方法文章

听觉皮层在成年猫用高场磁共振成像功能成像

DOI：

10.3791/50872

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2014年2月19日

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1Department of Physiology and Pharmacology, University of Western Ontario, 2Department of Psychology, University of Western Ontario, 3Department of Medical Biophysics, University of Western Ontario, 4Brain and Mind Institute, University of Western Ontario, 5Centre for Functional and Metabolic Mapping, Robarts Research Institute, University of Western Ontario, 6Cerebral Systems Laboratory, University of Western Ontario, 7National Centre for Audiology, University of Western Ontario

本文内容

摘要

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听觉系统在哺乳动物中的功能研究传统上使用诸如电生理记录空间为重点的技术进行的。以下协议描述可视化诱发血流动力学行为的大型图案的猫听觉皮层使用功能性磁共振成像的方法。

摘要

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感觉处理的哺乳动物听觉系统现有的知识主要来自于各种动物模型的电生理研究，包括猴子，白鼬，蝙蝠，老鼠和猫。为了画听觉功能的人类和动物模型之间合适的相似之处，它可以建立人体功能成像研究和动物的电生理研究之间的桥梁是非常重要的。功能磁共振成像（fMRI）是测量整个大脑皮层的不同区域广泛血流动力学活动模式的建立，微创的方法。这种技术被广泛用于探测在人类大脑感觉功能，是在连接听觉处理的研究在人类和动物的有用工具，并已成功地用于研究在猴和啮齿动物的听觉功能。以下协议描述了一个实验过程中麻醉的成人调查听觉功能猫用功能磁共振成像测量听觉皮层刺激诱发血流动力学改变。这种方法有利于在不同的车型听觉功能的血流动力学反应从而导致更好地理解哺乳动物的听觉皮层的种类无关的特性比较。

引言

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听觉处理哺乳动物目前的了解主要来自侵入性电生理研究在猴子1-5，6-10鼬，蝙蝠11-14，15-19啮齿动物，和猫20-24。电生理技术通常利用细胞外微电极周围的电极尖端的神经组织的一个小的区域之内记录的单个和多个神经元的活动。建立功能成像方法，如光学成像和功能磁共振成像（fMRI）技术，通过提供同步驱动的活动的宏观角度来看整个大脑的多个空间上不同的区域作为有益的补充到细胞外记录。内在信号光学成像有利于通过测量表面组织的反射特性与活动相关的大脑的变化诱发的活动可视化，同时利用功能磁共振成像的血氧水平依赖（BOLD）对比来测量大脑区域的刺激，诱发血流动力学改变一个特定的任务时被激活。光学成像需要的皮质表面的直接接触措施表面组织反射率有关系的刺激诱 ​​发的活动25的变化。相比较而言，功能磁共振成像是无创和利用的缺氧血顺磁特性，以在一个完整的颅骨测量两个皮质表面26-28和沟系27,29诱发活性。在非人灵长类视觉皮层30和人类听觉皮层31的BOLD信号和神经活动之间的强相关性验证的功能磁共振成像研究感觉功能的有用工具。由于磁共振成像已被广泛用于研究听觉通路如tonotopic组织32-36，听觉功能37的不对称，皮层激活的模式，识别皮层区域38，声音效果的特征在听反应特性的39,40，....

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方案

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下面的过程可以应用到任何成像实验，其中麻醉猫的使用。这是特别需要的听觉实验（步骤1.1-1.7，2.8，4.1）的步骤可以被修改以适应其它感官刺激协议。

所有实验程序收到来自动物使用小组委员会大学动物保护协会在西安大略大学的批准，随后由加拿大动物保护协会（CCAC）44规定的准则。概述的实验需要约150分钟从动物准备恢复。实验的时间过程示于图1。

1。刺激设备准备

图2示出了电子元件和需要用于产生听觉刺激在MRI扫描仪的相应连接。的要求为follows:一台电脑，一个外置声卡，立体声功放和功能磁共振成像兼容的耳机系统。

  1. 连接将用于呈现听觉刺激，通过通用串行总线（USB）电缆的外置声卡的电脑。
  2. 连接连接外置声卡的输出端口到立体声功率放大器的输入端口的电缆。
  3. 附加连接立体声功率放大器的输出端口到fMRI的兼容耳机系统的变压器箱的输入端口的电缆。
  4. 连接双耳式耳机，以在变压器箱的输出端口。
  5. 使用屏蔽同轴电缆的BNC连接到变压器箱连接到穿透面板扫描仪的房间外面。
  6. 耳机线缆组件连接到面板渗透率扫描仪房间内的相应的BNC端口。
  7. 连接泡沫耳塞的耳机，然后连接耳机吨Ø....

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结果

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代表功能的数据是在一个7T水平孔扫描仪获取并使用统计参数映射工具箱在MATLAB中进行分析。在猫中使用所描述的实验方案43健壮皮质的血液动力学反应，听觉刺激一直被观察到。 图6示出了BOLD激活在2只动物在响应于一个30秒的宽带噪声刺激在一个块中的设计呈现。宽带噪声与基线（无刺激）的T型统计图2中的图像切片平面的对比揭示了在听觉皮层（ 图6a和6d双侧听觉诱发活动的连续的簇，簇级FWE校正门限:P <在BOLD信号，单官能运行过程中，在图6a和6d中的突出体素分别0.05）， 图6b和图6E示出的调制。与方波一般线性模型拟合，人们应该期待的BOLD信号的听觉刺激的类似块的ON-OFF模式的方式每个演示过程中进行调制相对于基线（无刺激条件）设计图6c和1207米说明正常化的平均BOLD信号基线的BOLD响应的事.......

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讨论

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在设计的功能磁共振成像实验听觉功能的麻醉动物模型中，以下问题应慎重考虑:麻醉（i）于皮层反应的影响，背景扫描仪噪音（II）的影响，及（iii）优化实验过程的数据采集阶段。

而麻醉制剂生产提供的镇静长时间和功能成像会议期间尽量减少潜在的头部运动的重要优势，麻醉是众所周知的影响皮质的血流动力学。在此协议中描述的麻醉药电（氯胺酮）是常用和猫分别为46-48听觉和视觉皮层26-28,42功能成像（异氟烷）的研究。虽然氯胺酮是已知最小的影响皮层自发活动49，它已被证明是降低脑代谢，从而在H在剂量为10毫克在大鼠听觉皮层emodynamic响应/公斤50。然而，在建议的在此过程中（4毫克/千克）的剂量下，高达6％的BOLD信号的变化已经在猫听觉皮层中观察到响应于声刺激43。异氟醚是常用的探索猫视觉皮层的功能方面，但是，它也已显示时相比，醒制备51，以减少在猫视觉皮层的血液动力学反应的幅度。此外，在剂量高于1.5％时，异氟烷增加脑血流在大鼠和45

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披露

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作者申报利益，财务或其他方面没有冲突。

致谢

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作者要感谢凯尔吉尔伯特，谁设计的定制射频线圈，和凯文·巴克，是谁设计的MRI兼容雪橇的贡献。这项工作是由健康研究加拿大学院（CIHR），加拿大自然科学和（NSERC）工程研究理事会，加拿大创新基金会（CFI）的支持。

....

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
材料
硫酸阿托品注射液 0.5 mg/ml椽子 8 个产品
乙酰丙嗪 5 mg/mlVetoquinol Inc.
盐酸氯胺酮 100 mg/mlBimeda-MTC
盐酸右美托咪定（右旋米托 0.5 mg/ml）Orion Pharma
异氟醚 99.9%雅培实验室
多卡因（赛洛卡因气管内 10 mg/计量剂量）阿斯利康
润滑眼药膏（Refresh Lacri Lube）艾尔建公司
生理盐水 0.95%
IV 导管 22 g（翅膀）
IV 延长套件Codan US Corp.BC 269
IV 给药套装 10 滴/毫升
气管插管 4.0
加热垫（依偎安全）Lenric C21 Ltd.
注射器 60 ml
设备
外部声卡Roland CorporationCakewalk UA-25EX
立体声功率放大器Pyle Audio Inc.Pyle Pro PCAU11
MRI 兼容插入式耳机系统Sensimetric Corporation型号 S14
插入式耳机泡沫耳塞E-A-R 听觉系统耳挂 3B
呼气末 CO2 监视器NellcorN-85
MRI 兼容脉搏血氧仪Nonin Medical Inc.7500
注射泵Harvard Apparatus70-2208
利型

参考文献

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Kaas, J. H., Hackett, T. A. Subdivisions of auditory cortex and processing streams in primates. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 97, 11793-11799 (2000).
  2. Kusmierek, P., Rauschecker, J. P. Functional Specialization of Medial Auditory Belt Cortex inthe Ale....

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