동물의 뇌 기능 매핑은 실시간 기능 자기 공명 영상 (fMRI) 실험 설정의 이점을 누릴 수 있습니다. 동물 MRI 시스템에 구현된 최신 소프트웨어를 사용하여 소형 동물 fMRI에 대한 실시간 모니터링 플랫폼을 구축했습니다.
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이 논문에서
요약
초록
동적 fMRI 반응은 마취 상태 또는 깨어있는 상태의 동물의 생리적 조건에 따라 크게 다릅니다. 우리는 실험자가 획득 중에 fMRI 반응을 즉시 모니터링하도록 안내하는 실시간 fMRI 플랫폼을 개발했으며, 이는 동물의 뇌에서 원하는 혈역학 반응을 달성하기 위해 동물의 생리학을 수정하는 데 사용할 수 있습니다. 실시간 fMRI 설정은 14.1T 전임상 MRI 시스템을 기반으로 하며, 마취된 쥐의 일차 전발 체성 감각 피질(FP-S1)에서 동적 fMRI 반응의 실시간 매핑을 가능하게 합니다. 실시간 fMRI 플랫폼은 fMRI 신호의 가변성으로 이어지는 교란 소스를 조사하기 위한 후향적 분석 대신 맞춤형 매크로 기능과 MRI 시스템의 일반적인 신경 이미지 분석 소프트웨어를 사용하여 동적 fMRI 반응을 식별하는 보다 효과적인 체계를 제공합니다. 또한 동물의 뇌 기능 연구를 위한 즉각적인 문제 해결 가능성과 실시간 바이오피드백 자극 패러다임을 제공합니다.
서론
기능적 자기 공명 영상(fMRI)은 뇌의 신경 활동과 관련된 혈 역학적 반응 1,2,3,4,5,6,7,8,9, 예를 들어 혈중 산소 수준 의존적(BOLD), 뇌 혈액량 및 유동 신호를 측정하는 비침습적 방법입니다. 동물 연구에서, 혈역학적 신호는 마취(10), 깨어 있는 동물(11)의 스트레스 레벨, 뿐만 아니라 잠재적인 비생리학적 인공물, 예를 들어, 심장 맥동 및 호흡 운동(12,13,14,15....
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프로토콜
이 연구는 독일 동물 복지법 (TierSchG) 및 동물 복지 실험실 동물 조례 (TierSchVersV)에 따라 수행되었습니다. 여기에 설명 된 실험 프로토콜은 윤리위원회 (§15 TierSchG)에 의해 검토되었으며 주 당국 (Regierungspräsidium, Tübingen, Baden-Württemberg, Germany)에 의해 승인되었습니다.
1. 소형 동물 연구를 위한 BOLD-fMRI 실험 설정 준비
- 콘솔 소프트웨어를 켜서 이미징 파라미터를 제어하고 MRI 데이터를 수집합니다.
참고: 제안된 실시간 fMRI 설정은 AFNI의 이미지 처리 기능과 병행하여 콘솔 소프트웨어(버전 6)의 매크로 기능을 사용하여 구현됩니다. - 작업 공간 탐색기를 사용하여 MR 시퀀스(예: 위치, 로컬라이저, 이완 향상을 통한 신속한 획득(RARE) 및 3D 에코 평면 이미징(EPI))를 찾은 다음 스캔 목록에 끌어서 추가합니다.
참고: 위치 및 로컬라이저 시퀀스는 뇌의 관심 영역(ROI)을 식별하는 데 사용됩니다. RARE 시퀀스는 해부학 스캔에 사용됩니다. 3D EPI 시퀀스는 동적 BOLD 응답을 측정하는 데 사용됩니다. - 미리 정의된 매크로 스크립트 "Setup_rt3DEPI" 및 "....
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결과
그림 3 및 그림 4는 대표적인 실시간 복셀별 BOLD-fMRI 시간 과정 및 전기 앞발 자극(3Hz, 4초, 펄스 폭 300us, 2.5mA)을 사용한 기능 맵을 보여줍니다. fMRI 설계 패러다임은 10개의 사전 자극 스캔, 3개의 자극 스캔 및 총 8개의 에포크(130개 스캔)가 있는 12개의 자극 간 스캔으로 구성됩니다. 총 스캔 시간은 3분 15초(195초)입니다. 도 3은 블록-설계 패러다임에 대응하는 대측성 FP-S1의 복셀별 시간 과정(검은색 선)을 리얼타임 획득 포맷으로 보여준다. 도 4는 전기적 전발 자극에 대응하는 활성화된 BOLD 맵을 나타낸다. 활성화된 영역이 감지되어 컬러 클러스터(빨간색 및 노란색)로 표시됩니다. 실험자는 AFNI 소프트웨어의 "클러스터" 기능을 사용하여 클러스터된 볼륨을 대.......
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토론
fMRI 신호의 실시간 모니터링은 실험자가 동물의 생리학을 조정하여 기능적 매핑을 최적화하는 데 도움이 됩니다. 깨어있는 동물의 운동 인공물과 마취 효과는 fMRI 신호의 가변성을 매개하는 주요 요인이며, 그 자체로 신호의 생물학적 해석을 혼란스럽게합니다 31,32,33,34,35,36,37,38 . 실시간 fMRI 플랫폼은 스캔 파라미터 및 마취 투여 체계의 최적화를 지원하기 위해 즉각적인 정보를 제공합니다. 또한 실시간 뇌 혈류역학 반응을 사용하여 다중.......
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공개 사항
Sascha Köhler는 Bruker BioSpin MRI GmbH의 직원입니다.
감사의 글
PV 5용 실시간 fMRI를 설정하기 위한 AFNI 스크립트와 소프트웨어 지원을 위한 AFNI 팀을 공유해 주신 D. Chen 박사와 C. Yen 박사에게 감사드립니다. 이 연구는 NIH Brain Initiative 자금 지원 (RF1NS113278-01, R01 MH111438-01) 및 Martinos Center, German Research Foundation (DFG) Yu215 / 3-1, BMBF 01GQ1702 및 Max Planck Society의 내부 자금에 대한 S10 기기 보조금 (S10 RR023009-01)의 지원을 받았습니다.
....액세스가 제한되었습니다. 이 콘텐츠를 보려면 로그인하거나 체험판을 시작하세요.
재료
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 14.1T Bruker MRI 시스템 | Bruker BioSpin MRI GmbH | N/A | |
| A365 자극 아이솔레이터 | 세계 정밀 기기 | N/A | |
| AcqKnowledge 소프트웨어 | Biopac | RRID:SCR_014279, http://www.biopac.com/product/acqknowledge-software/ | |
| AFNI | Cox, 1996 | RRID:SCR_005927, http://afni.nimh.nih.gov | |
| CO2SMO ( ETCO2/SpO2 모니터), 모델 7100 | Novametrix Medical Systems Inc | N/A | |
| 이소플루란 | CP-Pharma | Cat# 1214 | |
| Master-9 | A.M.P.I | N/A | |
| 나노리터 주입기 | World Precision Instruments | Cat# NANOFIL | |
| 판쿠로늄 브로마이드 | Inresa Arzneimittel | Cat# 34409.00.00 | |
| ParaVision 6 | Bruker BioSpin MRI GmbH | RRID:SCR_001964 | |
| 인산염 완충 식염수(PBS) | Gibco | Cat# 10010-023 | |
| 쥐: Sprague Dawley 쥐 | Charles River Laboratories | Crl:CD(SD) | |
| SAR-830/AP 인공호흡기 | CWE | N/A | |
| α-chloralose | Sigma-Aldrich | Cat# C0128-25G; RRID는 |
참고문헌
- Ogawa, S., Lee, T. M., Kay, A. R., Tank, D. W. Brain magnetic resonance imaging with contrast dependent on blood oxygenation. Proceedings of the National Academy of Sciences U.S.A. 87 (24), 9868-9872 (1990).
- Belliveau, J. W., et al.
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재인쇄 및 허가
