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 trabajo fue apoyado por fondos del Instituto Nacional de Salud (NIH) del Instituto Nacional de Salud (NIH) [DJW, EDKS y EMB fueron apoyados por la Subvención R21DA044501 otorgada a Alan I. Green y DJW fue apoyada por la Subvención T32DA037202 a Alan J. Budney] y el Instituto Nacional sobre el Abuso del Alcohol y el Alcoholismo (NIAAA) [Subvención F31AA028413 a Emily D. K. Sullivan]. Se proporcionó apoyo adicional a través del fondo dotado de Alan I. Green como Profesor Raymond Sobel de Psiquiatría en Dartmouth.
Hanbing Lu cuenta con el apoyo del Programa de Investigación Intramuros del Instituto Nacional sobre el Abuso de Drogas, NIH.
Los autores desean reconocer y agradecer al difunto Alan I. Green. Su dedicación inquebrantable al campo de los trastornos concurrentes ayudó a establecer la colaboración entre los autores. Le agradecemos su tutoría y orientación, que se echará mucho de menos.

Todos los experimentos se realizaron en un escáner de resonancia magnética de 9.4 T y fueron aprobados por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales en Dartmouth College. Se obtuvo una aprobación adicional para grabar y mostrar los animales utilizados en el video y las figuras a continuación.
1. Preparativos antes del escaneo
<ol><li>Línea de infusión subcutánea<ol>
<li>Retire parcialmente una aguja de 23 G de su paquete para que el punto de la aguja permanezca estéril.</...

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

La estabilidad del animal, tanto física como fisiológicamente, es clave para obtener datos de estado de reposo de alta calidad. Este protocolo logra la estabilidad al pasar por cuatro fases distintas de la anestesia. Es imperativo que el animal haya alcanzado los umbrales fisiológicos establecidos antes de pasar a la siguiente fase de la anestesia; dado que este método se basa en mecanismos fisiológicos de autorregulación, los animales individuales pueden requerir cantidades de tiempo ligeramente diferentes en cada...

La resonancia magnética funcional en estado de reposo (rs-fMRI) es una medida de la señal dependiente del nivel de oxígeno en la sangre (BOLD) cuando el cerebro está en reposo y no participa en ninguna tarea en particular. Estas señales se pueden utilizar para medir las correlaciones entre las regiones del cerebro para determinar la conectividad funcional dentro de las redes neuronales. rs-fMRI es ampliamente utilizado en estudios clínicos debido a su no invasividad y la baja cantidad de esfuerzo requerido de los pacientes (en comparación con la fMRI basada en tareas) por lo que es óptimo para diversas poblaciones de pacientes1.
Los avances tecnológicos han permitido adaptar la rs-fMRI para su uso en modelos de roedores para descubrir los mecanismos subyacentes a los estados de enfermedad (ver referencia2 para su revisión). Los modelos animales preclínicos, incluidos los modelos de enfermedad o knockout, permiten una amplia gama de manipulaciones experimentales no aplicables en humanos, y los estudios también pueden hacer uso de muestras post mortem para mejorar aún más los experimentos2. Sin embargo, debido a la dificultad tanto para limitar el movimiento como para mitigar el estrés, la adquisición de resonancia magnética en roedores se realiza tradicionalmente bajo anestesia. Los agentes anestésicos, dependiendo de su farmacocinética, farmacodinámica y objetivos moleculares, influyen en el flujo sanguíneo cerebral, el metabolismo cerebral y potencialmente afectan las vías de acoplamiento neurovascular.
Ha habido numerosos esfuerzos para desarrollar protocolos anestésicos que preserven el acoplamiento neurovascular y la función de la red cerebral3,4,5,6,7,8. Anteriormente informamos de un régimen anestésico que aplicaba una dosis baja de isoflurano junto con una dosis baja del agonista del receptor adrenérgico α2 dexmedetomidina9. Las ratas bajo este método de anestesia exhibieron respuestas BOLD robustas a la estimulación del bigote en regiones consistentes con las vías de proyección establecidas (núcleos talámicos ventrolaterales y ventromediales, corteza somatosensorial primaria y secundaria); Las redes cerebrales de estado de reposo a gran escala, incluida la red de modo predeterminado10,11 y la red de prominencia12 también se han detectado constantemente. Además, este protocolo anestésico permite repetir las imágenes en el mismo animal, lo que es importante para controlar la progresión de la enfermedad y el efecto de las manipulaciones experimentales longitudinalmente.
En el presente estudio, detallamos la configuración experimental, la preparación animal y los procedimientos de monitoreo fisiológico involucrados. En particular, describimos las fases anestésicas específicas y la adquisición de exploraciones durante cada fase. La calidad de los datos se evalúa después de cada exploración en estado de reposo. También se incluye en la discusión un breve resumen del análisis posterior a la exploración. Los laboratorios interesados en descubrir el potencial del uso de rs-fMRI en ratas encontrarán útil este protocolo.

<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

La resonancia magnética funcional en estado de reposo (rs-fMRI) se ha convertido en un método cada vez más popular para estudiar la función cerebral en un estado de reposo, sin tareas. Este protocolo describe un método de supervivencia preclínica para obtener datos de rs-fMRI. La combinación de dosis bajas de isoflurano con la infusión continua del agonista del receptor adrenérgico α2 dexmedetomidina proporciona una opción sólida para la adquisición de datos estable y de alta calidad, al tiempo que preserva la función de la red cerebral. Además, este procedimiento permite la respiración espontánea y una fisiología casi normal en la rata. Se pueden combinar secuencias de imágenes adicionales con la adquisición de estado de reposo creando protocolos experimentales con estabilidad anestésica de hasta 5 h utilizando este método. Este protocolo describe la configuración del equipo, el monitoreo de la fisiología de la rata durante cuatro fases distintas de la anestesia, la adquisición de escaneos en estado de reposo, la evaluación de la calidad de los datos, la recuperación del animal y una breve discusión del análisis de datos posterior al procesamiento. Este protocolo se puede utilizar en una amplia variedad de modelos preclínicos de roedores para ayudar a revelar los cambios resultantes en la red cerebral que ocurren en reposo.

Después de cada análisis de estado de reposo, la estabilidad se evalúa mediante un análisis de componentes independiente (ICA; script de ejemplo incluido en Archivos suplementarios). La figura 6 muestra ejemplos de salidas de componentes de análisis de estado de reposo. La figura 6a muestra un componente de señal de un escaneo con alta estabilidad. Tenga en cuenta que espacialmente, el componente tiene una alta regionalidad. Dentro del cur...

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

Este protocolo describe un método para obtener datos estables de resonancia magnética funcional en estado de reposo (rs-fMRI) de una rata que utiliza dosis bajas de isoflurano en combinación con dosis bajas de dexmedetomidina.

Adquisición de datos de resonancia magnética funcional en estado de reposo en la rata

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

La resonancia magnética funcional en estado de reposo, o fMRI en estado de reposo, se ha convertido en un método cada vez más popular para estudiar la función cerebral en un estado de reposo sin tareas. Los avances tecnológicos han permitido que la resonancia magnética funcional en estado de reposo se adapte para su uso en modelos de roedores, y se puede utilizar para descubrir mecanismos subyacentes a los estados de enfermedad. El protocolo descrito aquí combina dosis bajas de isoflurano con dosis bajas de dexmedetomidina, lo que permite la adquisición de datos de alta calidad y la preservación de la función de la red cerebral.Este método también permite la respiración espontánea y la fisiología casi normal durante un período de hasta cinco horas. En este video, cubrimos el monitoreo de la fisiología de la rata durante cuatro fases distintas de anestesia, inducción y preparación animal, configuración animal, adquisición de escaneo anatómico y adquisición de escaneo en estado de reposo, seguido de una evaluación de calidad de los datos. Utilizando un sistema para administrar anestésico inhalado, así como para eliminar los gases residuales de todas las áreas necesarias, inducir anestesia con 2,5% de isoflurano en un 30% de aire enriquecido con oxígeno.Una vez que el animal esté anestesiado, retírelo de la cámara, pese al animal y colóquelo en el cono de la nariz en la almohadilla térmica en el espacio de preparación, quedando al 2,5% de isoflurano. Aplique ungüento lubricante oftálmico en cada ojo para evitar el secado. Confirme la profundidad de la anestesia por la falta de respuesta de pellizco del dedo del pie, use clippers para afeitar un área cuadrada de dos pulgadas por dos pulgadas en la región lumbar inferior de la espalda del animal directamente por encima de la cola.Administrar 0,015 miligramos por kilogramo de la solución de dexmedetomidina con una inyección intraperitoneal en el cuadrante inferior derecho del abdomen utilizando una aguja calibre 25. Cambie el flujo de isoflurano desde el espacio de preparación a la cuna del animal. Mueva al animal a la cuna del animal.Coloque los dientes frontales de la rata de forma segura sobre y de la barra de mordida. Empuje el cono de la nariz sobre la nariz para asegurar un ajuste apretado. Si el cono de la nariz no cubre la mandíbula inferior, Parafilm se puede usar para mantener suavemente la mandíbula cerrada mientras se sella alrededor del cono de la nariz.Coloque la almohadilla respiratoria debajo del abdomen del animal debajo de la caja torácica y reposicione hasta que la forma de onda de la respiración muestre un canal profundo centrado en cada respiración. Pase a la siguiente fase de la anestesia cuando la respiración sea inferior a 40 respiraciones por minuto. Inserte esas barras para los oídos en el canal auditivo para estabilizar la cabeza de la rata en la cuna del animal.Una vez colocado, tire hacia adelante de la barra de mordida y confirme que la cabeza no se mueva. Reajuste el cono de la nariz y Parafilm según sea necesario. Inserte la sonda de temperatura en una cubierta de sonda desechable prelubricado.Inserte suavemente la sonda de temperatura aproximadamente 1/2 pulgada en el recto y péguela con cinta adhesiva a la base de la cola con cinta médica. Coloque el clip del oxímetro de pulso en el área metatarsiano del pie trasero, asegurándose de que la fuente de luz esté en la parte inferior del pie. La rotación del clip puede afectar la señal, por lo tanto, crear un soporte para mantener la pata y el clip en posición vertical conducirá a una mayor estabilidad.Calcule la velocidad de infusión para 0.015 miligramos por kilogramo por hora de dexmedetomidina. Establezca la bomba del medicamento a la velocidad de infusión calculada y llene la línea de infusión. Con una toallita con alcohol, limpie el área afeitada para eliminar cualquier vello perdido.Pellizque la piel aproximadamente dos dedos de ancho por encima de la base de la cola. Inserte 1/3 de la aguja de la línea de infusión en la piel de la tienda. Asegure la aguja a la piel con un trozo de cinta médica ancha de tres pulgadas.Coloque un segundo trozo de cinta médica ancha sobre el primero a través de la rata y unido a ambos lados de la cuna del animal. Es de vital importancia que la aguja ferromagnética esté bien asegurada para evitar el movimiento durante la exploración. Comience la infusión de dexmedetomidina subcutánea.Coloque un trozo de gasa en el puente de la nariz de la rata para crear una superficie nivelada para la bobina. Use cinta de papel, que no interfiera con la señal de resonancia magnética, para asegurar la bobina a la cabeza de la rata, centrándola sobre el cerebro. Coloque toallas de papel sobre el animal, asegurándolas a la cuna del animal con cinta de laboratorio.Si usa un sistema de calentamiento de aire, envuelva una lámina de plástico alrededor de toda la cuna para contener el aire caliente. Mueva al animal hacia el orificio y ajuste el imán. Reducir el isoflurano al 1,5%, lo que resulta en un aumento constante de la respiración a aproximadamente 45 a 50 respiraciones por minuto.Permanecer en este nivel durante la duración de la exploración anatómica. Utilice el escaneo localizador FLASH para asegurarse de que el cerebro esté alineado con el isocentro magnético. Reposicione al animal y repita si es necesario.Ejecute el escaneo localizador RARE de mayor resolución y use esta salida de escaneo para alinear 15 cortes sagitales centrados en todo el cerebro. Usando la rebanada sagital media, alinee la rebanada axial central con la decusación de la comisura anterior, que aparece como una mancha oscura. Anote el desplazamiento de división que se utilizará más adelante en los análisis de estado de reposo.Adquiera 23 cortes utilizando los protocolos axiales FLASH y RARE para ayudar en el registro en un espacio común durante el análisis posterior al escaneo. Shim a través de todo el cerebro usando la secuencia PRESS. Después de completar las exploraciones anatómicas, reduzca el isoflurano a 0.5 a 0.75% ajustando para que la respiración del animal sea de 60 a 65 respiraciones por minuto.Permanezca en este nivel durante al menos 10 minutos antes de comenzar el escaneo en estado de reposo para garantizar la estabilidad. Cuando la fisiología es estable, adquiera una exploración EPI de 15 cortes utilizando el mismo desplazamiento de corte que la serie axial anatómica. Una vez completado cada escaneo de estado de reposo, verifique la calidad utilizando un análisis de componentes independiente para descomponer los datos en componentes espaciales y temporales.Obtenga al menos tres exploraciones de estado de reposo de alta calidad. Cuando se complete la exploración, aumente el isoflurano al 2% y detenga la infusión subcutánea de dexmedetomidina. Retire la cuna del animal del orificio del imán y devuelva al animal al espacio de preparación.Inyecte 0.015 miligramos por kilogramo de la solución diluida de atipamezole en el músculo de la pata trasera de la rata con una aguja de calibre 25. Coloque a la rata de nuevo en la jaula de la casa encima de una almohadilla térmica y controle hasta que el animal sea ambulatorio. Mediante un análisis de componentes independiente, evalúe la estabilidad después de cada exploración en estado de reposo.Aquí se muestra un ejemplo de muy alta estabilidad. Nótese que, espacialmente, los componentes tienen una alta regionalidad. Dentro del curso de tiempo que se muestra en el panel central, la señal es estable y no predecible, lo que es indicativo de la verdadera actividad cerebral.El espectro de potencia en la parte inferior muestra predominantemente frecuencias bajas. Aquí se muestra un componente de ruido del mismo escaneo. Tenga en cuenta la no regionalidad, el curso de tiempo de alta frecuencia y el pico único de alta frecuencia en el espectro de potencia.Los componentes de ruido deben eliminarse durante el análisis posterior al escaneo. Finalmente, este componente proviene de una exploración donde la anestesia no fue estable. El curso de tiempo que se muestra es variable e irregular.Cuando esto sucede, se necesitan mejoras en el protocolo anestésico, comúnmente en el techo del cono de la nariz y la eliminación de gases residuales. La estabilidad del animal, tanto física como fisiológicamente, es clave para obtener datos de estado de reposo de alta calidad. Es imperativo que el animal cumpla con los umbrales fisiológicos establecidos antes de pasar a la siguiente fase de anestesia.Siguiendo esta técnica de supervivencia, la resonancia magnética funcional en estado de reposo se puede utilizar en estudios longitudinales, junto con manipulaciones experimentales, y para explorar modelos de enfermedad. La combinación de dosis bajas de isoflurano con dexmedetomidina utilizada en este protocolo permite una amplia variedad de estudios preclínicos para investigadores interesados en obtener imágenes del cerebro del roedor en su estado de reposo.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Magnetic Resonance Spectroscopy of live Drosophila melanogaster using Magic Angle Spinning

Magnetic Resonance Spectroscopy of live Drosophila melanogaster using Magic Angle Spinning

Espectroscopia de Resonancia Magnética de vivir Drosophila melanogaster Utilizando Spinning Magic ángulo

High-Resolution Magic Angle Spinning (HRMAS) proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) is a novel non-destructive technique that improves spectral ...

Investigación

Neurociencias

Multiple-mouse Neuroanatomical Magnetic Resonance Imaging

Múltiples imágenes del ratón neuroanatómicos de Resonancia Magnética

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

De alta resolución Magnética Funcional por imágenes de los métodos de resonancia cerebro medio humano

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

El uso de la espectroscopia de resonancia magnética como herramienta para la medición de Bi-hemisféricos Transcraneal eléctricos Efectos de estimulación sobre la corteza primaria Motor Metabolismo

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

Alta resolución<em&gt; En Vivo</em&gt; Protocolo Segmentación Manual for Human hipocampo subcampos Usando 3T Imágenes por Resonancia Magnética

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

De alta resolución de imagen de resonancia magnética estructural del subcorteza Humano<I&gt; En Vivo</I&gt; Y Postmortem

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

Un protocolo de imagen de resonancia magnética para la estimación de tiempo de inicio de movimiento en Isquemia Cerebral permanente

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

Según los Estados y análisis de complejidad de Omega de la electroencefalografía de estado descansando

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

Espectroscopia de resonancia magnética funcional en 7 T en la corteza del cañón de rata durante la activación de la barba

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

Imagen de resonancia magnética del tensor de difusión en compresión de médula espinal crónica

Chronic spinal cord compression is the most common cause of spinal cord impairment in patients with nontraumatic spinal cord damage. Conventional magnetic ...