Name: 鳴禽類における聴覚刺激と機能的磁気共鳴画像法（fMRI） (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-06-03T08:56:00.000+00:00
Duration: 13 min 5 s
Description: 学ぶfMRIを用いた鳴禽類の聴覚処理と神経基盤の可視化法。麻酔下で音声刺激を提示し、ゼブラフィンチの脳活動を非侵襲的にイメージングするプロトコルを解説。縦断的研究や全脳アプローチに有用です。

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この研究は、研究財団からの補助金によって支えられて - フランダース（FWO、プロジェクト人数G.0420.02とG.0443.11N）、ヘラクレス財団（助成人数AUHA0012）、アントワープ大学の協調研究アクション（GOA資金調達）、および部分的にECが後援 - FP6プロジェクトDIMI、LSHB-CT-2005から512146とEC - FP6プロジェクトEMIL LSHC-CT-2004から503569 A.VdLに。フランダース（FWO） - G.DGとCPは研究財団のポスドクフェローである。

1。聴覚刺激の調製<ol><li>最初7T MRシステムの穴の内側に再生されている間に音刺激を記録します。ボアは、特定の聴覚周波数の強化の結果聴覚刺激を歪めることができる限られたスペースである。として磁石内に鳥の頭の位置で行われたホワイトノイズの我々の録音が示す周波数が拡張され、抑制され図1に示すように 、使用して穴光ファイバー·マイク（Optimic 1160 Optoacoustics）。この人工的な拡張を補償するため、イコライザ機能は、WaveLabのソフトウェアを使用して各刺激に適用される。最大振幅：私たちの特定の設定の場合、この関数は次のパラメータを使用してガウシアンカーネルで構成されています - 20デシベル：0.05オクターブ（我々のシステムの範囲は2,500〜5,000 Hzまで対応）3,750 Hzで、幅を中心に、。 </li><li>曲の刺激は沈黙期間でインターリーブ各鳥のいくつかの個々の曲のモチーフで構成されています。 Dこれらの無音期間のurationはすべての刺激を介して音と沈黙の総量が同じに保つように調整されます。この構造は、曲の長さの自然内個人や個人間変動を節約します。各刺激の全長は16秒である。各曲の強度の面で正規化され、完全な刺激（歌とサイレントピリオド）に統合される前に400 Hzのフィルタ二乗平均平方根とハイパスマッチ。これらの操作は、Praatソフトウェアを使用して行われます。 </li><li>実験では、ON /休息期間（ブロックオフ）（ 図2）とブロックデザイン交互聴覚刺激周期（ブロックON）OFFで構成されています。各ブロックは、（ONとOFF）2画像の取得時間（取得については下記を参照）に相当する16秒、持続。各刺激タイプ​​は刺激当たり、被験者ごとに50画像の取得、その結果、25回提示されます。条件の提示順序は、内との間に無作為であるべき科目。刺激のこの無作為順序は、プレゼンテーションソフトウェアにコード化することができる。 </li></ol> 2。件名準備 2.1件名とグループサイズここでは、具体的には（成人）キンカチョウの使用に適したプロトコルを提示します。種の選択は、科学的な質問に応じて異なります。しかし、麻酔鳥のロバスト性のような他の考慮事項も考慮することができる。ゼブラフィンチ（Taeniopygiaののguttata）は、12時間の光の下で鳥小屋に収容する必要があります：12時間暗光周期と研究を通して食料や水を自由に摂取へのアクセス権を持っている。実験ごとに個人の最小数は15である。この数は、考慮にスピンエコーfMRIの、実験で測定された生物学的現象の自然個体間変動の感度をとります。 2.2セットアップのインストールと動物の準備 （仕様について使用される機器、我々は）、この記事の末尾に特定の試薬と機器の一覧を参照してください<ol><li> 7T MRシステムのMRIのベッドの上でくちばしマスクを取り付け、プラスチック管をガスコントローラデバイスに接続します。両方の酸素と窒素ガスボトルを開けて、ガスコントローラデバイス（流量酸素：200のcc /分、窒素：400のcc /分）に切り替えます。 </li></ol>上述したように、7T MRシステムが提示セットアップで使用されている。異なる磁場強度を有する他のMRシステムも可能であるが、7Tで良好な妥協は、信号対雑音比と磁化率アーチファクト度（議論を参照）との間に到達する。より高い電界強度で信号対雑音比は、感受性アーティファクトの程度と共に増加する。 <ol start="2"><li>フィードバック制御されたシステムと暖かい気流デバイス上のスイッチ。 </li><li>くちばしを導入することにより、酸素と窒素の混合物中のイソフルラン3％キンカチョウをAnaesthetizeマスクへと鳥は完全に麻酔になるまで頭を押した。これは、柔らかく足を引っ張って確認することができます：鳥が完全に鎮静されたときの足は鳥によって撤回されることはありません。また、鳥の目には、部分的に閉じられます。 </li><li>キンカチョウの腹の下に空気圧センサーを配置することによって、体温をスクリーニングし、呼吸数を監視するためにクロアカ温度プローブをご紹介します。鳥の体（ 図3）を抑制するためにジャケットを閉じます。 </li><li> 40の範囲内の呼吸速度を維持 - 毎分100回の呼吸を、40±0.5℃での狭い範囲内の体温を一定に保つ呼吸範囲が低すぎる/高すぎると、それに応じて麻酔（％イソフルラン）のレベルを調整する。問題が解決しない場合は、実験を回収するために停止し、動物が設定から削除する必要があります。 </li><li>キンカチョウヘッドと詐欺のいずれかの側に非磁性のダイナミックスピーカーを置きアンプにそれらを接続します。それはあまりにも近い読み温度に影響を与えることができるので、スピーカーの配線は、温度プローブから離れて導かれていることを確認してください。 </li><li>キンカチョウヘッドと磁石（および磁石の真ん中に位置して送信コイルの自動中央）の中心に位置キンカチョウをの上に表面RFコイルを配置します。 </li><li>酸素と窒素と混合イソフルラン1.5％に麻酔レベルを下げる。 </li></ol> 3。データ収集<ol><li> 1水平および1冠状グラディエントエコー（GE）スカウト画像（トリ-パイロットシーケンス）と、水平冠状および矢状マルチスライス画像のセット（T 2加重迅速取得緩和強化操縦（1矢のセットを取得する磁石脳（ 図4）の位置を決定するためにRARE）SE配列）。 </li><li> 1,000マイクロ秒に彼らのランプ時間を増やすことで勾配のノイズを減らします。 </li> &lt;李&gt; fMRIのシーケンス準備：RARE T 2加重シーケンス、実効TE：60ミリ、TR：2,000ミリ秒、RAREファクター：8、FOV：16ミリメートル、マトリックスサイズ：64×32、向き：矢状、スライス厚：0.75ミリメートル、スライス間ギャップの厚さ：0.05ミリメートル、ほぼ全脳（ 図4）をカバーする15のスライス。 </li><li>プレゼンテーションソフトウェアにおける聴覚プロトコル（聴覚刺激と刺激配信のタイミング）を選択します。このプロトコルは、一連のコマンドで構成されています - 特定のスキャン数で実行されている - 特定の聴覚刺激の開始のために。 fMRIのシーケンス内のすべての繰り返しでは、スキャナソフトウェアは、順番にスキャン番号を登録し、対応するコマンドを実行し、聴覚プレゼンテーションソフトウェアにトリガを送信します。 </li><li>聴覚プレゼンテーションソフトは、スキャナからのトリガを逃さないようにするには、聴覚プロトコルが最初に開始されます。プロトコルが完全にロードされると、fMRIのシーケンスが開始される。 </li><li>各実験は、fMRIの信号が聴覚刺激を開始する前に定常状態に到達するために、スキャナノイズに起因する可能にするために12ダミー画像の取得が先行する。 </li><li>買収後に64×64にデータをゼロフィル。 </li><li> Paravisionの機能ツール（オプション加工/機能イメージング）を用いた結果で最初の（暫定）を見てみましょう。ブロックとベースライン（ブロックオフ）ONすべての差BOLD応答を計算します。この分析では、実験の質の最初の指示を与える。全く活性化は、この段階で一次聴覚の分野で見られない場合には、鳥は、おそらく刺激提示、麻酔レベルなどの設定が検証されるべきであり、繰り返し測定と技術的な問題に起因する聴覚刺激を聞く/処理されていませんでした。 </li><li>以前のfMRIのスキャンと同じ向きで、効果的なTEと解剖3D RARE T2強調シーケンスを実行します：60ミリ、TR：2,000ミリ秒、RAREファクター：8、FOV：16ミリメートル、マトリックスサイズ：256×128×64。 </li><li> 256×256×256にデータをゼロフィル。 </li><li> MRIベッドからキンカチョウを取ると、それは赤いランプの下でケージに麻酔から回復しましょう​​。通常、イソフルラン麻酔後のキンカチョウの回復が（最大5分）比較的高速になります。わずか数分後に、鳥が立ち上がるしようとかつて鳥が完全に回収され、代わりにケージの底の上に座っての枝にとまります。麻酔の持続時間は、本実験のために約2時間である。弊社ラボでキンカチョウに適用イソフルラン麻酔の最大時間は、鳥も5分以内に回復した後、6時間である。 </li></ol> 4。データ処理<ol><li>分析またはNIfTIフォーマットにMR-データを変換。 </li><li> SPMは、ヒトで取得したfMRIのデータを処理するように開発されたので、それが約2mmのボクセルのためである。多数のSPM設定は、この近似ボクセルサイズに適合される。 1は、Wない場合はアリがすべてのこれらの設定を変更するには、続行する最も簡単な方法は、人工的に鳥のfMRIのデータのボクセルサイズを大きくすることです。 MRIcroを使用して10で本当のボクセルサイズを乗じヘッダー内ボクセルサイズを調整します。そのような調整は、それ自体のデータ、又はデータがないリサンプリングが適用される任意の他の修飾に影響を与えないことに留意すべきである。 </li></ol>これの代わりに、SPMは、任意のボクセル次元のファイルを開いて解析することができるツールボックスです &#39;SPMMouse&#39;を使用することである。このツールは、SPM &#39;ガラス脳を&#39;任意の画像から作成することを可能にし、自動的にデフォルトのイメージファイルやユーザー入力されたデータのヘッダーに基づいて長さのスケールを調整します。したがって、このツールボックスは、我々が提案するものよりは逆の方法で動作します。代わりに、SPMに収まるように画像のボクセルサイズを変更することで、SPMのデフォルト設定は、異なるボクセルサイズで画像を使用するように変更される。 <ol start="3"><li> fMRIのデータを再調整。 tに共同登録解剖3Dデータセット彼fMRIの時系列。キンカチョウ脳MRIアトラスに3Dデータ（および共同登録fMRIの時系列）を正規化します。 fMRIのデータセットに変換行列を適用します。これは、すべての統計パラメータマッピング（SPM）8ソフトウェアを使用して行うことができる。 </li><li> SPM8を用いた0.5 mmの幅のガウスカーネルでデータを滑らかにします。 </li><li> SPM8を用いた統計的なボクセルベースの​​分析を行う。モデルボックスカー（無血行動態応答関数）としてデータを。古典的な制限付き最尤アルゴリズムでモデルパラメータを推定する。各被験者の各聴覚刺激（固定効果分析）の平均効果を計算した後、グループ分析（混合効果分析）を望んだとして統計を計算。 </li><li>機能的なアクティベーションします（ 図6）ローカライズするSPM8にキンカチョウアトラス（ 図5）9上に統計的パラメトリックマップを投影。 </li></ol>

<ol><li>Van Meir, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatiotemporal+properties+of+the+BOLD+response+in+the+songbirds%27+auditory+circuit+during+a+variety+of+listening+tasks%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Spatiotemporal properties of the BOLD response in the songbirds' auditory circuit during a variety of listening tasks.</a> Neuroimage. 25, 1242-1255 (2005).</li>
<li>Boumans, T., Theunissen, F. E., Poirier, C., Van Der Linden, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+representation+of+spectral+and+temporal+features+of+song+in+the+auditory+forebrain+of+zebra+finches+as+revealed+by+functional+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22The+European+Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Neural representation of spectral and temporal features of song in the auditory forebrain of zebra finches as revealed by functional MRI.</a> The European Journal of Neuroscience. 26, 2613-2626 (2007).</li>
<li>Boumans, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+magnetic+resonance+imaging+in+zebra+finch+discerns+the+neural+substrate+involved+in+segregation+of+conspecific+song+from+background+noise%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Functional magnetic resonance imaging in zebra finch discerns the neural substrate involved in segregation of conspecific song from background noise.</a> Journal of Neurophysiology. 99, 931-938 (2008).</li>
<li>Boumans, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+MRI+of+auditory+responses+in+the+zebra+finch+forebrain+reveals+a+hierarchical+organisation+based+on+signal+strength+but+not+selectivity%5BTitle%5D)+AND+%22PloS+ONE%22%5BJournal%5D)">Functional MRI of auditory responses in the zebra finch forebrain reveals a hierarchical organisation based on signal strength but not selectivity.</a> PloS ONE. 3, e3184(2008).</li>
<li>Vignal, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+brain+hemodynamic+changes+in+a+songbird%3A+responses+to+hypercapnia+measured+with+functional+MRI+and+near-infrared+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+in+Medicine+and+Biology%22%5BJournal%5D)">Measuring brain hemodynamic changes in a songbird: responses to hypercapnia measured with functional MRI and near-infrared spectroscopy.</a> Physics in Medicine and Biology. 53, 2457-2470 (2008).</li>
<li>Van der Linden, A., Van Meir, V., Boumans, T., Poirier, C., Balthazart, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MRI+in+small+brains+displaying+extensive+plasticity%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+in+Neurosciences%22%5BJournal%5D)">MRI in small brains displaying extensive plasticity.</a> Trends in Neurosciences. 32, 257-266 (2009).</li>
<li>Poirier, C., Van der Linden, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spin+echo+BOLD+fMRI+on+songbirds%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+Mol.+Biol%22%5BJournal%5D)">Spin echo BOLD fMRI on songbirds.</a> Methods Mol. Biol. 771, 569-576 (2011).</li>
<li>Poirier, C., Verhoye, M., Boumans, T., Van der Linden, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Implementation+of+spin-echo+blood+oxygen+level-dependent+%28BOLD%29+functional+MRI+in+birds%5BTitle%5D)+AND+%22NMR+in+Biomedicine%22%5BJournal%5D)">Implementation of spin-echo blood oxygen level-dependent (BOLD) functional MRI in birds.</a> NMR in Biomedicine. 23, 1027-1032 (2010).</li>
<li>Poirier, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+three-dimensional+MRI+atlas+of+the+zebra+finch+brain+in+stereotaxic+coordinates%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">A three-dimensional MRI atlas of the zebra finch brain in stereotaxic coordinates.</a> Neuroimage. 41, 1-6 (2008).</li>
<li>Zhao, F., Wang, P., Kim, S. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cortical+depth-dependent+gradient-echo+and+spin-echo+BOLD+fMRI+at+9.4T%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%3A+Official+Journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Cortical depth-dependent gradient-echo and spin-echo BOLD fMRI at 9.4T.</a> Magnetic Resonance in Medicine: Official Journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 51, 518-524 (2004).</li>
<li>Harel, N., Lin, J., Moeller, S., Ugurbil, K., Yacoub, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Combined+imaging-histological+study+of+cortical+laminar+specificity+of+fMRI+signals%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Combined imaging-histological study of cortical laminar specificity of fMRI signals.</a> NeuroImage. 29, 879-887 (2006).</li>
<li>Duong, T. Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microvascular+BOLD+contribution+at+4+and+7+T+in+the+human+brain%3A+gradient-echo+and+spin-echo+fMRI+with+suppression+of+blood+effects%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%3A+Official+Journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Microvascular BOLD contribution at 4 and 7 T in the human brain: gradient-echo and spin-echo fMRI with suppression of blood effects.</a> Magnetic Resonance in Medicine: Official Journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 49, 1019-1027 (2003).</li>
<li>Lee, S. P., Silva, A. C., Ugurbil, K., Kim, S. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusion-weighted+spin-echo+fMRI+at+9.4+T%3A+microvascular%2Ftissue+contribution+to+BOLD+signal+changes%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%3A+Official+Journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Diffusion-weighted spin-echo fMRI at 9.4 T: microvascular/tissue contribution to BOLD signal changes.</a> Magnetic Resonance in Medicine: Official Journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 42, 919-928 (1999).</li>
<li>Uludag, K., Muller-Bierl, B., Ugurbil, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+integrative+model+for+neuronal+activity-induced+signal+changes+for+gradient+and+spin+echo+functional+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">An integrative model for neuronal activity-induced signal changes for gradient and spin echo functional imaging.</a> NeuroImage. 48, 150-165 (2009).</li>
<li>Yacoub, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spin-echo+fMRI+in+humans+using+high+spatial+resolutions+and+high+magnetic+fields%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%3A+Official+Journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Spin-echo fMRI in humans using high spatial resolutions and high magnetic fields.</a> Magnetic Resonance in Medicine: Official Journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 49, 655-664 (2003).</li>
<li>Keilholz, S. D., Silva, A. C., Raman, M., Merkle, H., Koretsky, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+MRI+of+the+rodent+somatosensory+pathway+using+multislice+echo+planar+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%3A+Official+Journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Functional MRI of the rodent somatosensory pathway using multislice echo planar imaging.</a> Magnetic Resonance in Medicine: Official Journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 55, 316-324 (2006).</li>
<li>Keilholz, S. D., Silva, A. C., Raman, M., Merkle, H., Koretsky, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+MRI+of+the+rodent+somatosensory+pathway+using+multislice+echo+planar+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%3A+Official+Journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Functional MRI of the rodent somatosensory pathway using multislice echo planar imaging.</a> Magnetic Resonance in Medicine: Official Journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 52, 89-99 (2004).</li>
<li>Goloshevsky, A. G., Silva, A. C., Dodd, S. J., Koretsky, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((BOLD+fMRI+and+somatosensory+evoked+potentials+are+well+correlated+over+a+broad+range+of+frequency+content+of+somatosensory+stimulation+of+the+rat+forepaw%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Research%22%5BJournal%5D)">BOLD fMRI and somatosensory evoked potentials are well correlated over a broad range of frequency content of somatosensory stimulation of the rat forepaw.</a> Brain Research. 1195, 67-76 (2008).</li>
<li>Kida, I., Yamamoto, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stimulus+frequency+dependence+of+blood+oxygenation+level-dependent+functional+magnetic+resonance+imaging+signals+in+the+somatosensory+cortex+of+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience+Research%22%5BJournal%5D)">Stimulus frequency dependence of blood oxygenation level-dependent functional magnetic resonance imaging signals in the somatosensory cortex of rats.</a> Neuroscience Research. 62, 25-31 (2008).</li>
<li>Poirier, C., Boumans, T., Verhoye, M., Balthazart, J., Van der Linden, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Own-song+recognition+in+the+songbird+auditory+pathway%3A+selectivity+and+lateralization%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Neuroscience%3A+The+Official+Journal+of+the+Society+for+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Own-song recognition in the songbird auditory pathway: selectivity and lateralization.</a> The Journal of Neuroscience: The Official Journal of the Society for Neuroscience. 29, 2252-2258 (2009).</li>
<li>Poirier, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Own+song+selectivity+in+the+songbird+auditory+pathway%3A+suppression+by+norepinephrine%5BTitle%5D)+AND+%22PloS+ONE%22%5BJournal%5D)">Own song selectivity in the songbird auditory pathway: suppression by norepinephrine.</a> PloS ONE. 6, e20131(2011).</li>
<li>Logothetis, N. K., Pauls, J., Augath, M., Trinath, T., Oeltermann, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neurophysiological+investigation+of+the+basis+of+the+fMRI+signal%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Neurophysiological investigation of the basis of the fMRI signal.</a> Nature. 412, 150-157 (2001).</li>
</ol>

利害の衝突は宣言されていない。

本稿では、麻酔キンカチョウにおける聴覚刺激の神経基質の生体内での詳細な特性評価のために最適化されたプロトコルを記述します。 提示プロトコルに沿って、BOLD fMRIのを使用して、動物における脳機能の活性化研究の大半は、取得時に動物をanaesthetize。調査期間中に磁石環境とスキャナノイズにそれらを慣らすためのトレーニング動物も可能ではなく、時間がかかり、困難なので、めったに採用していないです。 麻酔は、関心のある生理学的反応にストレス誘発効果を最小化し、動物の取り扱いを容易にし、その効果は神経応答にと神経活動の間の伝達関数の両方とのfMRIで測定されたBOLD応答は、進行中の重要な研究課題であるが、 。したがって、AUDの間BOLD応答に対する麻酔の影響キンカチョウにおけるitory刺激は私たちの研究室2で検討した。したがって、キンカチョウ三広く使われている麻酔薬 - medetomodine、イソフルラン及びウレタン - 異なる神経伝達物質系に作用するが、検討した。その結果、...

<table><tbody><tr><td>イソフルラン麻酔薬</td><td>Isoflo</td><td>05260-05</td><td></td></tr><tr><td>PC-Sam ハードウェア/ソフトウェア</td><td>SA-Instruments</td><td></td><td>&lt;a href=&quot;http://www.i4sa.com&quot; target=&quot;_blank">http://www.i4sa.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>モニタリングおよびゲーティングシステム</td><td></td><td>1025</td><td></td></tr><tr><td>MR対応小型齧歯類用加温システム</td><td></td><td></td><td>Model 1025 対応</td></tr><tr><td>直腸温度プローブ</td><td></td><td>RTP-102B</td><td>7'', 0.044'' </td></tr><tr><td>7T MRスキャナー</td><td>Bruker Biospin</td><td>PHS 70/16</td><td></td></tr><tr><td>Paravision ソフトウェア</td><td></td><td>5.1</td><td></td></tr><tr><td>グラジエントインサート</td><td></td><td>BGA9S</td><td>400 mT/m, 300A, 500V</td></tr><tr><td>グラジエントアンプ</td><td>Copley Co., USA</td><td>C256</td><td></td></tr><tr><td>送信レゾネーター</td><td></td><td></td><td>内径: 72 mm, 送信専用, アクティブデカップリング</td></tr><tr><td>受信アンテナ - 20 mm クアドラチャー マウスヘッド</td><td></td><td></td><td>受信専用, アクティブデカップリング</td></tr><tr><td>WaveLab ソフトウェア</td><td>Steinberg</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Praat ソフトウェア</td><td>Paul Boersma, University of Amsterdam</td><td></td><td>&lt;a href=&quot;http://www.praat.org&quot; target=&quot;_blank">http://www.praat.org&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>非磁性ダイナミックスピーカー</td><td>Visation, Germany</td><td>HK 150</td><td></td></tr><tr><td>ファイバーオプティックマイクロホン</td><td>Optoacoustics,</td><td>Optimic 1160</td><td></td></tr><tr><td>サウンドアンプ</td><td>Phonic corporation</td><td>MM 1002a</td><td></td></tr><tr><td>プレゼンテーションソフトウェア</td><td>Neurobehavioral Systems Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>MRIcro</td><td>Chris Rorden</td><td></td><td>&lt;a href=&quot;http://www.cabiatl.com/mricro/mricro/&quot; target=&quot;_blank">http://www.cabiatl.com/mricro/mricro/&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>統計的パラメトリックマッピング (SPM)</td><td>Welcome Trust Centre for Neuroimaging</td><td>8</td><td>&lt;a href=&quot;http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/&quot; target=&quot;_blank">http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/&lt;/a&gt;</td></tr></tbody></table>

鳴禽類における聴覚刺激と機能的磁気共鳴画像法（fmri）

Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) with Auditory Stimulation in Songbirds

小鳥のさえずりの神経生物学は、人間の音声のためのモデルとして、行動の神経科学の研究の顕著な領域です。電気生理学、分子アプローチが異なるいくつかのニューロンに刺激、または脳の大部分で1つの刺激のどちらかの調査を可能にするのに対し、血液酸素化レベル依存（BOLD）機能的磁気共鳴画像法（fMRI）が両方の長所を組み合わせることができ、神経の活性を比較し、すなわち一度に脳全体に様々な刺激によって誘発される。鳴禽類におけるfMRIのは、それらの脳のサイズが小さいと、その骨と特に彼らの頭蓋骨が重要感受性アーティファクトを誘発する、数多くのエアキャビティを備えているため困難である。グラディエントエコー（GE）BOLD fMRIのは正常鳴禽1-5（審査のために、6を参照）に適用されている。これらの研究は、感受性アーチファクトのない領域であり、プライマリとセカンダリの聴覚脳領域、に焦点を当てた。しかし、プロシージャ興味のあるS字は、これらの地域を超えて発生する可能性があり、脳全体BOLD fMRIのは、これらの成果物の影響を受けにくいMRIシーケンスを使用して必要とされる。これは、スピンエコー（SE）BOLD fMRIの7,8を使用することによって達成することができる。本稿では、広範囲に鳥の鳴き声の行動の神経科学で研究15〜25グラムの体重の小さな小鳥であるキンカチョウ（Taeniopygiaののguttata）、この手法を使用する方法について説明します。小鳥にfMRIの研究の主なトピックは、曲の知覚と歌学習です。 SEの弱いBOLD感度（GEと比較して）ベースのfMRIのシーケンスと組み合わせ刺激の聴覚性質は、この技術の実装は非常に困難になります。

<html>我々はここに視覚的にキンカチョウの脳内の聴覚刺激の神経基質の成功のイメージングのための手順の最適化されたシーケンスを提示した。ブロックパラダイム（ 図2）のON / OFFに組み込むことができ、脳の差動反応を引き起こす可能性が音圧レベルの電位差をなくすために正規化される刺激における聴覚刺激の結果を調製するため、まず、記載された手順。 MRIは磁石のボア（ 図1）にそれをスキャンして位置決めするためのゼブラキンカチョウを準備した後、fMRIのを取得することができる。また、3次元の高解像度画像がキンカチョウアトラス9にデータを正規化するために取られる。最後に、データの前処理及び統計的分析は、得られた結果（ 図6）の可視化を可能にする。 69/4369fig1.jpg &quot;ALT =&quot;図1 &quot;のfo：コンテンツ幅=&quot; 4.5in &quot...

この記事では、機能的磁気共鳴画像法（fMRI）を使用して鳴き脳の聴覚刺激の神経基質のイメージングのための最適化された手順を示している。これは、音刺激の準備、被写体の位置決めとfMRIのデータの取得とその後の分析を説明しています。

鳴禽類における聴覚刺激と機能的磁気共鳴画像法（fMRI）

ヒトの音声言語のモデルとしての鳥類歌唱の神経生物学は、行動神経科学における顕著な研究領域である。電気生理学などの手法を用いる一方で、...

本手順の全体的な目的は、機能的MRIを用いて、ソングバードの脳における聴覚および歌制御領域での音の知覚と処理を正常に可視化するための最適化されたプロトコルを実証することです。これはまず、機能的MRI（fMRI）スキャニング中に鳥に提示するためのオン・オフ・ブロックパラダイムに組み込める、高品質な聴覚刺激を準備することによって達成されます。次のステップでは、まず麻酔を施し、次に適応させた動物用ベッドに配置して、その後MRIスキャナーのボア内に設置することで、スキャニングに向けた鳥の準備を行います。次に、聴覚刺激中のfMRI画像を取得します。最終ステップは、取得したMRIデータのプリプロセスであり、これにはゼブラフィンチアトラスへの画像正規化が含まれます。最終的に、統計的なボクセルベース解析を用いて、得られた結果を可視化し、聴覚刺激によって誘発された脳活性化部位を特定します。電気生理学、組織学、分子マッピングなどのタイヨウチョ類の研究で一般的に用いられる他の手法に対するこの手法の主な利点は、fMRIが非侵襲的なin vivo手法であることです。これにより、同一の個体を経時的に研究することが可能になり、また、調査対象のプロセスに関与する神経基質の局在に関する事前の仮説を立てることなく、脳全体を一度に解析することができます。この手法に不慣れな方は、鳥類への機能的MRIの適用がヒトやげっ歯類への適用とは大きく異なり、はるかに困難であるため、苦労するかもしれません。これは、対象となる鳥類の脳が小さいことだけでなく、頭蓋骨に多数の空洞があり、それが磁化率アーチファクトを誘発することに起因します。傾斜磁場シーケンスに比べてこれらのアーチファクトの影響を受けにくいスピンエコーシーケンスを用いることで、ソングバードの全脳機能イメージングを非常に高い空間特異性で実現することが可能です。なお、スキャナーのボアは狭い空間であるため、聴覚刺激が歪む可能性があります。したがって、本プロトコルの準備を始めるには、ファイバー optic マイクロホンを用いて 7 T MR システムのボア内で再生される音刺激を録音し、使用する MRI システムにおける歪みを確認します。ここでは、スキャナーの外と磁石ボア内の鳥の頭部の位置で録音されたホワイトノイズにより、強調された周波数と抑制された周波数が示されています。この人工的な強調を補正するために、提示された設定に基づき、wave lab ソフトウェアを用いて各刺激にイコライザー機能を適用します。このプロトコルでは、関数は画面に表示されているパラメータを持つガウスカーネルで構成されています。ここでは、歌の刺激は、特定の鳥のいくつかの個別の歌のモチーフと、そこに挟まれた無音期間で構成される必要があります。すべての刺激において、音と無音の合計時間が同一になるよう、これらの無音期間の長さを調整してください。各刺激の総時間は16秒であり、これは2枚のfMRI画像の収集時間に相当します。完全な刺激セットに統合する前に、調製用ソフトウェアを使用して、各楽曲の強度を整合された二乗平均平方根（RMS）に基づいて正規化し、400 hertzのハイパスフィルターを適用します。実験は、プレゼンテーション用ソフトウェアを用い、聴覚刺激期間と安静期間を交互に繰り返すオン・オフ・ブロックデザインで設計できます。各ブロックは、2枚の画像の撮像時間に相当する16秒間とし、各刺激タイプを25回ずつ提示することで、刺激および被験者ごとに50枚の画像を撮像します。条件の提示順序は、被験者内および被験者間でランダム化する必要があります。また、スキャナーからのトリガーを受信できるように実験パラダイムを設定してください。これにより、fMRIシーケンス内の各リピティションでスキャンが行われる際、スキャナーソフトウェアが聴覚提示ソフトウェアにトリガーを送信し、ソフトウェア側でスキャン番号を登録して対応するコマンドを実行することが保証されます。ここでは、成鳥のキンカチョウに使用して特に適したプロトコルを紹介します。キンカチョウは、12時間の明期と12時間の暗期からなる光周期の下で鳥籠内で飼育し、研究期間中は自由摂取で餌と水を提供してください。1回の実験あたりの最小個体数は15羽です。この数値は、スピンエコーfMRIの感度および、実験で測定される生物学的現象の個体間における自然な変動を考慮したものです。実験の準備として、まずプラスチックチューブを用いて嘴マスクをガスコントローラー装置に接続し、7 T MRシステムのMRIベッドに設置します。酸素および窒素のガスボトルを両方とも開き、ガスコントローラー装置の電源を入れます。また、フィードバック制御システムと温風装置の電源を入れます。次に、ゼブラフィンチの嘴をマスクに入れ、鳥が完全に麻酔されるまで頭部を固定し、酸素と窒素の混合ガス中に3% isof fluorine を導入して麻酔をかけます。麻酔の状態は、足先を軽く引くことで確認できます。鳥が完全に鎮静化すると、足を引き込まなくなります。また、鳥の目は閉じます。実験期間中の体温を測定するために総排泄腔温度プローブを挿入し、呼吸数をモニタリングするために腹部の下に空気圧センサーを配置します。次に、実験の間、鳥の体を固定するためにジャケットを装着させます。呼吸数を毎分40～100回の範囲内に維持し、体温を40°Cで一定に保ちます。呼吸数が低すぎる、または高すぎる場合は、それに応じて麻酔レベルを調整してください。問題が解消されない場合は、実験を中止し、動物を装置から取り出してください。回復させるために、ゼブラフィンチの頭部の両側に非磁性ダイナミックスピーカーを配置し、アンプに接続します。スピーカーの配線が温度プローブから離れていることを確認してください。配線が近いと、温度の読み取り値に影響を及ぼす可能性があります。距離が近すぎる場合は、表面RFコイルをキンカチョウの頭部の上に配置します。次に、キンカチョウをマグネットの中心に設置します。最後に、スキャン前に麻酔レベルを1.5%ISO fluorineまで下げます。スキャンを開始するために、まず磁石内における脳の位置を決定します。矢状面、水平面、および冠状面において、シングルスライス勾配エコー・スカウト画像を1セット取得し、さらに後の機能的スキャンのポジショニングに使用するマルチスライス・スカウト画像を取得します。次に、ランプ時間を1000 microsecondsに増やすことで、勾配のノイズを低減させます。次に、Rapid Acquisition Relaxation Enhanced（一般にRARE T2強調fMRIとして知られる）シーケンスを準備します。そして、脳全体をほぼカバーするように、矢状断方向のスライスを15枚設定します。次に、プレゼンテーションソフトウェアで聴覚プロトコルを選択し、聴覚プレゼンテーションソフトウェアがスキャナーからのトリガーを見逃さないようにします。まず、聴覚プロトコルを開始します。次に、プロトコルの読み込みが完全に完了したら、fMRIシーケンスを開始してください。各fMRI実験では、聴覚刺激を開始する前に、信号を定常状態に到達させるため、10枚のダミー画像を事前に取得する必要があります。データ収集が完了した後、データを64×64にゼロパディングします。機能ツールを用いて結果を予備的に確認し、データの品質を判定します。ParaVisionソフトウェアを使用して、すべてのオンブロックとベースラインの間の差分BOLD応答を算出します。一次聴覚野に活性化が見られない場合、技術的な問題や麻酔レベルの影響により、鳥が聴覚刺激を聴取または処理しなかった可能性があります。セットアップを確認し、測定を繰り返してください。機能的データの取得後、前のfMRIスキャンと同じ方向で解剖学的3D T2強調シーケンスを実行します。その後、このデータを256×256×256にゼロ充填します。最後に、キンカチョウをMRIベッドから取り出し、ヒートランプの下にあるケージ内で麻酔から回復させます。通常、キンカチョウがイソフルラン麻酔から回復するまでには5分もかかりません。数分後には鳥は立ち上がろうとし、完全に回復すると、ケージの底に座るのではなく枝に止まるようになります。ここでデータ処理を開始します。まず、MRデータをanalyze形式またはnifty形式に変換します。次に、SPMでデータ処理を開始する前に、ボクセルサイズを10倍にすることで、ソングバードのfMRIデータを適合させる必要があります。fMRI解析ソフトウェアはヒトで取得されたfMRIデータを処理するように開発されているため、MRI Crowソフトウェアを用いて鳥のfMRIデータのボクセルサイズを人工的に大きくすることが、最も簡便な進め方です。この調整がデータ自体に影響を与えないことに注意してください。再サンプリングやその他のデータ修正は行われません。次に、取得したデータを前処理します。SPM8を用いて、まずfMRIデータを再アライメントし、解剖学的3DデータセットをfMRIタイムシリーズに共登録します。その後、3Dデータおよび共登録済みfMRIタイムシリーズをキンカチョウ脳MRIアトラスに正規化します。変換行列をfMRIデータセットに適用し、0.5 mmのガウスカーネルを用いてデータを平滑化します。次に、SPM8を用いて統計的なボクセルベース解析を行い、まず個々の鳥レベルで解析し、続いてグループレベルでの解析を行います。最後に、結果を可視化して機能的活性化部位を特定するため、統計パラメトリックマップを高解像度3Dゼブラフィンチ脳アトラスであるゼブラフィンチアトラス上に投影します。なお、本解析で使用した立体定位座標は、Bioimaging labにおけるMRIアトラスデータセットとして、本実験のために設計されたものです。脳の境界線および核の境界線は、こちらのウェブサイトから無料で入手可能です。ここでは、左半球の3D表現の側面図が示されており、アトラスから抽出された境界構造が正中矢状面に投影されています。ここでは、安静時と比較して、異なる聴覚刺激によって誘発された一次聴覚野（領域L）および隣接する二次聴覚野におけるfMRIのBOLD反応の例を確認できます。T値は図に示されたスケールに従って色分けされており、T検定で有意であると判断されたボクセルののみが表示されています。これはキンカチョウを用いたfMRI実験のもう一つの例です。画像は、脳領域のarea XMLDおよびHVCにおける、鳥自身の歌に対する選択的な反応を示しています。画像の下の数値は、正中線からの座標をミリメートルで示したものです。正の符号は、切片および統計結果が右半球のものであることを示しています。このビデオで説明しているプロトコルは、ムクドリなどの他のソングバードへの応用にも容易に適応させることができます。これは、このようなfMRI実験の結果の例です。ムクドリにおいて、図は同一個体における季節ごとの、安静時に対する聴覚刺激によって誘発された活性化を示しています。ソングバードにおける機能的MRIの実装と最適化は、ソングバード研究の分野に新たな研究道を切り開きます。この手法は、これらの動物モデルにおける音声コミュニケーションの根底にある複雑な感覚運動および認知プロセスの実験的解析において、価値のある技術であることがすでに示されています。さらに、非侵襲的であり全脳的なアプローチが可能であるため、fMRIは、より一般的に行われている局所的かつ侵襲的な手法を補完する方法として利用できます。ミツスイ（SUNBIRDS）におけるfMRI実験の増加は、認知研究への問いに対する適用可能性を証明しています。今後の取り組みとしては、MRI実験を聴覚処理（麻酔下でも活性を維持するプロセスである）以外にさらに広げるため、イメージングプロトコルに慣らした覚醒個体を用いることが挙げられます。これにより、鳥がEMI実験に能動的に参加でき、かつ鳥の注意力を実験的に制御できるという、新たな研究の可能性が開かれるかもしれません。

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Research

JoVE Journal

Behavior

行動

聴覚処理は、音声や音楽関連の処理の基礎となっています。経頭蓋磁気刺激（TMS）を認知、感覚と運動のシステムを研究するために正常に使用されているが、まれにオーディションを受けるために適用されていません。ここでは、聴覚皮質の機能的な組織を理解することは機能的磁気共鳴画像法と組み合わせるTMSを検討した。...

機能イメージングによるヒト聴覚皮質上のシータバースト刺激の後遺症のマッピング

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超音波血液脳関門の破壊とマンガン増強MRIを用いた脳機能イメージングの試み

出典:ガレンチクちゃん、A.、他.広視野網膜刺激による視覚野の機能的磁気共鳴画像法(fMRI)。J. Vis. Exp.

視覚野の血中酸素レベル依存性機能的磁気共鳴画像法

我々は、操られた音響信号と小鳥の自然聴覚フィードバックを交換するのに適した小型化されたヘッドフォンの設計と組立を説明します。オンライン音声処理ハードウェアは、歌の出力を操作するヘッドフォンを介して聴覚フィードバックにおけるリアルタイムエラーを導入すると、ボーカルの運動学習を駆動するために使用される。...

鳴禽類には聴覚フィードバックを操作するための軽量、ヘッドフォンベースのシステム

哺乳動物における聴覚系の機能的研究は、伝統的に、このような電気生理学的記録のような空間的に焦点を当てた技術を用いて行われている。以下のプロトコルは、機能的磁気共鳴画像法を用いてネコ聴覚皮質における誘発血行力​​学的活性の大規模パターンを可視化する方法が記載されている。...

ハイフィールドのfMRIを使って大人の猫における聴覚皮質の機能イメージング

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私たちは、一般的に使用されているよりも多くの視野を利用して視覚野機能をマッピングする技術を開発しました。このアプローチは、視力障害や眼疾患の評価を高める可能性を秘めています。...

広視野網膜トピック刺激による視覚野の機能的磁気共鳴画像法(fMRI)

言語の進化を研究するためには、ヒトの脳のメカニズムとヒト以外の霊長類の脳のメカニズムを比較することが重要です。私たちは、覚醒状態の動物の脳波を非侵襲的に測定する方法を開発しました。これにより、人間と動物に害を与えることなく、長期的に人間と動物の脳波データを直接比較することができます。...

覚醒したマーモセットにおける脳波測定 同種の発声を聞く 

同時脳波（EEG）と機能的磁気共鳴画像（fMRI）は、強力な神経画像ツールです。しかし、MRIスキャナの内部には、スキャナ内部のEEG機器を操作するたびに、EEGデータ記録と安全性を考慮しなければならないため困難な環境を形成している。ここでは、最適化されたEEG-fMRIのデータ収集プロトコルを提示します。...

同時fMRIの中の高品質脳波データの取得のための最も良い現在の習慣

学ぶfMRIを用いた鳴禽類の聴覚処理と神経基盤の可視化法。麻酔下で音声刺激を提示し、ゼブラフィンチの脳活動を非侵襲的にイメージングするプロトコルを解説。縦断的研究や全脳アプローチに有用です。

鳴禽類における聴覚刺激と機能的磁気共鳴画像法（fMRI）

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