Ringraziamo Hubertus Lohmann per condividere la sua esperienza nelle tecniche fTCD. Questo lavoro è stato finanziato dal Wellcome Trust programma non concede. 082498/Z/07/2.

1. Utilizzando fTCD per valutare Lateralizzazione del linguaggio nel bambino <ol><li> Ove possibile, abbiamo familiarizzare il bambino con immagini che mostrano personaggi dalle storie video in una sessione separata prima di introdurli al sistema Doppler. </li><li> E &#39;importante che la procedura prevede prove sufficienti per ottenere una misura affidabile: idealmente 20 o più, anche se abbiamo ottenuto dati utili con solo 10-15 prove. Ogni prova prevede un periodo di relax, da utilizzare come base, seguita da attivazione linguaggio. Velocità del flusso di sangue durante il periodo di attivazione è confrontata con la linea di base. Abbiamo scoperto che è possibile utilizzare il periodo mentre il bambino guarda passivamente una clip video di 12 secondi come punto di partenza. Questo aiuta a evitare la noia. La linea di base è seguita da un periodo di 10 seconda risposta in cui si chiede al bambino di descrivere ciò che è accaduto. Questo è seguito da un periodo di 16 secondo riposo. </li><li> I tempi della procedura è importante al fine di rilevare i cambiamenti nella velocità del flusso sanguigno a causa di esigenze metaboliche, che può durare fino a 7 secondi. Noi usiamo le attività informatizzate, scritto nella presentazione o Matlab, che controllano i tempi di ogni prova. Criticamente, questi programmi anche inviare impulsi per l&#39;hardware che registra un marker nel file Doppler dati per indicare inizio del periodo di attivazione. Questi sono utilizzati per l&#39;analisi di dati per determinare i periodi di riferimento e il flusso di sangue di attivazione. </li><li> Usiamo un multi-Dop sistema ad ultrasuoni che permette la registrazione dal lato destro e sinistro contemporaneamente. E &#39;meglio avere il Multi-dop sistema configurato e pronto per andare prima che il partecipante arriva. Assicurarsi che le sonde sono collegate al sistema Multi-dop prima di accendere. Controllare che il computer stimolo è collegato, tramite porta parallela, per il Multi-dop computer e gli impulsi da una si vedono dall&#39;altra. Assicurarsi che il filtro passa-alto è impostato a 300 Hz per entrambe le parti e controllare la profondità di insonazione (45-55 mm) e la potenza del segnale. Il sistema ha limiti sui parametri diversi per garantire solo i livelli di sicurezza può essere utilizzato. </li><li> Un codice partecipante deve essere registrato in Multi-dop file di dati al fine di condizione, il gruppo o dati demografici corrispondenti. </li><li> Il sistema dovrebbe poi essere messo in pausa durante la preparazione delle sonde. Ogni sonda ad ultrasuoni è coperta con il gel che fornisce un contatto tra la sonda e la pelle. Utilizzare una generosa quantità di gel per mantenere il miglior contatto possibile. </li><li> Ora è il momento di avviare la sessione. Controllare se il bambino ha bisogno di andare in bagno prima di iniziare! Dimostriamo l&#39;auricolare utilizzando animali giocattolo, e assicurarsi che il bambino capisca cosa sta per accadere e ciò che verrà chiesto di fare. E &#39;particolarmente importante che capiscano la necessità di tacere dopo il periodo di attivazione, in modo che il segnale può ritornano ai valori basali. I bambini devono essere seduti comodamente come un compito completo può durare tra i 20 ei 30 minuti e un sacco di movimenti del corpo lordo può interferire con il segnale Doppler. </li><li> La parte più difficile della procedura è il posizionamento del gel-coperti sonde. I nuovi utenti devono essere consapevoli che ci vuole pratica per diventare esperto in questa parte del processo. Vi è una simulazione al computer utile da Rune Aaslid che può aiutare con una formazione ( <a href="http://www.transcranial.com/">http://www.transcranial.com/</a> ), ma il modo migliore per imparare è attraverso la pratica su amici e colleghi. Una volta valutato circa 10 persone, si inizierà a trovare molto più facile. Una cosa buona di lavoro con i bambini è che di solito è più facile trovare un segnale da un bambino di un adulto, perché hanno crani più sottili. </li><li> Ogni sonda è posta alla finestra temporale del cranio su ogni lato della testa. Questa è la sezione più sottile di osso nella testa e offre la migliore area attraverso la quale un segnale può essere ottenuto dalle arterie cerebrale media. Queste finestre si possono trovare solo in avanti di ciascun orecchio. Quando si lavora con i bambini, può contribuire a ridurre il tempo di set-up se si hanno due sperimentatori, una regolazione di ogni sonda. La maggior parte dei bambini sono felici di vedere un DVD durante questa parte della procedura, ma è importante per monitorare il comportamento del bambino e assicurare che siano comodi e rilassati. Terminare la sessione se il bambino richiede questo o se c&#39;è qualche segno di disagio. </li><li> La posizione delle sonde viene quindi regolata in modo da insonate l&#39;arteria cerebrale media. Potrebbero essere necessari alcuni minuti prima che un segnale soddisfacente è stata trovata. Questo segnale ha un suono caratteristico e schema visivo che dovrebbe essere controllato dal Multi-dop computer. </li><li> Il suono caratteristico è un rumore sibilante basso del tasso del battito cardiaco del partecipante. Il modello caratteristica visiva è un forte aumento seguito da una caduta decadimento esponenziale off che si ripete anche al ritmo del battito cardiaco. Si può prendere l&#39;attività di altri vasi sanguigni, in base<html> la profondità di insonazione e la direzione della sonda. Una profondità di circa 45 a 50 mm di solito funziona bene nei bambini. Una volta che un segnale forte è stato trovato, ridurre il potere il più possibile, pur mantenendo un buon segnale. Il guadagno può essere aumentato anche per amplificare un segnale debole. </li><li> Una volta che i segnali per ogni arteria cerebrale media sono soddisfacenti, l&#39;uscita audio delle Multi-dop segnale deve essere rifiutato, e la procedura può iniziare. Lo sperimentatore spiega al bambino che stanno andando a guardare un video clip in silenzio. Quando vedono il punto interrogativo salire sul computer di cui hanno bisogno per raccontare lo sperimentatore quanto più possibile su ciò che è accaduto nel video. Quando vedono l&#39;immagine del ragazzo che &#39;shhh&#39; che devono smettere di parlare immediatamente e sedere in silenzio ad aspettare per il video accanto alla partenza (vedi figura 2 e. Esempi avi). </li><li> Dispositivi di registrazione sono poi ha iniziato, cioè un registratore vocale per le risposte uditive, insieme alla Multi-dop sistema di registrazione, e il computer di controllo di presentazione dello stimolo. </li><li> Il lavoro del ricercatore è quindi di monitorare il bambino e segnale Doppler a) assicurarsi che il bambino è comodo e partecipando al compito e b) garantire che un segnale adatto è mantenuta. Il segnale Doppler è molto meno sensibile al movimento di un segnale fMRI, ma può ancora essere interrotta da movimenti del corpo grave, o se la sonda si muove. Se il segnale diventa molto disturbato, il display del computer deve essere messo in pausa e le sonde ripristino in modo appropriato. A volte può essere necessario applicare più gel al fine di ottenere ristabilire un segnale soddisfacente. Troviamo che il test di bambini funziona meglio se uno sperimentatore la responsabilità di mantenere il bambino sul compito e la registrazione di quello che dicono, e altri monitor il segnale Doppler. </li><li> Quando la procedura sperimentale è terminata, il Multi-dop registrazione può essere fermato e le sonde rimosse. E &#39;utile avere a disposizione alcuni tessuti per rimuovere il gel in eccesso. </li><li> I file di dati grezzi vengono elaborati al fine di confrontare i segnali destro e sinistro Doppler. Abbiamo sviluppato il nostro software Matlab sulla base dei metodi sviluppati da Deppe 7. Questo trattamento comporta down-campionamento dei dati e la correzione per le fluttuazioni a causa di battito cardiaco. Prove singole sono esclusi dall&#39;analisi se l&#39;attivazione a sinistra oa destra è fuori di un intervallo specificato, comunemente 70-130% della velocità di flusso di sangue al basale. L&#39;attivazione di questi studi è che possono essere interessate dal contatto della sonda problematico. La figura 3 mostra relativa attivazione per sondare i segnali di un buon segnale, mentre la Figura 4, mostra un caso in cui il segnale viene periodicamente perso. </li><li> Rispetto alla velocità del flusso di sangue al basale, l&#39;attivazione del canale destro viene sottratto da sinistra al fine di calcolare la differenza di attivazione (vedi Figura 5). L&#39;indice di lateralizzazione è calcolato come la media delle differenze di attivazione per un secondo entrambi i lati della massima differenza all&#39;interno di un predefinito periodo di interesse. Questo periodo di interesse è da 7 a 17 secondi dopo l&#39;inizio del comando &#39;parlare&#39;, indicato dal marcatore inviato dal computer display Multi-dop file di dati. Come l&#39;attivazione differenza è il canale sinistro meno a destra, indici positivi lateralizzazione riflettere lateralizzazione sinistra e negativi riflettere destra. </li></ol> 2. Rappresentante Risultati <img src="/files/ftp_upload/2161/2161fig1.jpg" alt="Figura 1" /> Figura 1:. Superficie esterna dell&#39;emisfero cerebrale, che indichi le zone forniti da arterie cerebrali rosa è fornito da regione dell&#39;arteria cerebrale media. (Da: <a href="http://en.wikipedia.org/wiki/File:Gray517.png">http://en.wikipedia.org/wiki/File:Gray517.png</a> ) <img src="/files/ftp_upload/2161/2161fig2.jpg" alt="Figura 2" /> Figura 2:. Delineare schematica della prova sperimentale con 12 video di base secondo, intervallo di 10 seconda risposta, e 16 di fase secondo riposo Periodo di interesse per il calcolo lateralità è anche raffigurato. <img src="/files/ftp_upload/2161/2161fig3.jpg" alt="Figura 3" /> Figura 3. Pulire la registrazione dei dati grezzi di velocità Doppler (cm / sec) per la sinistra (blu) e destro (rosso) dei canali Doppler 130-150 secondi durante una singola sessione sperimentale. Visibili Ogni impulso corrisponde ad un battito cardiaco. Marker di eventi che indicano l&#39;insorgenza stimolo visualizzati in verde. <img src="/files/ftp_upload/2161/2161fig4.jpg" alt="Figura 4" /> Figura 4. Turbativa registrazione dei dati grezzi di velocità Doppler (cm / sec) per la sinistra (blu) e destro (rosso) dei canali Doppler 400-450 secondi durante una singola sessione sperimentale. Marcatore evento che indica l&#39;insorgenza stimolo visualizzati in verde. Prove significative di abbandono è visibile per entrambi i canali. ftp_upload/2161/2161fig5.jpg &quot;alt =&quot; Figura 5 &quot;/&gt; Figura 5. Sinistra (blu) e destro (rosso) canale (Pannello A) e meno differenza sinistra a destra (pannello B) Velocità Doppler (cm / sec), media in tutti gli studi accettabili per un gruppo di partecipanti. Partecipanti sono stati cued a &quot;&quot; a 12 secondi e il periodo di interesse per il calcolo lateralità è raffigurato anche in verde. Le barre di errore grigia che circonda la velocità differenza nel Pannello di B rappresentano l&#39;errore standard della media. Avi esempi: le sequenze video per raccontare la storia &quot;Freezefoot&quot; può essere scaricato da: <a href="http://psyweb.psy.ox.ac.uk/oscci/Miscellaneous.htm">http://psyweb.psy.ox.ac.uk/oscci/Miscellaneous.htm</a>

<ol>
	<li>Bishop, D. V. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Handedness and developmental disorder. , (1990).</li><li>Pelletier, I., Sauerwein, H., Lepore, F., Saint-Amour, D., Lassonde, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-invasive+alternatives+to+the+Wada+test+in+the+presurgical+evaluation+of+language+and+memory+functions+in+epilepsy+patients.">Non-invasive alternatives to the Wada test in the presurgical evaluation of language and memory functions in epilepsy patients.</a> Epileptic Disorders. 9, 111-126 (2007).</li><li>Deppe, M., Ringelstein, E. B., Knecht, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+investigation+of+functional+brain+lateralization+by+transcranial+Doppler+sonography.">The investigation of functional brain lateralization by transcranial Doppler sonography.</a> NeuroImage. 21, 1124-1146 (2004).</li><li>Knecht, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Noninvasive+determination+of+language+lateralization+by+functional+transcranial+Doppler+sonography+:+A+comparison+with+the+Wada+test.">Noninvasive determination of language lateralization by functional transcranial Doppler sonography : A comparison with the Wada test.</a> Stroke. 29, 82-86 (1998).</li><li>Lohmann, H., Drager, B., Muller-Ehrenberg, S., Deppe, M., Knecht, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Language+lateralization+in+young+children+assessed+by+functional+transcranial+Doppler+sonography.">Language lateralization in young children assessed by functional transcranial Doppler sonography.</a> Neuroimage. 24, 780-790 (2005).</li><li>Bishop, D. V. M., Watt, H., Papadatou-Pastou, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+efficient+and+reliable+method+for+measuring+cerebral+lateralization+during+speech+with+functional+transcranial+Doppler+ultrasound.">An efficient and reliable method for measuring cerebral lateralization during speech with functional transcranial Doppler ultrasound.</a> Neuropsychologia. 47, 587-590 (2009).</li><li>Deppe, M., Knecht, S., Henningsen, H., Ringelstein, E. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=AVERAGE:+a+Windows+program+for+automated+analysis+of+event+related+cerebral+blood+flow.">AVERAGE: a Windows program for automated analysis of event related cerebral blood flow.</a> Journal of Neuroscience Methods. 75, 147-154 (1997).</li><li>Whitehouse, A. J. O., Bishop, D. V. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cerebral+dominance+for+language+function+in+adults+with+specific+language+impairment+or+autism.">Cerebral dominance for language function in adults with specific language impairment or autism.</a> Brain. 131, 3193-3200 (2008).</li><li>Illingworth, S., Bishop, D. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Atypical+cerebral+lateralisation+in+adults+with+compensated+developmental+dyslexia+demonstrated+using+functional+transcranial+Doppler+ultrasound.">Atypical cerebral lateralisation in adults with compensated developmental dyslexia demonstrated using functional transcranial Doppler ultrasound.</a> Brain and Language. 111, 61-65 (2009).</li><li>Whitehouse, A. J. O., Bishop, D. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hemispheric+division+of+function+is+the+result+of+independent+probabilistic+biases.">Hemispheric division of function is the result of independent probabilistic biases.</a> Neuropsychologia. 47, 1938-1943 (2009).</li><li>Whitehouse, A. J. O., Badcock, N., Groen, M. A., Bishop, D. V. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reliability+of+a+novel+paradigm+for+determining+hemispheric+lateralization+of+visuospatial+function.">Reliability of a novel paradigm for determining hemispheric lateralization of visuospatial function.</a> Journal of the International Neuropsychological Society. 15, 1028-1032 (2009).</li></ol>

Nessun conflitto di interessi dichiarati.

Così come dello studio dello sviluppo normale, abbiamo usato per studiare fTCD lateralizzazione linguaggio negli adulti e nei bambini con disturbi dello sviluppo del linguaggio e alfabetizzazione 8, 9. Siamo inoltre interessati a sviluppare metodi di utilizzo fTCD per la valutazione della lateralizzazione delle abilità visuo-spaziali 10, 11.

A correction was made to <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/video/2161">Assessment of Cerebral Lateralization in Children using Functional Transcranial Doppler Ultrasound (fTCD)</a>. There was a misstated time interval for the point of interest.

Erratum: Assessment of Cerebral Lateralization in Children using Functional Transcranial Doppler Ultrasound (fTCD)

<!DOCTYPE html PUBLIC "-//W3C//DTD XHTML 1.0 Transitional//EN" "http://www.w3.org/TR/xhtml1/DTD/xhtml1-transitional.dtd">
<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml" xml:lang="en" lang="en">	
		
		<div>
		<table border="1">
		<thead>
		<tr>
		<th>Material Name</th>
		<th>Type</th>
		<th>Company</th>
		<th>Catalogue Number</th>
		<th>Comment</th>
		</tr>
		</thead>
		<tbody>
		
<tr>
<td>Multi-Dop T with Upgrade to 2 Channel MultiFlow Monitoring</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Compumedics</td>
<td>5610 EN</td>
<td>soon to be superseded by digital version </td>
</tr>
<tr>
<td>Headset</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>Spencer Technologies, 701&#x2013;16th Avenue, Seattle,WA 98122</td>
<td>&nbsp;</td>
<td>&nbsp;</td>		</tbody>
		</table>
		</div>

assessment of cerebral lateralization in children using functional transcranial doppler ultrasound (ftcd)

Ci sono molte domande senza risposta sulla lateralizzazione cerebrale. In particolare, non è chiaro quali aspetti del linguaggio e la capacità non verbali sono lateralizzato, se ci sono degli svantaggi associati a modelli atipici di lateralizzazione cerebrale, e se lateralizzazione cerebrale si sviluppa con l&#39;età. In passato, i ricercatori interessati a queste domande tendevano a usare prepotenza come misura proxy per lateralizzazione cerebrale, ma questo è insoddisfacente perché prepotenza è solo un indicatore debole e indiretto di lateralità delle funzioni cognitive 1. Altri metodi, come la fMRI, sono costosi per studi su larga scala, e non sempre fattibile con i bambini 2. Qui descriveremo l&#39;uso di ultrasuoni Doppler transcranico funzionale (fTCD) come un costo-efficace, metodo non invasivo e affidabile per la valutazione della lateralizzazione cerebrale. La procedura consiste nella misurazione del flusso sanguigno nell&#39;arteria cerebrale media attraverso una sonda ecografica posta proprio di fronte l&#39;orecchio. Il nostro lavoro si basa sul lavoro da Rune Aaslid, che ha co-TCD introdotto nel 1982, e Stefan Knecht, Michael Deppe ei loro colleghi presso l&#39;Università di Münster, che ha aperto la strada all&#39;uso di misure simultanee di sinistra e di centro-destra flusso ematico cerebrale arteria, e messo a punto un metodo di correzione per l&#39;attività del battito cardiaco. Questo ha permesso di vedere un netto aumento del lato sinistro del flusso sanguigno durante la generazione di lingua, d&#39;accordo con lateralizzazione bene con quelle ottenute con altri metodi 3. L&#39;arteria cerebrale media ha un territorio molto ampio vascolare (vedi Figura 1) e il metodo non fornisce informazioni utili sulla localizzazione all&#39;interno di una semisfera. La nostra esperienza suggerisce che è particolarmente sensibile alle attività che comprendono la produzione, linguaggio esplicito o implicito. Il compito del &#39;gold standard&#39; è un compito generazione di parola (ad esempio, pensare a quante più parole possibile che iniziano con &#39;B&#39; la lettera) 4, ma questo non è adatto per bambini piccoli e gli altri con limitata alfabetizzazione. Rispetto ad altri metodi di brain imaging, fTCD è relativamente inalterata artefatti da movimento di parlare, e quindi siamo in grado di ottenere un risultato affidabile da attività che coinvolgono le immagini descrivendo a voce alta 5,6. Di conseguenza, abbiamo sviluppato una misura di bambino compito che coinvolge guardando video-clip che raccontano una storia, e poi descrivere quello che è stato visto.

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Assessment of Cerebral Lateralization in Children using Functional Transcranial Doppler Ultrasound fTCD

Funzionale Doppler transcranico (fTCD) è una tecnica ad ultrasuoni semplice e non invasivo che può essere utilizzato per valutare la lateralizzazione delle funzioni cognitive, soprattutto la lingua, ed è adatto per l&#39;uso con i bambini.

Valutazione della lateralizzazione cerebrale nei bambini utilizzando funzionale ad ultrasuoni Doppler transcranico (fTCD)

There are many unanswered questions about cerebral lateralization.  In particular, it remains unclear which aspects of language and nonverbal ability are ...

assessment-cerebral-lateralization-children-using-functional

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Assessment of Cerebral Lateralization in Children using Functional Transcranial Doppler Ultrasound (fTCD)

20.1K Views.  University of Oxford. Funzionale Doppler transcranico (fTCD) è una tecnica ad ultrasuoni semplice e non invasivo che può essere utilizzato per valutare la lateralizzazione delle funzioni cognitive, soprattutto la lingua, ed è adatto per l'uso con i bambini.

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Functional Neuroimaging Using Ultrasonic Blood-brain Barrier Disruption and Manganese-enhanced MRI

Although mice are the dominant model system for studying the genetic and molecular underpinnings of neuroscience, functional neuroimaging in mice remains technically challenging. One approach, Activation-Induced Manganese-enhanced MRI (AIM MRI), has been used successfully to map neuronal activity in rodents 1-5. In AIM MRI, Mn2+ acts a calcium analog and accumulates in depolarized neurons 6,7. Because Mn2+ shortens the T1 tissue property, regions of elevated neuronal activity will enhance in MRI. Furthermore, Mn2+ clears slowly from the activated regions; therefore, stimulation can be performed outside the magnet prior to imaging, enabling greater experimental flexibility. However, because Mn2+ does not readily cross the blood-brain barrier (BBB), the need to open the BBB has limited the use of AIM MRI, especially in mice.
One tool for opening the BBB is ultrasound. Though potentially damaging, if ultrasound is administered in combination with gas-filled microbubbles (i.e., ultrasound contrast agents), the acoustic pressure required for BBB opening is considerably lower. This combination of ultrasound and microbubbles can be used to reliably open the BBB without causing tissue damage 8-11.
Here, a method is presented for performing AIM MRI by using microbubbles and ultrasound to open the BBB. After an intravenous injection of perflutren microbubbles, an unfocused pulsed ultrasound beam is applied to the shaved mouse head for 3 minutes. For simplicity, we refer to this technique of BBB Opening with Microbubbles and UltraSound as BOMUS 12. Using BOMUS to open the BBB throughout both cerebral hemispheres, manganese is administered to the whole mouse brain. After experimental stimulation of the lightly sedated mice, AIM MRI is used to map the neuronal response.
To demonstrate this approach, herein BOMUS and AIM MRI are used to map unilateral mechanical stimulation of the vibrissae in lightly sedated mice 13. Because BOMUS can open the BBB throughout both hemispheres, the unstimulated side of the brain is used to control for nonspecific background stimulation. The resultant 3D activation map agrees well with published representations of the vibrissae regions of the barrel field cortex 14. The ultrasonic opening of the BBB is fast, noninvasive, and reversible; and thus this approach is suitable for high-throughput and/or longitudinal studies in awake mice.

A technique is described for broadly opening the blood-brain barrier in the mouse using microbubbles and ultrasound. Using this technique, manganese can be administered to the mouse brain. Because manganese is an MRI contrast agent that accumulates in depolarized neurons, this approach enables imaging of neuronal activity.

Neuroimaging funzionale con l&#39;impiego dell&#39;ecografia emato-encefalica e la barriera di Turbativa del Manganese-enhanced MRI

Although mice are the dominant model system for studying the genetic and molecular underpinnings of neuroscience, functional neuroimaging in mice remains ...

Ricerca

Neuroscienze

Dual Electrophysiological Recordings of Synaptically-evoked Astroglial and Neuronal Responses in Acute Hippocampal Slices

Astrocytes form together with neurons tripartite synapses, where they integrate and modulate neuronal activity. Indeed, astrocytes sense neuronal inputs through activation of their ion channels and neurotransmitter receptors, and process information in part through activity-dependent release of gliotransmitters. Furthermore, astrocytes constitute the main uptake system for glutamate, contribute to potassium spatial buffering, as well as to GABA clearance. These cells therefore constantly monitor synaptic activity, and are thereby sensitive indicators for alterations in synaptically-released glutamate, GABA and extracellular potassium levels. Additionally, alterations in astroglial uptake activity or buffering capacity can have severe effects on neuronal functions, and might be overlooked when characterizing physiopathological situations or knockout mice. Dual recording of neuronal and astroglial activities is therefore an important method to study alterations in synaptic strength associated to concomitant changes in astroglial uptake and buffering capacities. Here we describe how to prepare hippocampal slices, how to identify stratum radiatum astrocytes, and how to record simultaneously neuronal and astroglial electrophysiological responses. Furthermore, we describe how to isolate pharmacologically the synaptically-evoked astroglial currents.

The preparation of acute brain slices from isolated hippocampi, as well as the simultaneous electrophysiological recordings of astrocytes and neurons in stratum radiatum during stimulation of schaffer collaterals is described. The pharmacological isolation of astroglial potassium and glutamate transporter currents is demonstrated.

Due registrazioni elettrofisiologiche di sinapticamente-evocati Risposte astrogliale e neuronale in acute fettine di ippocampo

Astrocytes form together with neurons tripartite synapses, where they integrate and modulate neuronal activity. Indeed, astrocytes sense neuronal inputs ...

Functional Imaging of Auditory Cortex in Adult Cats using High-field fMRI

Current knowledge of sensory processing in the mammalian auditory system is mainly derived from electrophysiological studies in a variety of animal models, including monkeys, ferrets, bats, rodents, and cats. In order to draw suitable parallels between human and animal models of auditory function, it is important to establish a bridge between human functional imaging studies and animal electrophysiological studies. Functional magnetic resonance imaging (fMRI) is an established, minimally invasive method of measuring broad patterns of hemodynamic activity across different regions of the cerebral cortex. This technique is widely used to probe sensory function in the human brain, is a useful tool in linking studies of auditory processing in both humans and animals and has been successfully used to investigate auditory function in monkeys and rodents. The following protocol describes an experimental procedure for investigating auditory function in anesthetized adult cats by measuring stimulus-evoked hemodynamic changes in auditory cortex using fMRI. This method facilitates comparison of the hemodynamic responses across different models of auditory function thus leading to a better understanding of species-independent features of the mammalian auditory cortex.

Functional studies of the auditory system in mammals have traditionally been conducted using spatially-focused techniques such as electrophysiological recordings. The following protocol describes a method of visualizing large-scale patterns of evoked hemodynamic activity in the cat auditory cortex using functional magnetic resonance imaging.

Imaging funzionale di Auditory Cortex in gatti adulti utilizzando ad alto campo fMRI

Current knowledge of sensory processing in the mammalian auditory system is mainly derived from electrophysiological studies in a variety of animal ...

Studying Brain Function in Children Using Magnetoencephalography

Magnetoencephalography (MEG) is a non-invasive neuroimaging technique which directly measures magnetic fields produced by the electrical activity of the human brain. MEG is quiet and less likely to induce claustrophobia compared with magnetic resonance imaging (MRI). It is therefore a promising tool for investigating brain function in young children. However, analysis of MEG data from pediatric populations is often complicated by head movement artefacts which arise as a consequence of the requirement for a spatially-fixed sensor array that is not affixed to the child's head. Minimizing head movements during MEG sessions can be particularly challenging as young children are often unable to remain still during experimental tasks. The protocol presented here aims to reduce head movement artefacts during pediatric MEG scanning. Prior to visiting the MEG laboratory, families are provided with resources that explain the MEG system and the experimental procedures in simple, accessible language. An MEG familiarization session is conducted during which children are acquainted with both the researchers and the MEG procedures. They are then trained to keep their head still whilst lying inside an MEG simulator. To help children feel at ease in the novel MEG environment, all of the procedures are explained through the narrative of a space mission. To minimize head movement due to restlessness, children are trained and assessed using fun and engaging experimental paradigms. In addition, children's residual head movement artefacts are compensated for during the data acquisition session using a real-time head movement tracking system. Implementing these child-friendly procedures is important for improving data quality, minimizing participant attrition rates in longitudinal studies, and ensuring that families have a positive research experience.

This article introduces a child-friendly research protocol designed to improve data quality by reducing head movement during pediatric magnetoencephalography (MEG). We familiarize families with the MEG environment, train children to remain still using an MEG simulator, and correct for residual head movement artefacts using a real-time head movement detection system.

Studiare la funzione del cervello in bambini che usando magnetoencefalografia

Magnetoencephalography (MEG) is a non-invasive neuroimaging technique which directly measures magnetic fields produced by the electrical activity of the ...

Bilateral Assessment of the Corticospinal Pathways of the Ankle Muscles Using Navigated Transcranial Magnetic Stimulation

Distal leg muscles receive neural input from motor cortical areas via the corticospinal tract, which is one of the main motor descending pathway in humans and can be assessed using transcranial magnetic stimulation (TMS). Given the role of distal leg muscles in upright postural and dynamic tasks, such as walking, a growing research interest in the assessment and modulation of the corticospinal tracts relative to the function of these muscles has emerged in the last decade. However, methodological parameters used in previous work have varied across studies making the interpretation of results from cross-sectional and longitudinal studies less robust. Therefore, use of a standardized TMS protocol specific to the assessment of leg muscles&#39; corticomotor response (CMR) will allow for direct comparison of results across studies and cohorts. The objective of this paper is to present a protocol that provides the flexibility to simultaneously assess the bilateral CMR of two main ankle antagonistic muscles, the tibialis anterior and soleus, using single pulse TMS with a neuronavigation system. The present protocol is applicable while the examined muscle is either fully relaxed or isometrically contracted at a defined percentage of maximum isometric voluntary contraction. Using each subject&#39;s structural MRI with the neuronavigation system ensures accurate and precise positioning of the coil over the leg cortical representations during assessment. Given the inconsistency in CMR derived measures, this protocol also describes a standardized calculation of these measures using automated algorithms. Though this protocol is not conducted during upright postural or dynamic tasks, it&#160;can be used to assess bilaterally any pair of leg muscles, either antagonistic or synergistic, in both neurologically intact and impaired subjects.

The present protocol describes the simultaneous, bilateral assessment of the corticomotor response of the tibialis anterior and soleus during rest and tonic voluntary activation using a single pulse transcranial magnetic stimulation and neuronavigation system.

Valutazione bilaterale delle vie Corticospinal dei muscoli della caviglia utilizzando navigato la stimolazione magnetica transcranica

Distal leg muscles receive neural input from motor cortical areas via the corticospinal tract, which is one of the main motor descending pathway in humans ...

Stimulation Location Determination using a 3D Digitizer with High-Definition Transcranial Direct Current Stimulation

The abundance of neuroimaging data and rapid development of machine learning has made it possible to investigate brain activation patterns. However, causal evidence of brain area activation leading to a behavior is often left missing. Transcranial direct current stimulation (tDCS), which can temporarily alter brain cortical excitability and activity, is a noninvasive neurophysiological tool used to study causal relationships in the human brain. High-definition transcranial direct current stimulation (HD-tDCS) is a noninvasive brain stimulation (NIBS) technique that produces a more focal current compared to conventional tDCS. Traditionally, the stimulation location has been roughly determined through the 10-20 EEG system, because determining precise stimulation points can be difficult. This protocol uses a 3D digitizer with HD-tDCS to increase accuracy in determination of stimulation points. The method is demonstrated using a 3D digitizer for more accurate localization of stimulation points in the right temporo-parietal junction (rTPJ).

Presented here is a protocol to achieve higher accuracy in determination of stimulation location combining a 3D digitizer with high-definition transcranial direct current stimulation.

Stimolazione della posizione Determinazione utilizzando un digitalizzatore 3D con stimolazione a corrente diretta transcranica ad alta definizione

The abundance of neuroimaging data and rapid development of machine learning has made it possible to investigate brain activation patterns. However, ...

Electrocorticographic Recording of Cerebral Cortex Areas Manipulated Using an Adeno-Associated Virus Targeting Cofilin in Mice

The use of electrocorticographic (ECoG) recordings in rodents is relevant to sleep research and to the study of a wide range of neurological conditions. Adeno-associated viruses (AAVs) are increasingly used to improve understanding of brain circuits and their functions. The AAV-mediated manipulation of specific cell populations and/or of precise molecular components has been tremendously useful to identify new sleep regulatory circuits/molecules and key proteins contributing to the adverse effects of sleep loss. For instance, inhibiting activity of the filamentous actin-severing protein&#160;cofilin&#160;using AAV prevents sleep deprivation-induced memory impairment. Here, a protocol is&#160;described that combines the manipulation of cofilin function in a cerebral cortex area with the recording of ECoG activity to examine whether cortical cofilin modulates the wakefulness and sleep ECoG signals. AAV injection is performed during the same surgical procedure as the implantation of ECoG and electromyographic (EMG) electrodes in adult male and female mice. Mice are anesthetized, and their heads are shaved. After skin cleaning and incision, stereotaxic coordinates of the motor cortex are determined, and the skull is pierced at this location. A cannula prefilled with an AAV expressing cofilinS3D, an inactive form of cofilin, is slowly positioned in the cortical tissue. After AAV infusion, gold-covered screws (ECoG electrodes) are screwed through the skull and cemented to the skull with gold wires inserted in the neck muscles (EMG electrodes). The animals are allowed three weeks to recover and to ensure sufficient expression of cofilinS3D. The infected area and cell type are verified using immunohistochemistry, and the ECoG is analyzed using visual identification of vigilance states and spectral analysis. In summary, this combined methodological approach allows the investigation of the precise contribution of molecular components regulating neuronal morphology and connectivity to the regulation of synchronized cerebral cortex activity during wakefulness and sleep.

This article describes a protocol for the manipulation of molecular targets in the cerebral cortex using adeno-associated viruses and for monitoring the effects of this manipulation during wakefulness and sleep using electrocorticographic recordings.

Registrazione elettrocorticografica delle aree della corteccia cerebrale manipolate utilizzando un virus adeno-associato che prende di mira Cofilin nei topi

The use of electrocorticographic (ECoG) recordings in rodents is relevant to sleep research and to the study of a wide range of neurological conditions. ...

Analysis of Cerebral Vasospasm in a Murine Model of Subarachnoid Hemorrhage with High Frequency Transcranial Duplex Ultrasound

Cerebral vasospasm that occurs in the weeks after subarachnoid hemorrhage, a type of hemorrhagic stroke, contributes to delayed cerebral ischemia. A problem encountered in experimental studies using murine models of SAH is that methods for in vivo monitoring of cerebral vasospasm in mice are lacking. Here, we demonstrate the application of high frequency ultrasound to perform transcranial Duplex sonography examinations on mice. Using the method, the internal carotid arteries (ICA) could be identified. The blood flow velocities in the intracranial ICAs were accelerated significantly after induction of SAH, while blood flow velocities in the extracranial ICAs remained low, indicating cerebral vasospasm. In conclusion, the method demonstrated here allows functional, noninvasive in vivo monitoring of cerebral vasospasm in a murine SAH model.

The aim of this manuscript is to present a sonography-based method that allows in vivo imaging of blood flow in cerebral arteries in mice. We demonstrate its application to determine changes in blood flow velocities associated with vasospasm in murine models of subarachnoid hemorrhage (SAH).

Analisi del vasospasmo cerebrale in un modello murino di emorragia subaracnoidea con ultrasuoni duplex transcranici ad alta frequenza

Cerebral vasospasm that occurs in the weeks after subarachnoid hemorrhage, a type of hemorrhagic stroke, contributes to delayed cerebral ischemia. A ...

Whole-Brain 3D Activation and Functional Connectivity Mapping in Mice using Transcranial Functional Ultrasound Imaging

Functional ultrasound (fUS) imaging is a novel brain imaging modality that relies on the high-sensitivity measure of the cerebral blood volume achieved by ultrafast doppler angiography. As brain perfusion is strongly linked to local neuronal activity, this technique allows the whole-brain 3D mapping of task-induced regional activation as well as resting-state functional connectivity, non-invasively, with unmatched spatio-temporal resolution and operational simplicity. In comparison with fMRI (functional magnetic resonance imaging), a main advantage of fUS imaging consists in enabling a complete compatibility with awake and behaving animal experiments. Moreover, fMRI brain mapping in mice, the most used preclinical model in Neuroscience, remains technically challenging due to the small size of the brain and the difficulty to maintain stable physiological conditions. Here we present a simple, reliable and robust protocol for whole-brain fUS imaging in anesthetized and awake mice using an off-the-shelf commercial fUS system with a motorized linear transducer, yielding significant cortical activation following sensory stimulation as well as reproducible 3D functional connectivity pattern for network identification.

This protocol describes the quantification of volumetric cerebral hemodynamic variations in the mouse brain using functional ultrasound (fUS). Procedures for 3D functional activation map following sensory stimulation as well as resting-state functional connectivity are provided as illustrative examples, in anesthetized and awake mice.

Attivazione 3D dell'intero cervello e mappatura della connettività funzionale nei topi utilizzando l'imaging ecografico funzionale transcraniale

Functional ultrasound (fUS) imaging is a novel brain imaging modality that relies on the high-sensitivity measure of the cerebral blood volume achieved by ...

Stabilire un modello di topi transcranici per l'occlusione dell'arteria cerebrale media

A Modified Transcranial Middle Cerebral Artery Occlusion Model to Study Stroke Outcomes in Aged Mice

In experimental stroke research, middle cerebral artery occlusion (MCAO) with an intraluminal filament is widely used to model ischemic stroke in mice. The filament MCAO model typically exhibits a massive cerebral infarction in C57Bl/6 mice that sometimes includes brain tissue in the territory supplied by the posterior cerebral artery, which is largely due to a high incidence of posterior communicating artery atresia. This phenomenon is considered a major contributor to the high mortality rate observed in C57Bl/6 mice during long-term stroke recovery after filament MCAO. Thus, many chronic stroke studies exploit distal MCAO models. However, these models usually produce infarction only in the cortex area, and consequently, the assessment of post-stroke neurologic deficits could be a challenge. This study has established a modified transcranial MCAO model in which the MCA at the trunk is partially occluded either permanently or transiently via a small cranial window. Since the occlusion location is relatively proximal to the origin of the MCA, this model generates brain damage in both the cortex and striatum. Extensive characterization of this model has demonstrated an excellent long-term survival rate, even in aged mice, as well as readily detectable neurologic deficits. Therefore, the MCAO mouse model described here represents a valuable tool for experimental stroke research.

Autore in primo piano: Tecniche innovative e direzioni future nella ricerca sull'ictus 

This protocol demonstrates a unique mouse stroke model with a medium-sized infarct and an excellent survival rate. This model allows preclinical stroke researchers to extend the ischemia duration, use aged mice, and assess long-term functional outcomes.

Un modello modificato di occlusione dell'arteria cerebrale media transcranica per studiare gli esiti dell'ictus nei topi anziani

In experimental stroke research, middle cerebral artery occlusion (MCAO) with an intraluminal filament is widely used to model ischemic stroke in mice. ...