI de estado de repouso, tornou-se um método cada vez mais popular para estudar a função cerebral em um estado de repouso sem tarefa. Os avanços tecnológicos permitiram que o FMRI do estado de repouso fosse adaptado para uso em modelos de roedores, e pode ser usado para descobrir mecanismos subjacentes aos estados da doença. O protocolo descrito aqui combina isoflurane de baixa dose com dexmedetomidina de baixa dose, permitindo a aquisição de dados de alta qualidade e preservação da função da rede cerebral.Este método também permite a respiração espontânea e fisiologia quase normal por até cinco horas. Neste vídeo, abrangemos o monitoramento da fisiologia do rato durante quatro fases distintas de anestesia, indução e preparação animal, configuração animal, aquisição de escaneamento anatômico e aquisição de escaneamento de estado de repouso seguido de avaliação de qualidade dos dados. Usando um sistema para fornecer anestésico inalado, bem como respire gases residuais de todas as áreas necessárias, induzir anestesia com 2,5% de isoflurane em ar enriquecido com oxigênio de 30%.Uma vez que o animal é anestesiado, remova-o da câmara, pese o animal e coloque-o no cone do nariz na almofada de aquecimento no espaço de preparação, permanecendo em 2,5% isoflurane. Aplique pomada lubrificante oftálmica em cada olho para evitar a secagem. Confirme a profundidade da anestesia por falta de resposta ao dedo do pé, use cortadores para raspar uma área quadrada de duas polegadas por duas polegadas na região lombar inferior das costas do animal diretamente acima da cauda.Administre 0,015 miligramas por quilograma da solução de dexmedetomidina com uma injeção intraperitoneal no quadrante inferior direito do abdômen usando uma agulha de calibre 25. Troque o fluxo isoflurane do espaço de preparação para o berço animal. Mova o animal para o berço animal.Coloque os dentes da frente do rato firmemente sobre e dentro da barra de mordida. Empurre o cone do nariz sobre o nariz para garantir um ajuste apertado. Se o cone do nariz não cobrir a mandíbula inferior, o Parafilm pode ser usado para segurar suavemente a mandíbula fechada enquanto também sela ao redor do cone do nariz.Posicione a almofada de respiração sob o abdômen do animal abaixo da caixa torácica e reposicione-a até que a forma de onda de respiração mostre um cocho profundo centrado em cada respiração. Mova-se para a próxima fase da anestesia quando a respiração for inferior a 40 respirações por minuto. Insira as barras de ouvido no canal auditivo para estabilizar a cabeça do rato no berço animal.Uma vez posicionado, puxe para a frente na barra de mordida e confirme que a cabeça não se move. Reajuste o cone do nariz e o Parafilm conforme necessário. Insira a sonda de temperatura em uma tampa de sonda descartável pré-lubrificada.Insira suavemente a sonda de temperatura aproximadamente 1/2 polegada no reto e tape-a na base da cauda com fita médica. Coloque o clipe do oxímetro de pulso sobre a área metatarsal do pé traseiro, garantindo que a fonte de luz esteja na parte inferior do pé. A rotação do clipe pode afetar o sinal, assim, criar um suporte para manter a pata e o clipe ereto levará a uma maior estabilidade.Calcule a taxa de infusão de 0,015 miligramas por quilograma por hora de dexmedetomidina. Coloque a bomba de droga na taxa de infusão calculada e encha a linha de infusão. Usando uma limpeza de álcool, limpe a área raspada para remover qualquer cabelo perdido.Aperte a pele aproximadamente duas larguras de dedos acima da base da cauda. Insira 1/3 da agulha da linha de infusão na pele de tenda. Segure a agulha na pele com um pedaço de fita médica de 3 polegadas.Coloque um segundo pedaço de fita médica larga sobre o primeiro através do rato e preso a ambos os lados do berço animal. É extremamente importante que a agulha ferromagnética esteja bem protegida para evitar o movimento durante a varredura. Comece a infusão de dexmedetomidina subcutânea.Coloque um pedaço de gaze na ponte do nariz do rato para criar uma superfície nivelada para a bobina. Use fita de papel, que não interfere com o sinal de ressonância magnética, para fixar a bobina na cabeça do rato, centralizando-a sobre o cérebro. Coloque toalhas de papel sobre o animal, prendendo-as ao berço animal com fita de laboratório.Se usar um sistema de aquecimento de ar, enrole uma folha de plástico em torno de todo o berço para conter o ar quente. Mova o animal para dentro do furo e sintonize o ímã. Reduza o isoflurane para 1,5%, resultando em um aumento constante da respiração para aproximadamente 45 a 50 respirações por minuto.Permaneça neste nível durante a duração da varredura anatômica. Use a varredura do localizador FLASH para garantir que o cérebro esteja alinhado com o isocentro do ímã. Reposicione o animal e repita se necessário.Execute a varredura de localizador RARE de maior resolução e use esta saída de varredura para alinhar 15 fatias sagiais centradas em todo o cérebro. Usando a fatia sagital média, alinhe a fatia axial central à descussação da comissure anterior, que aparece como uma mancha escura. Observe o deslocamento da fatia para usar mais tarde nas varreduras de estado de repouso.Adquira 23 fatias usando os protocolos axiais FLASH e RARE para auxiliar no registro em um espaço comum durante a análise pós-digitalização. Shim por todo o cérebro usando a sequência press. Após a conclusão dos exames anatômicos, reduza o isoflurane para 0,5 a 0,75% de ajuste para que a respiração do animal seja de 60 a 65 respirações por minuto.Permaneça neste nível por pelo menos 10 minutos antes de iniciar a varredura de estado de repouso para garantir a estabilidade. Quando a fisiologia estiver estável, adquira uma varredura EPI de 15 fatias usando o mesmo deslocamento de fatia da série axial anatômica. Após cada varredura de estado de repouso ser concluída, verifique a qualidade usando uma análise de componentes independente para decompor os dados em componentes espaciais e temporais.Obtenha pelo menos três exames de estado de repouso de alta qualidade. Quando a varredura estiver completa, aumente o isoflurane para 2% e pare a infusão dexmedetomidina subcutânea. Retire o berço animal do furo do ímã e devolva o animal ao espaço de preparação.Injete 0,015 miligramas por quilograma da solução de atipamezole diluída no músculo da perna traseira do rato usando uma agulha de calibre 25. Coloque o rato de volta na gaiola em cima de uma almofada de aquecimento, e monitore até que o animal esteja ambulatorial. Utilizando uma análise de componentes independente, avalie a estabilidade após cada varredura de estado de repouso.Mostrado aqui é um exemplo de estabilidade muito alta. Note-se que, espacialmente, os componentes têm alta regionalidade. Dentro do curso de tempo mostrado no painel do meio, o sinal é estável e não previsível, o que é indicativo da verdadeira atividade cerebral.O espectro de energia na parte inferior mostra frequências predominantemente baixas. Mostrado aqui é um componente de ruído da mesma varredura. Observe a não-regionalidade, curso de tempo de alta frequência e pico único de alta frequência no espectro de energia.Os componentes de ruído devem ser des-nolizados durante a análise pós-varredura. Finalmente, este componente é de uma varredura onde a anestesia não estava estável. O curso de tempo exibido é variável e irregular.Quando isso acontece, são necessárias melhorias no protocolo anestésico, comumente no teto do cone do nariz e na limpeza de gases residuais. A estabilidade do animal, tanto física quanto fisiologicamente, é fundamental para obter dados de estado de repouso de alta qualidade. É imperativo que o animal atenda aos limiares fisiológicos estabelecidos antes de passar para a próxima fase da anestesia.Seguindo essa técnica de sobrevivência, o estado de repouso pode ser usado em estudos longitudinais, em conjunto com manipulações experimentais, e para explorar modelos de doenças. A combinação de isoflurano de baixa dose com dexmedetomidina utilizada neste protocolo permite uma grande variedade de estudos pré-clínicos para pesquisadores interessados em imagem do cérebro roedor em seu estado de repouso.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

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Neurociência

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