大鼠静息态功能磁共振成像数据的采集

静息态功能磁共振成像（resting-state functional magnetic resonance imaging，简称 resting-state fMRI）已成为研究大脑在静息无任务状态下功能活动的一种日益流行的方法。技术的进步使得静息态 fMRI 可应用于啮齿类动物模型，有助于揭示疾病状态下的潜在机制。本文所述方案结合使用低剂量异氟烷与低剂量右美托咪定，可在保持脑网络功能完整性的同时，实现高质量数据的采集。

该方法还可实现长达五小时的自主呼吸和接近正常的生理状态。在本视频中，我们将介绍大鼠麻醉期间四个不同阶段的生理监测，包括动物诱导与准备、动物安置、解剖扫描采集以及静息态扫描采集，随后进行数据质量评估。使用一套可输送吸入性麻醉剂并从所有需要区域清除废气的系统，以含30%氧气的空气中加入2.5%异氟烷诱导麻醉。

动物麻醉后，将其从麻醉舱中取出，称重，并置于准备区域加热垫上的鼻罩中，持续给予 2.5% 异氟烷。在每只眼睛上涂抹眼用润滑软膏，以防角膜干燥。通过夹捏脚趾无反应来确认麻醉深度。使用电推剪剃除动物背部尾部正上方腰椎下段约两英寸见方的毛发区域。

使用25号针头，向腹部右下象限进行腹腔注射，给予右美托咪定溶液0.015毫克/千克。将异氟烷气流从准备区域切换至动物固定架。将动物移入动物固定架中。

将大鼠的门齿牢固地固定在咬杆上方并嵌入其中。将鼻罩推至鼻部，确保紧密贴合。如果鼻罩无法覆盖下颌，可使用帕拉膜（Parafilm）轻轻固定下颌闭合，同时密封鼻罩周围。

将呼吸垫置于动物肋骨下方的腹部，并调整其位置，直至呼吸波形在每次呼吸时均显示出位于中心的深波谷。当呼吸频率低于每分钟40次时，进入麻醉的下一阶段。将耳杆插入耳道，以固定大鼠在动物固定架中的头部。

就位后，向前拉动咬口杆，并确认头部没有移动。根据需要调整鼻罩和Parafilm。将温度探头插入预先润滑的一次性探头套中。

将温度探头轻轻插入直肠约 1/2 英寸，并使用医用胶带将其固定在尾根部。将脉搏血氧仪探头夹在后肢足跖部，确保光源位于足底。探头夹的旋转可能影响信号，因此制作一个固定装置以保持足爪和探头处于直立状态，可提高信号稳定性。

计算右美托咪定的输注速率为每小时每公斤体重0.015毫克。将输液泵设置为计算出的输注速率，并灌注输液管路。使用酒精棉片清洁已剃毛的区域，以去除任何散落的毛发。

在尾部基部上方约两指宽处捏起皮肤。将输液管针头的三分之一插入 tented 皮肤中。用一段三英寸长的宽幅医用胶带将针头固定在皮肤上。

将第二条宽的医用胶带横向覆盖在大鼠身上的第一层胶带上，并粘贴到动物固定架的两侧。必须确保铁磁性针头牢固固定，以防止扫描过程中发生移动。开始皮下输注右美托咪定。

在大鼠鼻梁上放置一块纱布，以形成一个平整的表面用于放置线圈。使用不会干扰 MRI 信号的纸胶带将线圈固定在大鼠头部，并使其对准脑部中心。将纸巾覆盖在动物身上，并用实验室胶带将其固定在动物托架上。

若使用空气加热系统，需用塑料膜将整个托架完全包裹，以保持暖空气。将动物移入磁体孔内并调节磁场。将异氟烷浓度降至1.5%，使呼吸频率稳定增加至每分钟约45至50次。

在整个解剖扫描过程中保持此位置。使用 FLASH 定位扫描确保大脑与磁体等中心对齐。如有必要，重新调整动物位置并重复操作。

运行高分辨率RARE局部扫描，并使用该扫描结果对齐15个矢状面切片，切片中心覆盖全脑。利用中间矢状切片，将中心轴向切片对准前连合交叉处（表现为一个暗点）。记录切片偏移量，供后续静息态扫描使用。

使用 FLASH 和 RARE 轴向序列各采集 23 个切片，以辅助在扫描后分析期间将图像配准至公共空间。使用 PRESS 序列对全脑进行匀场。完成解剖成像后，将异氟烷浓度降低至 0.5% 至 0.75%，并调整至动物呼吸频率为每分钟 60 至 65 次。

在开始静息态扫描前，需在此状态下保持至少10分钟，以确保生理状态稳定。当生理状态稳定后，使用与解剖学轴向序列相同的切片偏移，采集15层EPI扫描图像。每次静息态扫描完成后，采用独立成分分析法检查数据质量，将数据分解为空间成分和时间成分。

获取至少三个高质量的静息态扫描图像。扫描完成后，将异氟烷浓度增加至 2%，并停止皮下右美托咪定输注。将动物托架从磁体孔中取出，并将动物送回准备区域。

使用25号针头，将稀释后的阿替美唑溶液以每公斤体重0.015毫克的剂量注射到大鼠后肢肌肉中。将大鼠放回饲养笼内，并置于加热垫上，持续观察直至动物能够自主活动。采用独立成分分析法，评估每次静息态扫描后的稳定性。

此处展示的是一个稳定性极高的示例。请注意，从空间上看，各成分具有明显的区域性。在中间面板所示的时间过程中，信号稳定且不可预测，这是真实脑活动的特征。

底部的功率谱显示主要为低频成分。此处展示的是同一扫描中的噪声成分。请注意其非区域性、高频时间进程以及功率谱中的单一高频峰值。

噪声成分应在扫描后分析期间进行去噪处理。最后，该成分来自一次麻醉状态不稳定的扫描，其显示的时间过程具有变异性和不规则性。

当出现这种情况时，通常需要对麻醉方案进行改进，尤其是鼻罩的密封性和废气清除系统。动物在物理和生理上的稳定性对于获取高质量的静息态数据至关重要。在进入麻醉的下一阶段之前，必须确保动物达到预先设定的生理指标阈值。

采用这种生存技术后，静息态功能磁共振成像可用于纵向研究，结合实验干预，并用于探索疾病模型。本方案中采用的低剂量异氟烷联合右美托咪定的方法，为致力于在静息状态下对啮齿类动物脑部进行成像的科研人员提供了广泛的临床前研究可能性。