Name: 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 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-02-19T14:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 50 s
Description: 学ぶ高磁場fMRIを用いた猫の聴覚皮質機能イメージング法。全身麻酔下で音声刺激に対する脳活動を可視化し、哺乳類の聴覚処理メカニズムを解明する非侵襲的アプローチを習得できます。

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著者らは、MRI互換のそりを設計されたカスタムRFコイルを設計したカイル·ギルバート、そしてケビン·バーカーの貢献を感謝したい。この作品は、健康の研究（CIHR）、カナダ自然科学工学研究評議会（NSERC）、およびイノベーションのためのカナダの財団（CFI）のカナダの協会によってサポートされていました。

次の手順では、ネコが使用される麻酔した任意のイメージング実験に適用することができる。特に聴覚実験（1.1から1.7、2.8、4.1ステップ）に必要な手順は他の感覚刺激プロトコルに対応するように変更することができます。 すべての実験手順はウェスタンオンタリオ大学の動物管理上の大学審議会の動物への使用小委員会からの承認を受け、動物管理カナダ評議会（CCAC）44で指定されたガイドラインに従った。概説された実験は、回復への動物の準備から約150分を必要とします。実験の時間経過を図1に示されている。 1。刺激機器の準備 図2は、MRIスキャナ内の聴覚刺激を発生させるために必要な電子部品とそれに対応する接続を示しています。要件は、Fのとおりです。ollows：コンピュータ、外付けのサウンドカード、ステレオパワーアンプやfMRIの互換イヤホンシステム。 <ol><li>ユニバーサルシリアルバス（USB）ケーブルを介して外部のサウンドカードに聴覚刺激を提示するために使用されるコンピュータを接続します。 </li><li>ステレオ·パワーアンプの入力ポートに外部サウンドカードの出力ポートとを接続するケーブルを接続します。 </li><li> fMRIの互換イヤホンシステムのトランスボックスの入力ポートにステレオパワーアンプの出力ポートとを接続するケーブルを接続します。 </li><li>変圧器ボックスの出力ポートにバイノーラルイヤホンを接続してください。 </li><li>スキャナ室の外の侵入パネルにトランスボックスを接続するには、BNC接続でシールド同軸ケーブルを使用してください。 </li><li>スキャナ室の内部浸透パネル上の対応するBNCポートにイヤホンケーブルアセンブリを接続します。 </li><li>フォームイヤーチップはその後イヤホントンを接続イヤホンに接続するケーブルアセンブリO。その音はイヤホンにコンピュータから送信されているかどうかを確認するテストの聴覚刺激を実行します。イヤホンを外し、動物の準備段階（ステップ2.7）の間に猫の耳にしっかりとフォームイヤーチップを挿入します。 </li></ol> 2。動物の準備<ol><li>猫をpremedicateするには、皮下（SC）注射により鎮静硫酸アトロピンの混合物（0.02 mg / kg）を、およびアセプロマジン（0.02 mg / kgの）を管理。 </li><li> 20分後、麻酔を誘導するために筋肉内（IM）注射を介してケタミン（4 mg / kg）をし、デクスメデトミジン塩酸塩（0.02〜0.03 mg / kgの）を管理。ケタミンは、通常、ケタミンを単独で用いた場合に45一般的に観察さ振戦および筋肉の硬直を減少させるために、この場合、デクスメデトミジン塩酸塩、鎮静及び筋弛緩剤と組み合わされる。この麻酔薬の組み合わせは、一般的に鎮静の約150分を誘導し、頻繁に誘導するために獣医学的に使用されている小動物における麻酔。 </li><li>猫はその立ち直り反射を失った後は、手術中の乾燥を防ぐために、目に眼軟膏を適用します。ケタミンの静脈内送達のための内側伏在静脈に留置カテーテルを配置します。 </li><li>猫が足を撤回するかどうかを観察し、前足につま先をつまんで成功した麻酔導入のためのテスト。ペダル反射が消えたら、4.0〜4.5気管内チューブを挿管し、猫を咽頭壁にリドカイン噴霧することにより、咽頭反射を抑制する。 </li><li>ケタミンの定速注入（0.6から0.75 mg / kgの/時）および1〜1.5リットル/分で100％酸素で配信吸入イソフルラン（0.4から0.5パーセント）と撮像セッションを通して麻酔を維持。シリンジポンプにシリンジを配置し、60ミリリットルの注射器に生理食塩水を60ミリリットルとケタミンの0.07ミリリットルを兼ね備えています。このステップは、猫premedicating前に行うことができる。 </li><li> MRI適合Sの床に温かいワックスで満たされた加熱パッドを配置主導（ 図3aおよび図3c）はそりの内壁の周りに絶縁性のプラスチックプチプチを重ね。 </li><li> MRI互換のそり（ 図3c）における絶縁プチ ​​プチ内胸骨の位置に猫を配置します。 </li><li>猫が配置されると、耳へのアクセスを得るために、ヘッドを調整する。深い外耳道にそれぞれの耳の先端を挿入し、可能な限り最小の直径にフォームイヤチップをロールバックします。挿入されると、フォームイヤーチップは、外耳道の中にスペースを埋めるために展開する必要があります。 </li><li>そのヘッドが適切に3チャンネルの無線周波数（RF）コイル（ 図3b）内に配置されるまで、猫を調整します。音響減衰低反発（ 図3d）で頭を安定させる。スキャナノイズの追加の減衰を提供するために、耳の周りに泡を配置します。 </li><li>スキャナベッドにそりを確保し、輸送し、プラスチック製のプチプチの絶縁毛布に猫をラップします。 </li><li>猫への輸液ライン、麻酔デリバリーチューブや監視装置を接続します。浸透パネルに取り付けイヤホンケーブルアセンブリにイヤホンを接続してください。 </li><li>麻酔の深さに基づいて、必要に応じて、0.6 mg / kgの/時間ベースの流速でケタミン注入を開始し、次に、流量を増加させる。解剖学的スキャンが収集された後、最初のイソフルラン投与量を0.5％に設定し、その後0.4％に減少する。 </li><li>監視およびスキャナボアから適切な距離に配置MRI適合性監視装置を用いた実験を通してネコの血中酸素飽和度、呼吸終期CO 2レベル、心拍数、呼吸数および直腸温度を（可能な場合）を記録する。 表1この手順の実行が成功するための生理学的測定の値と範囲を意味する。心拍数や呼吸数の着実な増加は通常、麻酔からの差し迫った回復に関連している。 </li><li>秒後にessionが完了し、そりから猫を取り除く。動物が完全に回復するまで加熱パッド、タオルで補助加熱を提供し続ける。咽頭反射が戻ると、気管内チューブを取り外します。正向反射が施設に動物を戻し、その後回復するまで猫を監視します。実験からの悪影響のないことを確認するための手順の翌日動物を評価する。 </li></ol> 3。脳撮像<ol><li>アキシャルスライス向きで猫の脳の解剖学的スキャンを収集します。 TR = 750ミリ秒、TE = 8ミリ秒= 256×256マトリクス、X 1.0ミリメートル取得ボクセルサイズ= 281ミクロンX 281程度でフラッシュ撮影シーケンス：解剖学的基準ボリュームに対して次の撮像パラメータを使用してください。解剖学的スキャンの持続時間は約6分、図4（左パネル）指定されたパラメータを用いて得られたサンプルの解剖学的画像スライスを提供している。 </li><li>のfunctioのため、次の撮影パラメータを使用して、NALボリューム：TR = 1,000ミリ秒、TE = 15ミリ秒、3セグメント/プレーン、21×1ミリメートルのスライスにセグメント化されたインターリーブされたエコープラナー買収（EPI）、マトリックス= 96×96;視野= 72ミリメートル×72 MM、取得ボクセルサイズ=×0.75ミリメートル×1.0ミリメートル0.75ミリメートル;取得時間= 3秒/ボリューム4（右パネル） の図は、指定されたパラメータを使用して得られた試料機能画像スライスを提供します。 </li></ol> 4。刺激提示<ol><li>聴覚刺激が30秒間再生されたブロックの設計に広帯域白色雑音刺激（0-25 kHzの、5ミリ秒の立ち上がり/立ち下がり時間、1プレゼンテーションと100ミリ秒のバースト毎に200ミリ秒、90〜100デシベルSPL）を提示し、 30秒のベースライン（無刺激）状態（ 図5）と交互に。音響的に誘発BOLD活性聴覚皮質で観察されるまで、この手順を繰り返します。ブロックデザインを用いて、各機能の実行の持続時間は90ボリュームに対して約4.5分である。 </li><li> APに刺激を提示機能実行の希望数のpropriateブロック設計構成。 </li></ol> 5。データ解析<ol><li>獲得した機能的なボリュームを処理するために、適切なfMRIの解析ソフトウェア（ 例えば 、SPM、FSL）を選択します。 </li><li>参照解剖学的スキャンに時間的に近い取得したボリュームに、各機能のボリュームを再調整。ステップ5.6で使用するための結果の動き補正値を保存します。回転ヘッドの動きが1°または翻訳頭の動きが1ミリメートルを超えを超えている任意の機能の実行を除外します。 </li><li>参照解剖学的スキャンとCoregister各ボリューム。 </li><li> 2ミリメートル半値全幅（FWHM）のガウスフィルタで各ボリュームを滑らかに。 </li><li>一般線形モデル（GLM）への回帰として、ON-OFFの刺激ブロックの設計に対応している方形波（ボックスカー）機能が組み込まれています。 </li><li>運動関連の成果物を考慮して興味のない説明変数として動き補正値を組み込む。 Uを適用BOLD活性化のクラスタを表示するには、GLMの結果にP = 0.001の統計的しきい値をncorrected。クラスタレベルでP &lt;0.05のしきい値：訂正さ（FWE家族単位の誤差）を満たす最小のクラスタのサイズを決定します。関心領域の統計学的に有意なクラスターを表示するには、この値にクラスタのエクステントのしきい値を設定します。 </li><li>ベースラインのブロックの間に刺激をブロックし、平均BOLD信号中の平均BOLD信号との差として、各ボクセルでBOLD％の信号変化（PSC）を定義します。 </li></ol>

著者は、財務またはその他の利害の対立を、宣言していません。

（I）皮質反応に対する麻酔の影響は、バックグラウンドのスキャナノイズ（II）の影響、及び（iii）の最適化：聴覚機能の麻酔をかけた動物モデルのためのfMRI実験を設計する際には、以下の問題が慎重に検討を与えられるべきである実験手順のデータ収集段階である。 麻酔された調製物は、鎮静作用の持続期間を生成し、機能イメージングセッション中に潜在的な頭部の動きを最小限にするという重要な利点を提供するが、麻酔は、皮質血行動態に影響を与えることが知られている。このプロトコルで説明麻酔薬は、一般的に猫の聴覚46-48と視覚野26-28,42の機能イメージング（イソフルラン）の研究をそれぞれ電気生理学（ケタミン）で使用されている。ケタミンは、最小限の皮質自発活動49に影響を与えることが知られているが、脳代謝、従って時間を減少させることが示されている10ミリグラムの用量でラットの聴覚皮質におけるemodynamic応答は/ 50をキロ。しかし、この手順（4 mg / kg）の中で推奨される用...

哺乳類における聴覚処理の現在の理解は主にサル1-5、フェレット6月10日、11月14日コウモリ、げっ歯類15〜19、および20〜24猫に侵襲的な電気生理学的研究から派生しています。電気生理学的技術は、一般に、電極先端の周囲の神経組織の小領域内の単一および複数のニューロンの活動を記録するために、細胞外微小電極を利用する。このような光イメージングや機能的磁気共鳴画像法（fMRI）などの機能的画像検査法を確立し、脳の複数の空間的に別個の領域を越え、同時主導型取引の巨視的な視点を提供することにより、細胞外記録するための有用な補完を提供しています。内因性シグナル光学イメージングは​​fMRIのは、血液酸素レベル依存（BOLD）を利用しながら、表面組織の反射特性の活動に関連した変化を測定することにより、脳内の誘発活動の可視化を容易に特定のタスクの実行中にアクティブになっている脳領域における刺激誘発血行動態の変化を測定するとは対照的。光学イメージングは、刺激誘発作用25に関連している表面組織の反射率の変化を測定するに皮質表面の直接の露出を必要とします。比較では、fMRIのは、非侵襲的であり、完全な頭蓋骨内皮質表面26〜28と溝ベース27,29誘発活性の両方を測定するために、脱酸素化血液の常磁性特性を利用している。ヒト以外の霊長類の視覚野30において、人間の聴覚皮質31の太字の信号と神経活動の間に強い相関が感覚機能を研究するための有用なツールとしてのfMRIを検証します。 fMRIのは、そのようなtonotopic組織32〜36、聴覚機能37の定位、皮質活性化のパターンは、皮質領域38の識別、音の効果のような聴覚路の機能を研究するために広く使用されているので聴覚応答特性39,40、およびヒト、サルおよびラットモデルにおけるBOLD応答時間コース29,41の特性上の強度、ネコにおける聴覚機能を研究するための適切な官能撮影プロトコルの開発に有用であるが、補体を提供する機能イメージング文学。 fMRIのも、麻酔ネコ26-28,42における視覚皮質の様々な機能的側面 ​​を探求するために使用されてきたが、いくつかの研究では、猫の聴覚皮質に感覚処理を調べるためにこのテクニックを使用している。本プロトコルの目的は、麻酔したネコの聴覚皮質における機能を定量化するためのfMRIを用いた効果的な方法を確立することである。本稿で概説した実験手順は正常成体ネコ聴覚野43にBOLD応答の時間経過の特徴を記述するために使用されてきた。

<table><tbody><tr><td colspan="4">Materials</td></tr><tr><td>アトロピン硫酸塩注 0.5 mg/ml</td><td>垂木 8 製品</td><td></td><td></td></tr><tr><td>アセプロマジン 5 mg/ml</td><td>Vetoquinol Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>塩酸ケタミン 100 mg/ml</td><td>Bimeda-MTC</td><td></td><td></td></tr><tr><td>デクスメデトミジン塩酸塩 (デキスドミトール 0.5 mg/ml)</td><td>オリオン ファーマ</td><td></td><td></td></tr><tr><td>イソフルラン 99.9%</td><td>アボット ラボラトリーズ</td><td></td><td></td></tr><tr><td>リドカイン (キシロカイン 気管内 10 mg/定量)</td><td>アストラ ゼネカ</td><td></td><td></td></tr><tr><td>潤滑光学軟膏 (リフレッシュ ラクリ ルーブ)</td><td>アラガン株式会社</td><td></td><td></td></tr><tr><td>生理食塩水0.95%</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>IVカテーテル22g(翼)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>IVエクステンションセット</td><td>Codan US Corp.</td><td>BC 269</td><td></td></tr><tr><td>IV 投与セット 10点滴/ml</td><td></td><td></td><td></td></tr> 気<tr><td>管内チューブ 4.0</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>ヒーティングパッド(寄り添い金庫)</td><td>Lenric C21 Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>シリンジ 60 ml</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td colspan="4">Equipment</td></tr><tr><td>外部サウンドカード</td><td>ローランド株式会社</td><td>Cakewalk UA-25EX</td><td></td></tr><tr><td>ステレオパワーアンプ</td><td>Pyle Audio Inc.</td><td>Pyle Pro PCAU11</td><td></td></tr><tr><td>MRI対応インサートイヤホンシステム</td><td>センシメトリック・コーポレーション</td><td>S14</td><td></td></tr>型 <tr><td>インサートイヤホン用フォームイヤーチップ</td><td>E-A-R 聴覚システム</td><td>Earlink 3B</td><td></td></tr><tr><td>呼気終末<>サブ2</サブ>モニター</td><td>Nellcor</td><td>N-85</td><td></td></tr><tr><td>MRI対応パルスオキシメータ</td><td>ノニンメディカル</td><td>モデル7500</td><td></td></tr><tr><td>シリンジポンプ</td><td>ハーバード装置</td><td>70-2208</td><td></td></tr></tbody></table>

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

Functional Imaging of Auditory Cortex in Adult Cats using High-field fMRI

哺乳類の聴覚系における感覚処理の現在の知識は主にサル、フェレット、コウモリ、げっ歯類、およびネコを含む種々の動物モデルでの電気生理学的研究から派生しています。聴覚機能のヒトおよび動物モデルの間の適切な類似点を描画するためには、人間の機能イメージング研究および動物電気生理学的研究の間のブリッジを確立することが重要である。機能的磁気共鳴画像法（fMRI）は、大脳皮質の異なる領域にわたって血行力学活性の広いパターンを測定する確立された、低侵襲的方法である。この技術は、広く、人間の脳における感覚機能をプローブするために使用され、ヒトおよび動物の両方における聴覚処理の研究を連結するのに有用なツールであり、正常サルおよびげっ歯類における聴覚機能を調査するために使用されている。次のプロトコルは、麻酔、成人で聴覚機能を調査するための実験手順について説明しますfMRIのを使って聴覚野の刺激誘発血行動態の変化を測定することにより、猫。この方法は、このように、哺乳類の聴覚皮質の種に依存しない機能のより良い理解につながる聴覚機能の異なるモデル間で血行動態の応答の比較を容易にします。

代表的な機能のデータは、7T水平ボアスキャナで取得し、MATLABでの統計的パラメトリックマッピングツールボックスを用いて分析した。聴覚刺激に対してロバスト皮質血行動態応答が一貫して記述実験プロトコル43を使用して、猫に観察されている。 図6は、ブロックの設計で提示30秒の広帯域ノイズ刺激に応答した2匹の動物に太字の活性化を示している。ベースラインに対して広帯域ノイズ（無刺激）のt統計マップは2画像のスライス面のコントラスト聴覚皮質（ 図6aおよび6dに二国間の音響的に誘発作用の連続クラスターを明らかにし、クラスタレベルFWE補正されたしきい値：P &lt; 0.05）。それぞれ図6aおよび6dにハイライトされたボクセルの単一の機能の実行中に、BOLD信号の数値6bと6eはショーの変調を、。方形波一般線形モデルのフィット感、1は太字の信号がブロックのON-OFFのパターンと同様に聴...

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

Current knowledge of sensory processing in the mammalian auditory system is mainly derived from electrophysiological studies in a variety of animal ...

この手順の全体的な目標は、高磁場機能磁気共鳴画像法を使用して、猫の無傷の聴覚皮質を機能的に画像化することです。これは、最初に刺激物を提示するための音響機器を準備することによって達成されます。2番目のステップは、麻酔をかけ、MRI対応のそりに猫を位置決めしてスキャンする準備をすることです。次に、刺激提示中に全脳にわたって解剖学的および機能的な画像が収集されます。最後のステップは、刺激提示中の脳の活性化レベルを定量化するために画像を処理することです。最終的に、機能イメージングは、無傷の猫聴覚皮質での音の提示中の活性化の程度を示すために使用されます。この方法は、聴覚皮質の階層の存在など、聴覚機能における重要な質問に答えるために使用できます。光学イメージングなどの既存の方法に対するこの技術の主な利点は、FMRIが非侵襲的であり、無傷の頭蓋骨内の機能的な皮質活動を測定できることです。この方法は、聴覚機能への洞察を提供することができ、視覚や体性感覚などの他の感覚モダリティに適用することができます。手順のデモンストレーションは、登録獣医技術者のパム・ニクソンと、私たちの研究室の大学院生であるエイミー・ホールです。このプロトコルに記載されているすべての動物手順は、実験前に所属機関の動物使用委員会から承認を受ける必要があります。このプロトコルの準備を開始するには、まず、USBケーブルを介して外部サウンドカードに聴覚刺激を提示するために使用されるコンピューターを接続します。次に、外部サウンドカードの出力ポートをステレオパワーアンプの入力ポートに接続するケーブルを接続します。次に、ステレオパワーの出力ポートを接続するケーブルを接続します amplifierFMRI対応イヤホンシステムのトランスボックスの入力ポートに。BNC接続のシールド付き同軸ケーブルを使用して、トランスボックスをスキャナールームの外のペネトレーションパネルに接続します。次に、イヤホンケーブルアセンブリをペネトレーションパネルの対応するBNCポートに接続します。スキャナールーム内で、フォームイヤーチップをイヤホンに接続します。次に、イヤホンをケーブルアセンブリに接続します。テスト用の聴覚刺激を実行して、コンピュータからイヤホンに音が伝わっていることを確認します。イヤホンを外し、フォームアートを猫の耳にしっかりと挿入します 動物の準備段階で。まず、60ミリリットルのシリンジに60ミリリットルの生理食塩水と0.07ミリリットルのケタミンを合わせてイメージングしながら麻酔を維持するためのシリンジポンプをセットし、シリンジポンプに入れます。次に、硫酸アトロピンとSUPプロマジンの鎮静剤混合物を皮下注射で投与します。.20分後、ケタミンとdミート塩酸塩を筋肉内注射で投与し、麻酔を誘発します。.猫が筆記反射を失ったら、処置中

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神経科学

この資料では、3Tのスキャナを用いたヒト脳および皮質下構造で1.2mmのサンプリングで高解像度の機能的磁気共鳴イメージングを実行するテクニックについて説明します。例として、与えられた人間の上丘（SC）における視覚刺激の地形図を解決するためにこれらの技術の使用。...

人間の中脳の高解像度機能的磁気共鳴画像法

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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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ウィスカー刺激中のラットバレル皮質の機能的磁気共鳴分光法

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リバーシブルの冷却誘起 Deactivations 歩行猫障害メモリへの皮質の貢献を研究するには

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改良導かれるアブレーションのラット聴覚野と脳の病変の局在

(呼ばれる S1BF) 対応する体性感覚バレル フィールド皮質領域が正しく磁気共鳴イメージング (大胆な fMRI) 活性化、主要な血の酸素のレベルに応じた機能によるチェック後本研究の目的は乳酸含量を定量化するにはローカライズされたプロトン磁気共鳴分光法 (1H-MRS) 7 t...

7 機能的磁気共鳴分光ウィスカ アクティベーション中にラットのバレル皮質の T

このプロトコルは、機能的超音波(fUS)を用いたマウス脳における容積脳血力学的変動の定量化を記述する。感覚刺激に続く3D機能活性化マップの手順と安静状態機能接続性は、麻酔および覚醒マウスにおける例示例として提供される。...

経頭蓋機能超音波画像を用いたマウスにおける脳全体3D活性化と機能結合性マッピング

覚醒した頭部固定ラットの機能的イメージングのための詳細な新しい手順が記載されている。...

覚醒した頭部固定ラットのニューロイメージングのための頭部インプラント

ここでは、ラットとマウスの高密度微小皮質電位法(μEcoG)記録のための2つのプロトコル(外科手術、移植、記録方法を含む)を紹介します。μECoG記録は、ラット聴覚皮質における層流ポリトロード記録、またはマウス体性感覚皮質における神経活動の光遺伝学的操作と組み合わせて行われます。...

げっ歯類における層流ポリトロードと光遺伝学とマイクロ皮質電図法の統合による皮質処理のマルチスケール研究

学ぶ高磁場fMRIを用いた猫の聴覚皮質機能イメージング法。全身麻酔下で音声刺激に対する脳活動を可視化し、哺乳類の聴覚処理メカニズムを解明する非侵襲的アプローチを習得できます。

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