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

Detta arbete stöddes av finansiering från National Institute of Health (NIH) National Institute on Drug Abuse (NIDA) [DJW, EDKS, och EMB stöttades av anslag R21DA044501 tilldelat till Alan I. Gräsplan och DJW stöttades av lån T32DA037202 till Alan J. Budney] och Medborgareinstitut på alkoholmissbruk och alcoholism (NIAAA) [Anslag F31AA028413 till Emily D. K. Sullivan]. Ytterligare stöd gavs genom Alan I. Greens begåvade fond som Raymond Sobel Professor of Psychiatry vid Dartmouth.
Hanbing Lu stöds av National Institute on Drug Abuse Intramural Research Program, NIH.
Författarna vill erkänna och tacka den framlidne Alan I. Green. Hans orubbliga engagemang för samuppkomna sjukdomar bidrog till att etablera samarbete mellan författarna. Vi tackar honom för hans mentorskap och vägledning, som kommer att vara mycket saknad.

Alla experiment utfördes på en 9,4 T MR-skanner och godkändes av Institutional Animal Care and Use Committee vid Dartmouth College. Ytterligare godkännande erhölls för att registrera och visa de djur som användes i videon och siffrorna nedan.
1. Förberedelser före skanning
<ol><li>Subkutan infusionslinje<ol>
<li>Ta delvis bort en 23 G nål från förpackningen så att nålspetsen förblir steril.</li>
		<li>Håll fast nålens nav ordentligt och använd ett rakblad för att få nåla...

<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>

Djurets stabilitet, både fysiskt och fysiologiskt, är nyckeln till att få högkvalitativa vilotillståndsdata. Detta protokoll uppnår stabilitet genom att gå igenom fyra distinkta faser av anestesi. Det är absolut nödvändigt att djuret har uppfyllt de fastställda fysiologiska trösklarna innan det går vidare till nästa fas av anestesi; Eftersom denna metod förlitar sig på fysiologiska autoregulatoriska mekanismer kan enskilda djur kräva något olika mängder tid vid varje anestesifas. Det är vår erfarenhe...

Vilotillstånd funktionell magnetisk resonanstomografi (rs-fMRI) är ett mått på signalen om blod-syre-nivåberoende (BOLD) när hjärnan är i vila och inte engagerad i någon särskild uppgift. Dessa signaler kan användas för att mäta korrelationer mellan hjärnregioner för att bestämma den funktionella anslutningen inom neurala nätverk. rs-fMRI används ofta i kliniska studier på grund av dess icke-invasivitet och den låga ansträngning som krävs av patienter (jämfört med uppgiftsbaserad fMRI) vilket gör det optimalt för olika patientpopulationer1.
Tekniska framsteg har gjort det möjligt att anpassa rs-fMRI för användning i gnagaremodeller för att avslöja mekanismer som ligger till grund för sjukdomsstater (sereferens 2 för granskning). Prekliniska djurmodeller, inklusive sjukdoms- eller knockoutmodeller, tillåter ett brett spektrum av experimentella manipuleringar som inte är tillämpliga hos människor, och studier kan också använda obduktionsprover för att ytterligare förbättraexperimenten 2. På grund av svårigheten att både begränsa rörelse och mildra stress utförs MRI-förvärv hos gnagare traditionellt under anestesi. Bedövningsmedel, beroende på deras farmakokinetik, farmakodynamik och molekylära mål, påverkar hjärnans blodflöde, hjärnans ämnesomsättning och kan potentiellt påverka neurovaskulära kopplingsvägar.
Det har gjorts många ansträngningar för att utveckla bedövningsprotokoll som bevarar neurovaskulär koppling och hjärnansnätverksfunktion 3,4,5,6,7,8. Vi rapporterade tidigare en bedövningsregim som applicerade en låg dos isofluran tillsammans med en låg dos av α2 aterenergiska receptor agonist dexmedetomidine9. Råttor enligt denna anestesimetod uppvisade robusta BOLD-svar på whisker stimulering i regioner som överensstämmer med etablerade projektionsvägar (ventrolateral och ventromedial thalamic atomkärnor, primära och sekundära somatosensory cortex); storskaliga vilotillstånd hjärnnätverk, inklusive standardläge nätverk10,11 och salience nätverk12 har också konsekvent upptäckts. Dessutom tillåter detta bedövningsprotokoll upprepad avbildning på samma djur, vilket är viktigt för att övervaka sjukdomsprogressionen och effekten av experimentella manipuleringar längsgående.
I den aktuella studien beskriver vi de experimentella inrättning, djurberedning och fysiologiska övervakningsförfaranden som är involverade. I synnerhet beskriver vi de specifika bedövningsfaserna och förvärvet av skanningar under varje fas. Datakvaliteten utvärderas efter varje vilotillståndssökning. En kort sammanfattning av analysen efter skanning ingår också i diskussionen. Laboratorier som är intresserade av att avslöja potentialen att använda rs-fMRI hos råttor kommer att finna detta protokoll användbart.

<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

Vila-tillstånd funktionell magnetisk resonanstomografi (rs-fMRI) har blivit en alltmer populär metod för att studera hjärnans funktion i ett vilande, icke-uppgiftstillstånd. Detta protokoll beskriver en preklinisk överlevnadsmetod för att erhålla rs-fMRI-data. Att kombinera lågdosisfluran med kontinuerlig infusion av α2 anerga receptoragonist dexmedetomidin ger ett robust alternativ för stabilt dataförvärv av hög kvalitet samtidigt som hjärnans nätverksfunktion bevaras. Dessutom möjliggör detta förfarande spontan andning och nästan normal fysiologi hos råttan. Ytterligare avbildningssekvenser kan kombineras med förvärv av vilotillstånd som skapar experimentella protokoll med bedövningsstabilitet på upp till 5 h med den här metoden. Detta protokoll beskriver installation av utrustning, övervakning av råtta fysiologi under fyra distinkta faser av anestesi, förvärv av vilotillstånd skanningar, kvalitetsbedömning av data, återvinning av djuret och en kort diskussion om efterbehandling data analys. Detta protokoll kan användas över en mängd olika prekliniska gnagare modeller för att hjälpa till att avslöja de resulterande hjärnan nätverk förändringar som uppstår i vila.

Efter varje vilotillståndsskanning bedöms stabiliteten med hjälp av en oberoende komponentanalys (ICA; exempelskript som ingår i tilläggsfiler). Bild 6 visar exempel på komponentutgångar från vilotillståndsskanningar. Bild 6a visar en signalkomponent från en skanning med hög stabilitet. Observera att komponenten rumsligt har hög regionalitet. Inom tidskursen under den rumsliga komponenten är signalen stabil och inte förutsägbar, v...

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

Detta protokoll beskriver en metod för att erhålla stabila vilotillstånd funktionella magnetisk resonanstomografi (rs-fMRI) data från en råtta som använder låg dos isofluran i kombination med låg dos dexmedetomidine.

Förvärv av resting state funktionell magnetisk resonanstomografidata i råttan

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

Vila-tillstånd funktionell magnetisk resonanstomografi, eller vilotillstånd fMRI, har blivit en alltmer populär metod för att studera hjärnans funktion i ett vilande icke-uppgiftstillstånd. Tekniska framsteg har gjort det möjligt att anpassa vilotillståndet fMRI för användning i gnagaremodeller och kan användas för att avslöja mekanismer som ligger till grund för sjukdomstillstånd. Protokollet som beskrivs här kombinerar låg dos isofluran med låg dos dexmedetomidine, vilket möjliggör högkvalitativt datainsamling och bevarande av hjärnans nätverksfunktion.Denna metod möjliggör också spontan andning och nästan normal fysiologi i upp till fem timmar. I den här videon täcker vi övervakning av råttans fysiologi under fyra distinkta faser av anestesi, djurinduktion och beredning, djurinställning, anatomisk skanning förvärv och vila-state skanning förvärv följt av kvalitetsbedömning av data. Använd ett system för att leverera inhalerad bedövningsmedel samt rensa rökgaser från alla nödvändiga områden, inducera anestesi med 2,5% isofluran i 30% syreberikad luft.När djuret har bedövats, ta bort det från kammaren, väg djuret och placera det i näskonen på värmeplattan i förberedelseutrymmet och stanna på 2,5% isofluran. Applicera oftalmisk smörjsalva på varje öga för att förhindra torkning. Bekräfta anestesidjupet genom brist på tånyprespons, Använd klippare för att raka ett två tums och två tums kvadratiskt område på den nedre ländryggsregionen på djurets rygg direkt ovanför svansen.Administrera 0,015 milligram per kilo av dexmedetomidinlösningen med en intraperitoneal injektion i bukens nedre högra kvadrant med en 25-gauge nål. Växla isofluranflöde från förberedelseutrymmet till djurvaggan. Flytta djuret in i djurets vagga.Placera råttans framtänder säkert över och in i bettstången. Tryck näskonen över näsan för att säkerställa en snäv passform. Om noskonen inte täcker underkäken kan Parafilm användas för att försiktigt hålla käken stängd samtidigt som den tätas runt näskonen.Placera andningsdynan under djurets buk under bröstkorgen och flytta den tills andningsvågformen visar ett djupt tråg centrerat på varje andetag. Flytta till nästa fas av anestesi när andningen är mindre än 40 andetag per minut. Sätt in öronstängerna i öronkanalen för att stabilisera råttans huvud i djurvaggan.När du är placerad, dra framåt på bettstången och bekräfta att huvudet inte rör sig. Justera näskonen och Parafilm efter behov. Sätt in temperatursonden i ett försmord engångssondskydd.Sätt försiktigt in temperatursonden cirka 1/2 tum i ändtarmen och tejpa fast den vid svansens botten med medicinsk tejp. Placera pulsoximeterklämman på bakfotens metatarsala område och se till att ljuskällan är på fotens underkant. Rotation av klämman kan påverka signalen, vilket skapar en hållare för att hålla tassen och klämman upprätt leder till större stabilitet.Beräkna infusionshastigheten för 0,015 milligram per kilo per timme dexmedetomidin. Ställ läkemedelspumpen på den beräknade infusionshastigheten och fyll infusionsledningen. Använd en alkoholservett, rengör det rakade området för att ta bort eventuellt herrelöst hår.Nyp ihop huden ungefär två fingerbredder ovanför svansens botten. Sätt in 1/3 av infusionsledningsnålen i tälthuden. Fäst nålen på huden med en tre tums bred medicinsk tejp.Placera en andra bit bred medicinsk tejp över den första över råttan och fäst på båda sidor av djurvaggan. Det är oerhört viktigt att den ferromagnetiska nålen är väl säkrad för att förhindra rörelse under skanningen. Påbörja infusionen av subkutan dexmedetomidin.Placera en bit gasväv på råttans näsa för att skapa en jämn yta för spolen. Använd papperstejp, som inte stör MR-signalen, för att fästa spolen på råttans huvud och centrera den över hjärnan. Placera pappershanddukar över djuret och säkra dem till djurvaggan med laboratorietejp.Om du använder ett luftvärmesystem, linda ett plastark runt hela vaggan för att hålla den varma luften. Flytta djuret in i borrhålet och finjustera magneten. Minska isofluran till 1,5%vilket resulterar i en stadig ökning av andningen till cirka 45 till 50 andetag per minut.Stanna på denna nivå under den anatomiska skanningen. Använd FLASH-lokaliserarskanningen för att säkerställa att hjärnan är i linje med magnetisotcentret. Flytta djuret och upprepa vid behov.Kör rare localizer scan med högre upplösning och använd den här skanningsutgången för att justera 15 sagittalsegment centrerade över hjärnan. Justera mittenaxialsegmentet med hjälp av det mellersta sagittalsegmentet till decussationen av det främre fattningsstället, som visas som en mörk fläck. Observera segmentförskjutningen som ska användas senare i vilotillståndsskanningarna.Skaffa 23 segment med både FLASH- och RARE-axiella protokoll för att underlätta registrering till ett gemensamt utrymme under analysen efter skanningen. Shim över hela hjärnan med hjälp av PRESS-sekvensen. Efter att ha slutfört anatomiska skanningar, minska isofluran till 0,5 till 0,75% justering så att djurets andning är 60 till 65 andetag per minut.Stanna på den här nivån i minst 10 minuter innan du börjar skanna vilotillståndet för att säkerställa stabilitet. När fysiologin är stabil, förvärva en 15-skiva EPI-skanning med samma skiva offset som den anatomiska axiella serien. När varje vilotillståndssökning är klar kontrollerar du kvaliteten med hjälp av en oberoende komponentanalys för att sönderdela data i rumsliga och temporala komponenter.Få minst tre högkvalitativa vilotillståndsskanningar. När skanningen är klar, öka isofluran till 2%och stoppa subkutan dexmedetomidininfusion. Ta bort djurets vagga från magnethålet och sätt tillbaka djuret till förberedelseutrymmet.Injicera 0,015 milligram per kilo av den utspädda atipamezolelösningen i råttans bakbensmuskel med en 25-gauge nål. Placera råttan tillbaka i hemburen ovanpå en värmeplatta och övervaka tills djuret är ambulatoriskt. Med hjälp av en oberoende komponentanalys utvärderar du stabiliteten efter varje vilotillståndssökning.Här visas ett exempel på mycket hög stabilitet. Observera att komponenterna rumsligt har hög regionalitet. Inom den tidskurs som visas i mittpanelen är signalen stabil och inte förutsägbar, vilket tyder på sann hjärnaktivitet.Effektspektrumet längst ner visar övervägande låga frekvenser. Här visas en bruskomponent från samma skanning. Observera icke-regionalitet, högfrekvent tidskurs och en enda högfrekvent topp i effektspektrumet.Bullerkomponenter bör avväpnas under analysen efter skanningen. Slutligen är denna komponent från en skanning där anestesin inte var stabil. Tidskursen som visas är variabel och oregelbunden.När detta händer behövs förbättringar av bedövningsprotokollet, vanligtvis till taket på noskonen och rensning av rökgaser. Djurets stabilitet, både fysiskt och fysiologiskt, är nyckeln till att få högkvalitativa vilotillståndsdata. Det är absolut nödvändigt att djuret uppfyller de fysiologiska trösklarna som fastställts innan det går vidare till nästa fas av anestesi.Efter denna överlevnadsteknik kan vilotillstånd fMRI användas i longitudinella studier, i samband med experimentella manipuleringar, och för att utforska sjukdomsmodeller. Kombinationen av låg dos isofluran med dexmedetomidine används i detta protokoll möjliggör en mängd olika prekliniska studier för utredare som är intresserade av att avbilda gnagare hjärnan i sitt vilotillstånd.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Multiple-mouse Neuroanatomical Magnetic Resonance Imaging

Flera-mus neuroanatomiska 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

Högupplösta functional magnetic resonance imaging metoder för Human mitthjärnan

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

Användning av magnetisk resonansspektroskopi som ett verktyg för mätning av Bi-hemisfären transkraniell elektriska retningar Effekter på Primär 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

Hög upplösning<em&gt; In Vivo</em&gt; Manuell segmente Protocol for Human hippocampus delområden Använda 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

Högupplöst Strukturell Magnetic Resonance Imaging av Human subcortex<I&gt; In Vivo</I&gt; Och 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

En magnetisk resonanstomografi protokoll för Stroke debut tid uppskattning i Permanent Cerebral ischemi

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

Mikrotillstånd och Omega komplexitet analyser av den vilande-state elektroencefalografi

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

Funktionell magnetresonans-spektroskopi på 7 T i råtta fat Cortex under morrhår aktiveringen

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 resonanstomografi i kronisk Ryggmärgs kompression

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

Tillförlitligt förvärv av elektroencefalografidata under samtidig elektroencefalografi och funktionell MRT

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