Funktionelle Bildgebung Auditory Cortex bei erwachsenen Katzen mit Hochfeld-fMRI

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, den intakten auditorischen Kortex der Katze mit Hilfe der funktionellen Hochfeld-Magnetresonanztomographie funktionell abzubilden. Dies wird erreicht, indem zunächst die Tonanlage für die Reizpräsentation vorbereitet wird. Der zweite Schritt besteht darin, die Katze durch Betäubung auf das Scannen vorzubereiten und sie dann in einen MRT-kompatiblen Schlitten zu legen.

Als nächstes werden anatomische und funktionelle Bilder über das gesamte Gehirn während der Reizpräsentation gesammelt. Der letzte Schritt besteht darin, die Bilder zu verarbeiten, um den Grad der Gehirnaktivierung während der Reizpräsentation zu quantifizieren. Letztendlich wird die funktionelle Bildgebung verwendet, um das Ausmaß der Aktivierung während der Klangpräsentation im intakten auditorischen Kortex der Katze zu zeigen.

Diese Methode kann verwendet werden, um Schlüsselfragen der auditorischen Funktion zu beantworten, wie z. B. die Existenz einer Hierarchie im auditorischen Kortex. Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden wie der optischen Bildgebung besteht darin, dass die FMRI nicht-invasiv ist und die funktionelle kortikale Aktivität im intakten Schädel messen kann. Diese Methode kann Einblicke in die auditive Funktion geben und auf andere sensorische Modalitäten wie Sehen und somatische Empfindung angewendet werden.

Pam Nixon, eine registrierte Veterinärtechnikerin, und Amy Hall, eine Doktorandin in unserem Labor, werden das Verfahren demonstrieren. Alle tierexperimentellen Verfahren, wie in diesem Protokoll beschrieben, müssen vor dem Versuch vom Tierverwendungsausschuss Ihrer Einrichtung genehmigt werden. Um mit der Vorbereitung für dieses Protokoll zu beginnen, schließen Sie zunächst den Computer an, mit dem der auditive Stimulus über ein USB-Kabel an die externe Soundkarte übertragen wird.

Schließen Sie dann die Kabel an, die die Ausgangsanschlüsse der externen Soundkarte mit den Eingängen der Stereo-Endstufe verbinden. Schließen Sie als Nächstes Kabel an, die die Ausgangsanschlüsse der Stereo-Endstufe mit den Eingangsanschlüssen der Transformatorbox des FMRI-kompatiblen Kopfhörersystems verbinden. Verwenden Sie abgeschirmte Koaxialkabel mit BNC-Anschlüssen, um den Transformatorkasten mit der Durchführungsplatte außerhalb des Scannerraums zu verbinden.

Verbinden Sie dann die Kopfhörerkabelbaugruppe mit den entsprechenden BNC-Anschlüssen an der Durchführung. Verbinden Sie im Scannerraum die Schaumstoff-Ohrstöpsel mit den Kopfhörern. Verbinden Sie dann die Ohrhörer mit der Kabelkonfektion.

Führen Sie einen auditiven Testreiz durch, um zu bestätigen, dass der Ton vom Computer an die Kopfhörer übertragen wird. Trennen Sie die Ohrhörer und führen Sie den Schaumstoff während der Vorbereitungsphase des Tieres sicher in die Ohren der Katze ein. Richten Sie zunächst die Spritzenpumpe so ein, dass sie zur Aufrechterhaltung der Anästhesie verwendet wird, während 60 Milliliter Kochsalzlösung und 0,07 Milliliter Ketamin in einer 60-Milliliter-Spritze abgebildet werden, und platzieren Sie sie in der Spritzenpumpe.

Anschließend wird ein Beruhigungsmittelgemisch aus Atropinsulfat und einem SUP-Promazin über eine subkutane Injektion verabreicht. Nach 20 Minuten Verabreichen Sie Ketamin und D meatohydrochlorid über eine intramuskuläre Injektion, um eine Anästhesie einzuleiten. Sobald die Katze ihren Schreibreflex verloren hat, tragen Sie Augensalbe auf die Augen auf, um Trockenheit während des Eingriffs zu vermeiden.

Legen Sie außerdem einen Verweilkatheter in die Vena saphena medialis, um Ketamin intravenös zu verabreichen. Testen Sie während des Eingriffs erneut auf eine erfolgreiche Narkoseeinleitung, indem Sie einen Zeh an der vier Pfoten einklemmen und beobachten, ob die Katze ihre Pfote zurückzieht. Sobald der Blütenreflex verschwunden ist, unterdrücken Sie den Würgereflex, indem Sie Lidocain auf die Rachenwände sprühen.

Intubieren Sie dann die Katze mit einem 4,0 oder 4,5 Endotrachealtubus. Halten Sie die Anästhesie während der gesamten Bildgebungssitzung mit einer konstanten Infusionsrate von Ketamin und inhaliertem Fluor aufrecht, das in 100 % Sauerstoff bei einem bis 1,5 Litern pro Minute abgegeben wird. Als nächstes liegt isolierende Luftpolsterfolie aus Kunststoff auf dem Boden des MRT-kompatiblen Schlittens.

Lege dann mit warmem Wachs gefüllte Heizkissen auf die Luftpolsterfolie. Lege eine weitere Schicht Luftpolsterfolie auf die Heizkissen. Platzieren Sie die Katze dann in sternaler Position innerhalb der isolierenden Luftpolsterfolie in dem MRT-kompatiblen Schlitten.

Sobald die Katze positioniert ist, passen Sie den Kopf an, um Zugang zu den Ohren zu erhalten. Rollen Sie die Schaumstoff-Ohrstöpsel auf den kleinstmöglichen Durchmesser ein. Führen Sie dann jeden Ohrstöpsel tief in den Gehörgang ein.

Nach dem Einsetzen sollten sich die Schaumstoff-Ohrstöpsel ausdehnen, um den Raum in den Gehörgängen auszufüllen. Stellen Sie die Katze so ein, dass ihr Kopf richtig in der Dreikanal-Hochfrequenzspule positioniert ist, und stabilisieren Sie den Kopf mit akustisch dämpfendem Memory-Schaum. Achten Sie darauf, Schaumstoff um die Ohren zu legen, um das Scannergeräusch zusätzlich zu dämpfen.

Wickeln Sie nun den Körper der Katze in eine Decke aus isolierender Luftpolsterfolie ein. Sichern Sie dann den Schlitten und transportieren Sie ihn zum Scannerbett. Schließen Sie die Infusionsleitungen, die Anästhesieschläuche und die Überwachungsgeräte an die Katze an.

Verbinden Sie die Kopfhörer außerdem mit der Kopfhörerkabelbaugruppe, die an der Durchführungsplatte befestigt ist. Beginnen Sie die Ketamin-Infusion mit der Basisflussrate von 0,6 Milligramm pro Kilogramm pro Stunde. Erhöhen Sie dann die Flussrate nach Bedarf Basierend auf der Anästhesietiefe stellen Sie die anfängliche Fluordosis auf 0,5 % ein und verringern Sie sie dann auf 0,4 %, sobald die anatomischen Scans entnommen wurden.

Überwachen und dokumentieren Sie während des gesamten Experiments die Blutsauerstoffsättigung und den Titel des CO2-Wertes, die Herzfrequenz, die Atmung und die Rektaltemperatur der Katze. Verwendung von MRT-kompatiblen Überwachungsgeräten, die in angemessenem Abstand zum Scanner positioniert sind. Ein stetiger Anstieg der Herzfrequenz und der Atmung ist in der Regel mit einer bevorstehenden Genesung von der Anästhesie verbunden.

Beginnen Sie mit der Erfassung anatomischer Referenzscans des Gehirns der Katze in axialer Schnittausrichtung unter Verwendung einer Blitz-Bildgebungssequenz mit den hier auf dem Bildschirm gezeigten Bildgebungsparametern. Die Dauer des anatomischen Scans sollte etwa sechs Minuten betragen. Richten Sie als Nächstes die funktionelle Bildgebung mit einer segmentierten verschachtelten planaren Echoerfassung mit den hier auf dem Bildschirm gezeigten Bildgebungsparametern ein.

Starten Sie die Erfassung der Bildlautstärke, während Sie einen breitbandigen Stimulus für weißes Rauschen präsentieren. In einem Blockdesign sollte der auditive Stimulus 30 Sekunden lang abgespielt werden und sich mit einer 32. stummen Grundbedingung abwechseln. Wiederholen Sie diesen Schritt, bis akustisch auffällige Aktivitäten im auditorischen Kortex beobachtet werden.

Die Dauer jedes Funktionslaufs mit einem Blockdesign sollte ca. 4,5 Minuten für 90 Volumina betragen. Präsentieren Sie den Stimulus für die gewünschte Anzahl von Funktionsläufen. Nachdem die MRT-Sitzung abgeschlossen ist, nehmen Sie die Katze vom Schlitten.

Heizen Sie weiterhin mit Heizkissen und Handtüchern, bis sich das Tier vollständig erholt hat. Sobald der Würgereflex zurückkehrt, entfernen Sie den Endotrachealtubus. Überwachen Sie den CAT, bis der Schreibreflex wiederhergestellt ist.

Bringen Sie das Tier dann in die Einrichtung zurück. Untersuchen Sie das Tier am Tag nach dem Eingriff, um sicherzustellen, dass der Versuch keine nachteiligen Auswirkungen hat. Wählen Sie nach dem Experiment eine geeignete FMRI-Analysesoftware wie SPM oder FSL aus, um die erfassten funktionellen Volumina zu verarbeiten.

Hier sehen wir die kühne Aktivierung bei zwei Tieren als Reaktion auf einen 32. Breitband-Lärmreiz, der in einem Block präsentiert wird. Entwerfen Sie die T-Statistikkarten des Breitbandrauschens im Vergleich zum Basislinienkontrast. In zwei Bildebenen zeigen die Schichtebenen zusammenhängende Cluster bilateraler akustisch evozierter Aktivität im auditorischen Kortex.

Diese Diagramme zeigen Modulationen im fetten Signal während eines einzelnen Funktionslaufs bei den hervorgehobenen Voxeln. Und hier können wir sehen, dass die ereignisbezogenen mittleren Zeitverläufe der fetten Antwort auf das mittlere fette Basissignal normiert sind. In diesen Beispielen zeigt das fette Signal drei bis sechs Sekunden nach Beginn des Stimulus einen signifikanten Anstieg im Vergleich zur Ausgangslinie.

Bei diesem Eingriff ist es wichtig, die physiologischen Parameter der Katze genau zu überwachen, um ein gleichbleibendes Maß an Sedierung während des gesamten Eingriffs zu gewährleisten. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie ein funktionelles Magnetresonanztomographie-Experiment durchführen, um die Funktion der auditorischen Kortikalis in einem anästhesierten Präparat zu untersuchen. Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit MRT-Scannern potenziell gefährlich sein kann.

Stellen Sie bei der Durchführung dieses Verfahrens immer sicher, dass das Personal angemessen gescreent wurde, dass der Versuchsaufbau MRT-kompatibel ist und dass die Überwachungsgeräte MRT-sicher sind oder in sicherem Abstand zum Magneten platziert sind.