Исследователи внедрили метод функциональной магнитно-резонансной томографии SORDINO для бодрствующих мышей, существенно снизив уровень шума сканера и артефакты движения. Новая методология позволяет проводить точные нейробиологические измерения без седации, открывая перспективы для одновременной электрофизиологии и визуализации социального поведения.
Громкий шум градиентных катушек, превышающий 100 децибел в стандартных эхо-планарных последовательностях, провоцирует у грызунов хронический стресс. В результате меняются частота сердечных сокращений, уровень кортикостерона и фоновая нейронная активность.
Традиционные исследования мозга с помощью магнитно-резонансной томографии долгое время сталкивались с серьезным препятствием. Использование наркоза подавляет нейроваскулярное сопряжение и глобальные паттерны связности, искажая естественные когнитивные процессы, однако переход к бодрствующим животным порождал собственный парадокс.
Метод SORDINO убирает шум сканера
Эксперименты проводились на томографе Bruker с индукцией 9.4 Тл, а животная база включала самцов мышей C57BL/6J в количестве 147 особей и крыс линии Sprague–Dawley в количестве 43 особей, приобретенных у компании Charles River.
В публикации журнала Nature Neuroscience исследователи представили технологию SORDINO, обеспечивающую бесшумную, чувствительную и специфичную фМРТ у бодрствующих мышей. Аббревиатура расшифровывается как silent, sensitive, specific, and artifact-resistant fMRI.
Все процедуры с участием животных были одобрены Комитетом по содержанию и использованию лабораторных животных Университета Северной Каролины в Чапел-Хилле и проводились согласно руководству Национальных институтов здоровья. Мышиные эксперименты выполнялись по протоколу 25–011.0, а крысиные — по протоколу 26–078.0.
В отличие от стандартного оборудования, создающего звуковой удар из-за резких переключений токов, SORDINO поддерживает почти постоянную амплитуду градиента и плавные изменения направления. Радиальная схема сбора данных в пространстве k делает метод устойчивым к пространственному размытию и провалам сигнала, вызванным дыханием или мелкими движениями животных.
Ученые совмещают томографию с электрофизиологией
В ходе исследований метод применялся для измерения состояния покоя, картирования моторных действий при захвате пищевых гранул и одновременной съемки мозга двух взаимодействующих животных.
“Мы также проводим много электрофизиологии, поэтому возможность делать это одновременно с фМРТ во время социальных взаимодействий может быть чрезвычайно захватывающей,”
Менон, исследователь
Сигналы SORDINO зависят от церебрального объема крови, кровотока и оксигенации тканей, в отличие от классического BOLD-сигнала, измеряющего разницу между оксигенированным и деоксигенированным гемоглобином. Способность улавливать тканевый кислород привлекает исследователей потенциалом более локализованной регистрации по сравнению с традиционными подходами.
Эксперты оценивают перспективы адаптации технологии
Рави Менон и Питер Бандеттини, занимающий пост руководителя секции методов функциональной визуализации и директора Центра функциональной магнитно-резонансной томографии Национального института психического здоровья США, который не участвовал в этом исследовании, обсуждают интерпретацию регистрируемых сигналов и возможное наличие растворенного в крови кислорода без связи с гемоглобином. Бандеттини обратил внимание на физиологические нюансы измерений.
“Было бы здорово, если бы мы смотрели только на растворенный в ткани кислород, но я думаю, что это выдавание желаемого за действительное,”
Питер Бандеттини, Национальный институт психического здоровья США
Бандеттини назвал представленную работу убедительной и открывающей новые пути для человеческой томографии, если метод удастся успешно адаптировать. Разработчики во главе с Ши планируют перенос технологии на людей, чтобы облегчить сканирование пациентов, чувствительных к шуму или испытывающих трудности с сохранением неподвижности, включая младенцев, людей с аутизмом, посттравматическим стрессовым расстройством и двигательными нарушениями.
“Это рождение нового подхода, поэтому людям придется поэкспериментировать с ним и посмотреть, работает ли он,”
Рави Менон
По теме
