7 機能的磁気共鳴分光ウィスカ アクティベーション中にラットのバレル皮質の T
Summary
(呼ばれる S1BF) 対応する体性感覚バレル フィールド皮質領域が正しく磁気共鳴イメージング (大胆な fMRI) 活性化、主要な血の酸素のレベルに応じた機能によるチェック後本研究の目的は乳酸含量を定量化するにはローカライズされたプロトン磁気共鳴分光法 (1H-MRS) 7 t によって活性化ラット脳における変動
Abstract
核磁気共鳴 (NMR) 分光学は脳代謝物内容vivo で測定する機会を提供し、非侵襲的です。過去 10 年間と磁場の強さの増加技術発展のおかげで、良い解像度スペクトル体内ラット脳で得ることが可能です今。Neuroenergetics (すなわち、脳代謝の研究)、異なった細胞のタイプ間の特に、代謝相互作用は、近年ますます多くの関心を集めています。これらの代謝の相互作用の中でニューロンとアストロ サイトの間乳酸シャトルの存在は現在でも議論します。それは、したがって、脳の活性化とモニターの乳酸のラットモデルにおける機能的なプロトン磁気共鳴分光法 (1H-MRS) を実行する大きな関心の。ただし、メチル乳酸ピークは脂質共鳴ピークが重複し、定量化することは困難です。下記プロトコルができ代謝活性化脳領域で監視する変動を乳酸します。ひげ刺激による脳活性化が得られるし、 1H 夫人は血酸素レベル依存機能的磁気共鳴画像 (BOLD 法) を使用してその領域が検出された対応するアクティブ化されたバレル皮質で実行されます。すべての手順が完全に記述されている: 麻酔薬、コイル、および達成の磁石、およびデータ処理で直接効率的なひげ刺激に対するシーケンスの選択。
Introduction
脳は、両方の貢献と地域の脳活動の変化によって、その利用のための主要な基質 (すなわちブドウ糖)、規制をできる組み込みのメカニズムを所有しています。ブドウ糖は、脳の主要なエネルギー基質が、近年の実験は、アストロ サイトのプロデュース、その乳酸は、ニューロンの効率的なエネルギー基質をある可能性がありますを示しています。これはニューロンとアストロ サイトの1間乳酸シャトルの仮説を発生させます。グリア-ニューロン乳酸シャトル2ANLS、として知られている理論は非常にまだ討論されるが、血糖値が提案につながっている、アストロ サイト, それはどこに代謝される入力ニューロンに直接行くよりもむしろ乳酸が代謝物、効率的なエネルギー基質として使用ニューロンに移しました。機能的脳イメージング (陽電子放射断層撮影 [PET]) における基礎技術の理解と観察代謝変化を解読するためのいくつかの重要な結果にならないようなシャトルが生体内で存在する場合で脳の病態。
脳の代謝を研究して、特に、代謝相互作用ニューロンとアストロ サイト、4 つの主要技術、利用可能な (ないを含むマイクロ/ナノセンサー): 放射線写真法、ペット、2 光子蛍光共焦点顕微鏡、および夫人。オートラジオグラフィーによる最初の手法の一つであったし、放射性の14C 2-デオキシグル コース脳スライスにおける放射性18の地域の取り込みの画像体内ペット利回り中の地域集積の画像を提供しますF-デオキシグル コース。彼らの両方は低空間分解能画像を生産しながら薔薇の分子を使用しての欠点を持っています。2 光子顕微鏡、蛍光プローブの携帯の解像度を提供しますが、組織による光散乱イメージング深さ。これらの 3 つのテクニックは、ウィスカ刺激3,4,5,6中に齧歯動物で neuroenergetics を勉強する以前に使用されています。生体内で夫人と非放射性、非侵襲的であることの二重の利点があり、どんな脳の構造を調べることができます。また、夫人は、神経活性化、齧歯動物7で非常に最近開発された機能的な夫人 (fMRS) と呼ばれる技術の中に実行できます。そこで、脳代謝体内 1H-MRS は、および非侵襲的脳活動を監視するためのプロトコルを提案します。プロシージャは、7 T 磁気共鳴 (MR) 撮像素子内で直接実行空気パフひげ刺激によって得られる脳の活性化で健康なラットに記載されてが、遺伝子組み換え動物にだけでなく、あらゆる病態に適合させること.
Protocol
動物のすべてのプロシージャは、1986 年 11 月 24 日 (86/609/EEC) の欧州社会理事会指令の動物実験ガイドラインにしたがって運営しました。プロトコル フランス農水省森林の倫理的ガイドラインを満たしてし、ローカル倫理委員会によって承認された (Comité d ‘éthique 注ぐ L’ expérimentation Animale ボルドー n ° 50112090 A)。 注: 氏測定中に麻酔と生理学的モニタリング (体温、呼吸?…
Representative Results
このプロトコルは、磁石で直接右ひげ刺激によって得られる脳賦活時の代謝変動の定量化できます。 本研究では大胆な fMRI の全体的な目標だったひげ刺激に対するだった効率的なアクティブな S1BF 領域を可視化して1H fMRS ボクセルを正しく検索することを確認します。ウィスカの活性化のために構築されたデバイ?…
Discussion
チトクロム酸化酵素染色9を使用して観察することができます 4 皮質層内の領域であり、主として記述されていたをされているので、その組織がよく知られているバレル皮質、体性感覚皮質またはバレル フィールドの S1BF とも呼ばれます10,11。1 つの vibrissa は、約 19,000 ニューロンが12列で編成されています 1 つの…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は、ANR 10 LABX 57 の参照およびフランス語-スイスの ANR FNS 付与参照 ANR-15-CE37-0012 LabEx トレイル グラントによって支えられました。著者はリアン Trotier の彼の技術的なサポートをありがちましょう。
Materials
| 0.5 mL syringe with needle | Becton, Dickinson and Company, USA | 2020-10 | 0.33 mm (29 G) x 12.7 mm |
| 1H spectroscopy surface coil | Bruker, Ettlingen, Germany | T116344 | |
| 7T Bruker Biospec system | Bruker, Ettlingen, Germany | 70/20 USR | |
| Arduino Uno based pulsing device | custom made | ||
| Atipamezole | Vétoquinol, S.A., France | V8335602 | Antisedan, 4.28 mg |
| Breathing mask | custom made | ||
| Eye ointment | TVM laboratoire, France | 40365 | Ocry gel 10 g |
| Induction chamber | custom made | 30x17x15 cm | |
| Inlet flexible pipe | Gardena, Germany | 1348-20 | 4.6-mm diameter, 3m long |
| Isoflurane pump, Model 100 series vaporizer, classic T3 | Surgivet, Harvard Apparatus | WWV90TT | from OH 43017, U.S.A |
| Isoflurane, liquid for inhalation | Vertflurane, Virbac, France | QN01AB06 | 1000 mg/mL |
| KD Scientific syringe pump | KD sientific, Holliston, USA | Legato 110 | |
| LCModel software | LCModel Inc., Ontario, Canada | 6.2 | |
| Medetomidine hydrochloride | Vétoquinol, S.A., France | QN05CM91 | Domitor, 1 mg/mL |
| Micropore roll of adhesive plaster | 3M micropore, Minnesota, United States | MI912 | |
| Micropore roll of adhesive plaster | 3M micropore, Minnesota, United States | MI925 | |
| Monitoring system of physiologic parameter | SA Instruments, Inc, Stony Brook, NY, USA | Model 1025 | |
| NaCl | Fresenius Kabi, Germany | B05XA03 | 0.9 % 250 mL |
| Outlet flexible pipe | Gardena, Germany | 1348-20 | 4.6-mm diameter, 4m long |
| Paravision software | Bruker, Ettlingen, Germany | 6.0.1 | |
| Peripheral intravenous catheter | Terumo, Shibuya, Tokyo, Japon | SP500930S | 22 G x 1", 0.85×25 mm, 35 mL/min |
| Rat head coil | Bruker, Ettlingen, Germany | ||
| Sodic heparin, injectable solution | Choai, Sanofi, Paris, France | B01AB01 | 5000 IU/mL |
| Solenoid control valves, plunger valve 2/2 way direct-acting | Burkert, Germany | 3099939 | Model type 6013 |
| Terumo 2 ml syringe | Terumo, Shibuya, Tokyo, Japon | SY243 | with 21 g x 5/8" needle |
| Terumo 5 mL syringe | Terumo, Shibuya, Tokyo, Japon | 05SE1 | |
| Wistar RJ-Han rats | Janvier Laboratories, France |
Referencias
- Pellerin, L., et al. Activity-dependent regulation of energy metabolism by astrocytes: an update. Glia. 55, 1251-1262 (2007).
- Pellerin, L., Magistretti, P. J. Glutamate uptake into astrocytes stimulates aerobic glycolysis: a mechanism coupling neuronal activity to glucose utilization. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 91, 10625-10629 (1994).
- Cholet, N., et al. Local injection of antisense oligonucleotides targeted to the glial glutamate transporter GLAST decreases the metabolic response to somatosensory activation. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 21, 404-412 (2001).
- Voutsinos-Porche, B., et al. Glial Glutamate Transporters Mediate a Functional Metabolic Crosstalk between Neurons and Astrocytes in the Mouse Developing Cortex. Neuron. 37, 275-286 (2003).
- Zimmer, E. R., et al. [18F]FDG PET signal is driven by astroglial glutamate transport. Nature Neuroscience. 20 (3), 393-395 (2017).
- Haiss, F., et al. Improved in vivo two-photon imaging after blood replacement by perfluorocarbon. The Journal of Physiology. , (2009).
- Mullins, P. G. Towards a theory of functional magnetic resonance spectroscopy (fMRS): A meta-analysis and discussion of using MRS to measure changes in neurotransmitters in real time. Scandinvian Journal of Psychology. 59, 91-103 (2018).
- Wong-Riley, M. T., Welt, C. Histochemical changes in cytochrome oxidase of cortical barrels after vibrissal removal in neonatal and adult mice. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 77, 2333-2337 (1980).
- Petersen, C. C. The functional organization of the barrel cortex. Neuron. 56, 339-355 (2007).
- Cox, S. B., Woolsey, T. A., Rovainen, C. M. Localized dynamic changes in cortical blood flow with whisker stimulation corresponds to matched vascular and neuronal architecture of rat barrels. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 13, 899-913 (1993).
- Feldmeyer, D. Excitatory neuronal connectivity in the barrel cortex. Frontiers in Neuroanatomy. 6, 24 (2012).
- Boussida, S., Traore, A. S., Durif, F. Mapping of the brain hemodynamic responses to sensorimotor stimulation in a rodent model: A BOLD fMRI study. PLoS One. 12, e0176512 (2017).
- Heinke, W., Koelsch, S. The effects of anesthetics on brain activity and cognitive function. Current Opinion in Anesthesiology. 18, 625-631 (2005).
- Horn, T., Klein, J. Lactate levels in the brain are elevated upon exposure to volatile anesthetics: a microdialysis study. Neurochemistry International. 57, 940-947 (2010).
- Boretius, S., et al. Halogenated volatile anesthetics alter brain metabolism as revealed by proton magnetic resonance spectroscopy of mice in vivo. Neuroimage. 69, 244-255 (2013).
- Sinclair, M. D. A review of the physiological effects of alpha2-agonists related to the clinical use of medetomidine in small animal practice. Canadian Veterinary Journal. 44, 885-897 (2003).
- Weber, R., et al. A fully noninvasive and robust experimental protocol for longitudinal fMRI studies in the rat. Neuroimage. 29, 1303-1310 (2006).
- Hartmann, M. J., Johnson, N. J., Towal, R. B., Assad, C. Mechanical characteristics of rat vibrissae: resonant frequencies and damping in isolated whiskers and in the awake behaving animal. The Journal of Neuroscience. 23, 6510-6519 (2003).
- Prichard, J., et al. Lactate rise detected by 1H NMR in human visual cortex during physiologic stimulation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 88, 5829-5831 (1991).
- Sappey-Marinier, D., et al. Effect of photic stimulation on human visual cortex lactate and phosphates using 1H and 31P magnetic resonance spectroscopy. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 12, 584-592 (1992).
- Mazuel, L., et al. A neuronal MCT2 knockdown in the rat somatosensory cortex reduces both the NMR lactate signal and the BOLD response during whisker stimulation. PLoS One. 12, e0174990 (2017).
- Castellano, G., et al. NAA and NAAG variation in neuronal activation during visual stimulation. Brazilian Journal of Medical and Biological Research. 45, 1031-1036 (2012).
- Sarchielli, P., et al. Functional 1H-MRS findings in migraine patients with and without aura assessed interictally. Neuroimage. 24, 1025-1031 (2005).
- Baslow, M. H., Hrabe, J., Guilfoyle, D. N. Dynamic relationship between neurostimulation and N-acetylaspartate metabolism in the human visual cortex: evidence that NAA functions as a molecular water pump during visual stimulation. Journal of Molecular Neuroscience. 32, 235-245 (2007).
- Mangia, S., Tkac, I. Dynamic relationship between neurostimulation and N-acetylaspartate metabolism in the human visual cortex: evidence that NAA functions as a molecular water pump during visual stimulation. Journal of Molecular Neuroscience. 35, 245-248 (2008).
- Baslow, M. H., Hrabal, R., Guilfoyle, D. N. Response of the authors to the Letter by Silvia Mangia and Ivan Tkac. Journal of Molecular Neuroscience. 35, 247-248 (2008).
- Barros, L. F., Weber, B. CrossTalk proposal: an important astrocyte-to-neuron lactate shuttle couples neuronal activity to glucose utilisation in the brain. The Journal of Physiology. 596, 347-350 (2018).
- Bak, L. K., Walls, A. B. CrossTalk opposing view: lack of evidence supporting an astrocyte-to-neuron lactate shuttle coupling neuronal activity to glucose utilisation in the brain. The Journal of Physiology. 596, 351-353 (2018).
Tags
Keywords:
Functional Magnetic Resonance SpectroscopyRat Barrel CortexWhisker ActivationNeurogeneticsMetabolic ChangesIn VivoNon-invasivePathological AnimalsGenetically Modified AnimalsBreathing SensorAir Puff SystemSolenoid Control ValveBlood Oxygen Level Dependent Functional Resonance ImagingT2 Star FID EPI Sequence
Citar este artículo
Blanc, J., Roumes, H., Mazuel, L., Massot, P., Raffard, G., Biran, M., Bouzier-Sore, A. Functional Magnetic Resonance Spectroscopy at 7 T in the Rat Barrel Cortex During Whisker Activation. J. Vis. Exp. (144), e58912, doi:10.3791/58912 (2019).