脳神経賦活マンガン造影法による脳機能モジュールの三次元磁気共鳴画像解析

利用脑神经激活管理扫描对脑功能模块进行三维磁共振图像分析

基本信息

批准号：
14770726
负责人：
青木伊知男
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Meiji College of Oriental Medicine
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2003
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14770726/
关键词：
脳機能神経賦活マンガン核磁気共鳴法 MRI MEMRI 機能モジュールラット

项目摘要

本研究の目的は、「脳神経賦活マンガン増強磁気共鳴画像法(AIM MRI)」および「マンガン造影経路トレース法」を改良・最適化し、体性感覚刺激によって賦活されたラットの第一次体性感覚野のカラム構造を画像化すると共に、経路情報を含めた3次元画像解析により、脳機能モジュールの研究に新しい方法論を提供することにある。本年度は以下のような形でAIM MRIの問題点を解決、改良を行った。1)脳血液関門を開いた後に生じる脳浮腫を防止するために、脳圧のコントロールを手法として取り入れた。2)体性感覚刺激実験を行うために必要な麻酔深度に関して、ハロセン、イソフルレン、プロポフォールなど各種麻酔薬を用いた実験を行った。3)脳血液関門を開く際に使用するMannitolの再結晶化を防止する手法を確立した。その結果、手掌および単一whiskerでの刺激によるAIM脳機能画像の取得に成功、両者の局在の差を空間的に示した。さらに、Mannitol再結晶化防止に関連する技術から、本法が超急性期の脳虚血に対して適用可能であることを発見、AIM MRIの脳虚血モデルヘの適用を初めて報告した。虚血領域の中心にあるischemic coreと呼ばれる領域では、虚血性の脱分極が生じ、グルタミン酸などの神経伝達物質が過剰放出されることで、連鎖的に脱分極を繰り返す現象が生じる。この新しい手法では、マンガンイオンがカルシウムチャネルを通過して細胞内に蓄積することにより画像上の信号増強として検出される。一方、「マンガン造影経路トレース法」に関しては、1)高濃度のマンガン造影剤を使用した際に生じる局所浮腫の防止のため、浸透圧ポンプおよび水溶性高分子徐放剤を使用し解決し、2)脳内投与法の予備実験を行い、局所濃度と神経障害に関して検証し、3)高分解能三次元画像のための撮像シーケンスの最適化を行った。撮像法に関しては、国内の磁気共鳴画像装置において、1)外来ノイズ除去のためのシールド作成、2)高感度とRF均一性を兼ね備えたコイルの製作、3)傾斜磁場安定性の改良を行った。また海外の共同研究機関(米国国立衛生研究所・国立神経疾患梗塞研究所;NINDS, NIH)において、11.7テスラ超高磁場装置でも同様の実験を行い、3次元撮像で75ミクロン以下の分解能を達成した。その結果、鼻粘膜に投与されたマンガントレーサーが、嗅神経を介して嗅球に達する様子を動的に撮像した、嗅糸球体など神経の連繋に関わる興味深い画像を得た。

本研究的目的是改进和优化“脑神经激活锰增强磁共振成像（AIM MRI）”和“锰增强对比路径追踪法”，以改善体感激活大鼠的初级体感感觉我们的目标是通过对皮层的柱状结构进行成像并分析包含路径信息的三维图像，为大脑功能模块的研究提供一种新的方法。今年，我们解决了AIM MRI的问题，并从以下几个方面进行了改进。 1）为了防止血脑屏障打开后出现脑水肿，我们采用了控制脑压的方法。 2）关于体感刺激实验所需的麻醉深度，我们使用氟烷、异氟烷、异丙酚等多种麻醉剂进行了实验。 3）我们建立了一种防止甘露醇重结晶的方法，该方法用于打开血脑屏障。结果，我们成功地利用手掌和一根胡须的刺激获取了 AIM 大脑功能图像，并在空间上展示了两者之间的定位差异。此外，我们发现该方法可以利用与防止甘露醇再结晶相关的技术应用于超急性期脑缺血，并首次报道了AIM MRI在脑缺血模型中的应用。缺血去极化发生在缺血区域中心的称为缺血核心的区域，谷氨酸等神经递质过度释放，导致反复去极化的连锁反应。在这种新方法中，锰离子穿过钙通道并在细胞内积聚，这被检测为图像上的信号增强。另一方面，关于“锰造影路径追踪法”，1）使用渗透泵和水溶性高分子缓释剂，防止使用高浓度锰造影剂时出现的局部水肿；2）初步；进行脑内给药实验以验证局部浓度和神经损伤，3）针对高分辨率三维图像优化成像序列。关于成像方法，我们通过以下方式改进了日本的磁共振成像系统：1）创建屏蔽以消除外部噪声，2）创建结合高灵敏度和射频均匀性的线圈，以及3）提高梯度磁场的稳定性。此外，在海外联合研究所（美国国立卫生研究院/国立神经疾病和梗塞研究所；NINDS、NIH）使用11.7特斯拉超高磁场装置进行了类似的实验，分辨率达到了75微米或3D 成像方面则较少。结果，我们获得了将锰示踪剂注射到鼻粘膜，通过嗅神经到达嗅球的动态图像，这是一个与嗅肾小球等神经之间的连接有关的有趣图像。