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用于绒猴神经科学设备的开放获取资源

原标题:An Open Access Resource for Marmoset Neuroscientific Apparatus

Isabela Zimmermann RollinD. PapotiMitchell BishopDiego SzczupakMichael R. CoriglianoT. K. HitchensBei ZhangSarah K. A. PellSimeon S. GuretseA. DureuxTakeshi MuraiStacey J. Sukoff RizzoL. M. KlassenPeter ZemanK. GilbertRavi S. MenonMeng-Kuan LinS. EverlingAfonso C. SilvaDavid J. Schaeffer

bioRxiv (2024)

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5

关键词

marmoset
MRI
CT scans
AMIHGOS
radiofrequency coil
helmet
imaging
3D printing
motion artifacts
neuroscience

摘要

在过去的二十年中,普通绒猴(Callithrix jacchus)在神经科学研究中的应用迅速增长。尽管北美、欧洲和亚洲的资助计划为在绒猴中模拟人类脑疾病提供了大量的资助,但商业供应商提供的专门用于绒猴的设备仍然稀缺,因此通常在各个实验室内自行开发和使用。通过我们的集体研究努力,我们设计并验证了多种用于清醒或麻醉状态下的磁共振成像(MRI)、正电子发射断层扫描(PET)、计算机断层扫描(CT)、聚焦超声(FUS)、电生理学、光学成像、手术以及行为研究的设备,适用于各年龄段的绒猴。这个资源将这些设计公开提供,减少了绒猴领域内从头开发的负担。计算机辅助设计(CAD)文件通过绒猴脑连接组(Marmoset Brain Connectome, MBC)资源(https://www.marmosetbrainconnectome.org/apparatus/)公开提供,包含数十个可下载的CAD组件、软件和用于绒猴神经科学的在线计算器。此外,我们还提供各种经过验证的触屏和基于任务的fMRI代码和刺激。在此,我们重点介绍在线界面以及一些尚未发表的资源的开发和验证:自动从CT中提取绒猴头部形态并生成用于清醒神经成像的3D可打印头盔的软件,以及用于在解剖和功能MRI中成像深层结构的8通道和14通道接收阵列的设计和验证。

AI理解论文

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该文档主要介绍了绒猴神经科学模型在神经科学研究中的应用,特别是在视觉系统前顶叶皮层结构方面的优势。文中详细描述了为支持绒猴研究而开发的各种神经科学设备,并通过**Marmoset Neuroscientific Apparatus (MNSA)**资源进行集中管理和共享。以下是文档的主要内容:

绒猴神经科学模型的优势

绒猴因其发达的视觉系统前顶叶皮层结构,成为研究人类脑疾病的理想模型。其大脑结构与功能的相似性使其在神经科学研究中具有重要价值。

Marmoset Neuroscientific Apparatus (MNSA) 资源

MNSA资源的建立旨在集中管理和共享绒猴研究中使用的设备设计,减少重复开发的负担,并促进资源共享。该资源符合3R原则(替代、减少、精炼),通过开放和可编辑的设计,降低了开发新设备的成本和时间。

设备开发与应用

文中提到的设备包括射频线圈AMIHGOS软件。射频线圈用于超高场MRI系统,提供高信噪比和分辨率,支持结构和功能大脑图谱的生成。AMIHGOS软件则用于生成符合个体解剖结构的3D打印头盔,支持在清醒状态下进行MRI、PET和CT成像。

研究方法与技术

为了支持高通量的转化研究,开发了自动化绒猴成像头盔生成软件(AMIHGOS),该软件基于个体动物的CT图像生成舒适的头盔,适用于多种成像模式。文中还提到,研究团队开发了适用于清醒状态下的fMRI和解剖扫描的射频线圈。

认知能力研究

绒猴的认知能力研究是一个持续的研究领域,涉及记忆容量、问题解决能力和高级社会认知等方面。为此,研究团队设计了多种任务,可以通过触摸屏系统或在清醒状态下进行fMRI来测试。

多模态成像与行为研究

文中提到,研究团队开发了多绒猴系统,用于同时进行功能性MRI或PET,以研究二元社会互动的神经关联。这些复杂行为的研究通常需要结合多种技术,如电生理学、光学成像等。

在线平台与资源共享

MNSA在线平台提供了多种设计,包括MRI、组织学、电生理学、行为学、光学成像等。每个设计都有详细的使用说明和3D模型,用户可以下载和修改这些设计。所有设计都在实验室中实际使用,并不断进行改进。

贡献与合作

该资源不仅降低了其他物种研究者进入绒猴神经科学领域的门槛,还促进了跨机构的合作与创新。通过开放的提交页面,研究人员可以分享和整合来自社区的设计,推动绒猴研究的发展。

伦理与合规

所有实验程序均经过机构动物护理和使用委员会(IACUC)的批准,确保符合伦理标准。绒猴在社会化环境中饲养,提供丰富的环境刺激。

结论

文档总结了绒猴神经科学模型在研究中的重要性,强调了通过MNSA资源共享和合作的重要性。通过集中管理和开放共享,MNSA资源为绒猴研究提供了一个全面的平台,支持科学进步和技术创新。

通过以上内容,读者可以全面了解该文档的内容、方法和贡献,理解绒猴神经科学模型在研究中的应用及其带来的科学价值。

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