Imaging funzionale di Auditory Cortex in gatti adulti utilizzando ad alto campo fMRI

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di visualizzare funzionalmente la corteccia uditiva intatta del gatto utilizzando la risonanza magnetica funzionale ad alto campo. Ciò si ottiene preparando prima l'apparecchiatura audio per la presentazione dello stimolo. Il secondo passo consiste nel preparare il gatto alla scansione mediante anestesia, posizionandolo poi su una slitta compatibile con la risonanza magnetica.

Successivamente, le immagini anatomiche e funzionali vengono raccolte in tutto il cervello durante la presentazione dello stimolo. Il passaggio finale consiste nell'elaborare le immagini per quantificare il livello di attivazione cerebrale durante la presentazione dello stimolo. In definitiva, l'imaging funzionale viene utilizzato per mostrare l'entità dell'attivazione durante la presentazione del suono nella corteccia uditiva del gatto intatta.

Questo metodo può essere utilizzato per aiutare a rispondere a domande chiave nella funzione uditiva, come l'esistenza di una gerarchia nella corteccia uditiva. Il vantaggio principale di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti, come l'imaging ottico, è che l'FMRI non è invasivo e può misurare l'attività corticale funzionale all'interno del cranio intatto. Questo metodo può fornire informazioni sulla funzione uditiva e può essere applicato ad altre modalità sensoriali come la visione e la sensazione somatica.

A dimostrare la procedura saranno Pam Nixon, un tecnico veterinario registrato, e Amy Hall, una studentessa laureata nel nostro laboratorio. Tutte le procedure per gli animali, come descritto in questo protocollo, devono ricevere l'approvazione dal comitato per l'uso degli animali del tuo istituto prima dell'esperimento. Per iniziare la preparazione a questo protocollo, collegare prima il computer, che verrà utilizzato per presentare lo stimolo uditivo alla scheda audio esterna tramite un cavo USB.

Quindi collegare i cavi che collegano le porte di uscita della scheda audio esterna alle porte di ingresso dell'amplificatore di potenza stereo. Quindi, collegare i cavi che collegano le porte di uscita dell'amplificatore di potenza stereo alle porte di ingresso della scatola del trasformatore del sistema di auricolari compatibile con FMRI. Utilizzare cavi coassiali schermati con connessioni BNC per collegare la scatola del trasformatore al pannello di penetrazione all'esterno della sala scanner.

Quindi collegare il cavo degli auricolari alle porte BNC corrispondenti sul pannello di penetrazione. All'interno della sala scanner, collegare gli auricolari in schiuma agli auricolari. Quindi collegare gli auricolari al cavo assemblato.

Esegui uno stimolo uditivo di prova per confermare che il suono viene trasmesso dal computer agli auricolari. Scollegare gli auricolari e inserire saldamente la schiuma nelle orecchie del gatto durante la fase di preparazione dell'animale. Innanzitutto, impostare la pompa a siringa da utilizzare per mantenere l'anestesia durante l'imaging combinando 60 millilitri di soluzione fisiologica e 0,07 millilitri di ketamina in una siringa da 60 millilitri e posizionarla nella pompa a siringa.

Quindi somministrare una miscela sedativa di atropina solfato e una promazina SUP tramite un'iniezione sottocutanea. Dopo 20 minuti, somministrare ketamina e cloridrato di meato tramite un'iniezione intramuscolare per indurre l'anestesia. Una volta che il gatto ha perso il suo riflesso di scrittura, applica un unguento oftalmico sugli occhi per prevenire la secchezza durante la procedura.

Inoltre, posizionare un catetere a permanenza nella vena safena mediale per la somministrazione endovenosa di ketamina. Durante la procedura, ancora una volta, verificare la riuscita dell'induzione dell'anestetico pizzicando un dito del piede sulla zampa quattro e osservando se il gatto ritira la zampa. Una volta che il riflesso dei petali scompare, sopprimi il riflesso del vomito spruzzando lidocaina sulle pareti faringee.

Quindi intubare il gatto con un tubo endotracheale 4.0 o 4.5. Mantenere l'anestesia durante la sessione di imaging con una velocità di infusione costante di ketamina e fluoro inalato erogato al 100% di ossigeno da uno a 1,5 litri al minuto. Pluriball di plastica isolante di livello successivo sul pavimento della slitta compatibile con la risonanza magnetica.

Quindi posizionare i cuscinetti riscaldanti caldi riempiti di cera sopra il pluriball. Metti un altro strato di pellicola a bolle d'aria sopra i termofori. Quindi posizionare il gatto in posizione sternale all'interno del pluriball isolante nella slitta compatibile con la risonanza magnetica.

Una volta posizionato il gatto, regola la testa per accedere alle orecchie. Arrotolare gli auricolari in schiuma nel diametro più piccolo possibile. Quindi inserire ciascuna punta dell'orecchio in profondità nel condotto uditivo.

Una volta inseriti, gli auricolari in schiuma dovrebbero espandersi per riempire lo spazio all'interno dei canali uditivi. Regolare il gatto fino a quando la sua testa non è posizionata correttamente all'interno della bobina a radiofrequenza a tre canali, stabilizzare la testa con memory foam fonoassorbente. Assicurati di posizionare della schiuma intorno alle orecchie per fornire un'ulteriore attenuazione del rumore dello scanner.

Ora avvolgi il corpo del gatto in una coperta di plastica isolante a bolle d'aria. Quindi fissare e trasportare la slitta sul piano dello scanner. Collegare le linee di infusione, i tubi di erogazione dell'anestesia e le apparecchiature di monitoraggio al gatto.

Inoltre, collegare gli auricolari al gruppo del cavo degli auricolari collegato al pannello di penetrazione. Iniziare l'infusione di ketamina alla velocità di flusso di base di 0,6 milligrammi per chilogrammo all'ora. Quindi aumentare la portata secondo necessità In base alla profondità dell'anestesia, impostare la dose iniziale di fluoro allo 0,5%, quindi diminuire allo 0,4% una volta raccolte le scansioni anatomiche.

Monitorare e registrare la saturazione e il titolo di ossigeno nel sangue del gatto, i livelli di CO2, la frequenza cardiaca, la respirazione e la temperatura rettale durante l'esperimento. Utilizzando apparecchiature di monitoraggio compatibili con la risonanza magnetica posizionate a una distanza appropriata dallo scanner. L'aumento costante della frequenza cardiaca e della respirazione è solitamente associato a un imminente recupero dall'anestesia.

Inizia raccogliendo scansioni di riferimento anatomiche del cervello del gatto con un orientamento a fette assiali utilizzando una sequenza di immagini flash con i parametri di imaging visualizzati sullo schermo qui. La durata della scansione anatomica dovrebbe essere di circa sei minuti. Successivamente, impostare l'imaging funzionale utilizzando un'acquisizione planare eco interlacciata segmentata con i parametri di imaging visualizzati sullo schermo qui.

Avviare l'acquisizione del volume dell'immagine presentando uno stimolo di rumore bianco a banda larga. In un disegno a blocchi, lo stimolo uditivo dovrebbe essere riprodotto per 30 secondi e alternato a una 32a condizione di base silenziosa. Ripeti questo passaggio fino a quando non vengono evocate acusticamente attività audaci osservate nella corteccia uditiva.

La durata di ogni esecuzione funzionale utilizzando un design a blocchi dovrebbe essere di circa 4,5 minuti per 90 volumi. Presentare lo stimolo per il numero desiderato di esecuzioni funzionali. Al termine della sessione di risonanza magnetica, rimuovere il gatto dalla slitta.

Continuare a fornire un riscaldamento supplementare con termofori e asciugamani fino a quando l'animale non si riprende completamente. Una volta che il riflesso del vomito ritorna, rimuovere il tubo endotracheale. Monitorare il CAT fino al ripristino del riflesso di scrittura.

Quindi riportare l'animale alla struttura. Valutare l'animale il giorno dopo la procedura per assicurarsi che non vi siano effetti negativi dall'esperimento. Dopo l'esperimento, selezionare il software di analisi FMRI appropriato come SPM o FSL per elaborare i volumi funzionali acquisiti.

Qui possiamo vedere l'attivazione in grassetto in due animali in risposta a un 32° stimolo di rumore a banda larga presentato in un blocco. Progetta le mappe statistiche T del rumore a banda larga rispetto al contrasto della linea di base. In due immagini, i piani di slice rivelano cluster contigui di attività bilaterale evocata acusticamente nella corteccia uditiva.

Questi grafici mostrano le modulazioni nel segnale in grassetto durante una singola corsa funzionale ai voxel evidenziati. E qui possiamo vedere i corsi del tempo medio relativi all'evento della risposta in grassetto normalizzata al segnale di base in grassetto medio. In questi esempi, il segnale in grassetto mostra un aumento significativo rispetto al basale da tre a sei secondi dopo l'inizio dello stimolo.

Durante il tentativo di questa procedura, è importante monitorare attentamente i parametri fisiologici del gatto per garantire un livello costante di sedazione durante tutta la procedura. Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come condurre un esperimento di risonanza magnetica funzionale per esaminare la funzione corticale uditiva in una preparazione anestetizzata. Non dimenticare che lavorare con gli scanner MRI può essere potenzialmente pericoloso.

Durante l'esecuzione di questa procedura, assicurarsi sempre che il personale sia stato adeguatamente selezionato, che la configurazione sperimentale sia compatibile con la risonanza magnetica e che i dispositivi di monitoraggio siano sicuri per la risonanza magnetica o posizionati a distanza di sicurezza dal magnete.