Name: 명금의 청각 자극 기능성 자기 공명 영상 (fMRI) (동영상) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-06-03T08:56:00.000+00:00
Duration: 13 min 5 s
Description: 학습하세요 명금의 청각 자극 기능성 자기 공명 영상(fMRI) 방법을 통해 소리 인식과 처리를 시각화하는 최적화된 프로토콜을. 얼룩제비조뱅어리를 대상으로 비침습적 뇌 활동 측정 및 통계적 복셀 분석을 수행합니다.

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이 연구는 연구 재단의 보조금에 의해 지원되었다 - 플랑드르 (FWO 프로젝트 NR G.0420.02 및 G.0443.11N), 앤트워프 대학에서 헤라클레스 재단 (부여 NR AUHA0012), 공동 연구 작업 (GOA 자금) 및 부분적으로 EC가 후원 - FP6 프로젝트는 참 LSHB-CT-2005-512146와 EC - FP6 프로젝트 에밀 A.VdL에 LSHC-CT-2004-503569는. 플랑드르 (FWO) - G.DG와 CP는 연구 재단의 박사 후 연구원입니다.

1. 청각 자극의 준비 <ol><li> 7T MR 시스템의 구멍 안에 재생되는 동안 소리 자극을 기록 첫번째로 올려주세요. 보어는 특정 청각 주파수의 향상의 결과 청각 자극을 왜곡 할 수있는 밀폐 된 공간입니다. 그림 1은 강화하고 자석에서 새의 머리의 위치에 만든 화이트 노이즈 우리의 녹음으로 표시 억제 주파수를 사용하여 구멍을 보여줍니다 광섬유 마이크 (Optimic 1160 Optoacoustics). 이 인공적인 개선을 보상하기 위해, 이퀄라이저 기능은 웨이브 랩 소프트웨어를 사용하여 각 자극에 적용됩니다. 최대 진폭 : 우리의 특정 설정에, 함수는 다음 매개 변수를 사용하여 가우시안 커널 구성-20dB : 0.05 옥타브 (우리 시스템의 범위는 2,500-5,000 Hz의에 해당) 3,750 Hz의 폭을 중심으로. </li><li> 노래 자극이 침묵의 기간과 인터리브 각 조류의 여러 개의 개별 곡을 모티브로 구성됩니다. D이러한 침묵 기간해서 만들었 사운드는 모든 자극에 동일한 침묵의 총량을 유지하도록 조정됩니다. 이 구조는 노래 길이의 자연 내 개인과 개인간 가변성을 절약합니다. 각 자극의 총 길이는 16 초입니다. 각 노래의 강도 측면에서 정규화 전체 자극 (노래와 침묵 기간)에 통합되기 전에 400 Hz로 필터링 제곱 평균 제곱근과 하이 패스 일치. 이 조작은 Praat 소프트웨어를 사용하여 수행됩니다. </li><li> 실험은 ON / 휴식 기간 (블록 OFF) (그림 2)와 블록 디자인 교류 청각 자극 기간 (블록 ON) OFF로 구성되어 있습니다. 각 블록 (OFF ON과 2) 이미지 획득 시간 (취득 아래 참조)에 해당하는 16 초, 지속됩니다. 각 자극 유형은 자극 당과 피사체 당 50 이미지의 인수의 결과로, 25 시간 제공됩니다. 조건의 표시 순서는 내부와 사이에 무작위한다주제. 자극이 무작위 순서는 프리젠 테이션 소프트웨어에 코딩 할 수 있습니다. </li></ol> 2. 제목 준비 2.1 제목 및 그룹 크기 여기에서 우리는 특히 어른 얼룩말 핀치의 사용에 적합한 프로토콜을 제시한다. 종의 선택은 과학적 질문에 따라 달라집니다. 그러나 마취 조류 안정성과 같은 다른 고려 사항도 고려 될 수있다. 얼룩말 핀치 (Taeniopygia guttata)는 12 시간 빛 아래 새장에 보관해야합니다 12 시간 어두운 광주와 연구 전반에 걸쳐 음식과 물을 광고 무제한으로 액세스 할 수 있습니다. 실험 당 개인의 최소 수는 15입니다. 이 번호는 계정에 스핀 에코 fMRI를하고 실험에서 측정 된 생물학적 현상의 자연 개인간 변화의 민감도를합니다. 2.2 설치의 설치 및 동물의 준비 (사양사용되는 장비, 우리는)​​이 문서의 끝 부분에 특정 시약 및 장비의 목록을 참조하십시오 <ol><li> 7T MR 시스템의 MRI 침대에 부리 마스크를 설치하고 플라스틱 튜브 가스 제어 장치에 연결합니다. 산소와 질소 가스 병 및 가스 제어 장치 (:; : 400 CC / min의 질소 200 CC / min의 유량 산소)의 스위치를 모두 엽니 다. </li></ol> 위에서 언급 한 바와 같이, 7T MR 시스템은 제시된 설치에 사용됩니다. 다른 필드의 강점 다른 MR 시스템도 가능하지만, 7T에 좋은 타협 신호 대 잡음 비율과 감수성 인공물의 정도 (설명 참조) 사이에 도달합니다. 높은 전계 강도에서의 신호 대 잡음 비율은 감수성 인공물의 정도와 함께 증가합니다. <ol start="2"><li> 피드백 제어 시스템과 따뜻한 공기 흐름 장치의 전원을 켭니다. </li><li> 부리를 도입하여 산소와 질소의 혼합물에서 isoflurane을 3 %로 얼룩말 핀치 마취시키다마스크에와 조류가 완전히 anesthetised 때까지 머리를 들고입니다. 이 부드럽게 발을 잡아 당겨 확인할 수 있습니다 : 새가 완전히 진정 될 때 발은 조류에 의해 철회되지 않습니다. 또한, 새의 눈은 부분적으로 폐쇄됩니다. </li><li> 얼룩말 핀치 배꼽 아래 공기압 센서를 배치하여 체온을 화면과 호흡 속도를 모니터링 할 배설강 온도 프로브를 소개합니다. 새의 몸 (그림 3)을 억제하기 위해 재킷을 닫습니다. </li><li> 40의 범위 내에서 호흡 속도 유지 - 분당 100 호흡을 40 ± 0.5 ℃의 좁은 범위 내에서 체온을 일정하게 유지 호흡 범위가 너무 낮은 / 높은 경우, 그에 따라 마취 (% isoflurane을)의 레벨을 조정합니다. 문제가 지속되면 실험을 복구하기 위해 중지 동물은 설치에서 제거해야합니다. </li><li> 얼룩말 핀치 머리와 죄수의 양쪽에 자성 동적 스피커의 위치를앰프를 연결 합. 너무 닫을 때이 온도 판독에 영향을 미칠 수 있기 때문에 스피커의 전선, 온도 프로브에서 멀리 주도되어 있는지 확인합니다. </li><li> 얼룩말 핀치 머리와 자석 (와 자석의 중간에 위치하고 전송 코일의 자동 센터)의 센터에 위치 얼룩말 핀치 상단의 표면 RF 코​​일을 배치합니다. </li><li> 산소와 질소와 혼합 isoflurane을 1.5 %로 마취 수준을 줄일 수 있습니다. </li></ol> 3. 데이터 수집 <ol><li> 1 개의 수평 한 시상 1 관상 기울기 에코 (GE) 스카우트 이미지 (트라이 파일럿 시퀀스) 및 수평 관상 및 시상 멀티 슬라이스 이미지 (T (2 - 가중 빠른 취득 휴식 강화를 조종 세트의 세트를 취득 RARE) SE 순서)는 자석의 뇌 (그림 4)의 위치를 결정합니다. </li><li> 1,000 μS 자신의 램프 시간을 증가 그라데이션의 노이즈를 감소시킨다. </li> &lt;RARE T 2 강조 순서 TE 효과 : 60 밀리 초, TR : 2,000 밀리 초, RARE 인자 : 8, FOV : 16mm, 매트릭스 크기 : 64 × 32, 방향 : 시상, 슬라이스 두께 : 0.75 리&gt; fMRI를 순서를 준비 mm, 간 슬라이스 간격 두께 : 0.05 mm, 거의 모든 뇌 (그림 4) 커버 15 조각. </li><li> 프레 젠 테이션 소프트웨어의 청각 프로토콜 (청각 자극과 자극 전달의 타이밍을)를 선택합니다. 이 프로토콜은 일련의 명령으로 구성 - 특정 스캔 번호로 실행 - 특정 청각 자극의 개시를 위해. fMRI를 시퀀스 내에서 모든 반복에서 스캐너 소프트웨어를 다시 스캔 번호를 등록하고 해당 명령을 실행 청각 프레 젠 테이션 소프트웨어 트리거를 보내드립니다. </li><li> 청각 프레 젠 테이션 소프트웨어가 스캐너로부터 트리거를 놓치지 않도록하기 위해, 청각 프로토콜이 먼저 시작됩니다. 프로토콜이 완전히로드되면, fMRI를 시퀀스가​​ 시작됩니다. </li><li> 각각의 fMRI를 실험은 신호가 청각 자극을 시작하기 전에 정상 상태에 도달하는 스캐너의 소음에 기인 수 있도록 12 더미 이미지의 취득이옵니다. </li><li> 인수 후 64 X 64로 데이터를 제로 입력합니다. </li><li> Paravision의 기능성 도구 (옵션 가공 / 기능성 이미징)를 사용하여 결과를 우선 (예비)보세요. 블록 및 기준 (블록 OFF) ON 모든 사이의 차이 BOLD 응답을 계산합니다. 이 분석 실험의 품질 첫 번째 표시를 제공합니다. 더 활성화가이 단계에서 기본 청각 영역에서 볼 수없는 경우, 새 아마도 자극 프레 젠 테이션, 마취 수준 등의 설치가 확인되어야하며, 반복 측정에 기술적 인 문제로 인해 청각 자극을 소리 / 처리하지 않았다. </li><li> 이전 fMRI를 스캔과 같은 방향으로 효과적인 TE와 해부학 3D RARE T2-가중 시퀀스를 실행할 수 : 60 밀리 초, TR : 2,000 밀리 초, RARE 인자 : 8, FOV : 16mm, 매트릭스의 크기 : 256 X 128 X 64. </li><li> 256 X 256 X 256에 데이터를 제로 입력합니다. </li><li> MRI 침대에서 얼룩말 핀치을하고 빨간 램프 아래 새장에 마취에서 회복 할 수 있습니다. 일반적으로, isoflurane을 마취 한 후 얼룩말 핀치의 회복 (최대 5 분) 상대적으로 빨리 간다. 몇 분 후, 새들이 일어서 시도하고 조류가 완전히 복구되면, 대신 새장 바닥에 앉아 나뭇 가지에 앉고됩니다. 마취의 지속 시간은 본 실험 약 2 시간이다. isoflurane을 마취의 최대 시간은 우리의 실험실에서 얼룩말 핀치에 적용하면 새도 5 분 내에 복구 된 후, 6 시간이다. </li></ol> 4. 자료 처리 <ol><li> 분석 또는 Nifti 형식으로 MR 데이터를 변환 할 수 있습니다. </li><li> SPM은 인간에 인수 fMRI를 데이터를 처리하기 위해 개발 되었기 때문에, 그 약 2 mm의 복셀입니다. 다양한 SPM 설정이 대략 복셀의 크기에 맞게됩니다. 하나는 w를하지 않는 경우개미는 이러한 모든 설정을 변경하려면, 진행하는 가장 간단한 방법은 인위적으로 조류 fMRI를 데이터의 복셀 크기를 증가하는 것입니다. MRIcro를 사용하여 10으로 실제 복셀의 크기를 곱하여 헤더에있는 복셀 크기를 조절합니다. 이 같은 조정은 자체 데이터 리샘플링 없음 또는 데이터가 적용되는 다른 수정에 영향을주지 않는다는 것을 주목해야한다. </li></ol> 이에 대한 대안은 SPM은 모든 복셀 차원의 파일을 열고 분석 할 수 있도록 도구 상자는 &#39;SPMMouse&#39;의 사용이다. 이 도구는 SPM &#39;유리의 뇌&#39;는 어떤 이미지에서 생성 할 수 있으며, 자동으로 디폴트를 이미지 파일이나 사용자가 입력 한 데이터의 헤더에 따라 저울의 길이를 조정합니다. 따라서이 도구는 우리가 제안했던 것보다 반대 방식으로 작동합니다. 대신 SPM에 맞게 이미지의 복셀 크기를 변경, SPM의 기본 설정은 다른 복셀 크기로 이미지를 사용하도록 변경됩니다. <ol start="3"><li> fMRI를 데이터를 정렬합니다. T에 공동 등록 해부학 3D 데이터 세트그는 fMRI를 시계열. 얼룩말 핀치 뇌 MRI지도 책에 3D 데이터 (및 공동 등록 fMRI를 시계열)를 정상화. fMRI를 데이터 집합에 변환 행렬을 적용합니다. 이 모든 통계 파라 메트릭 매핑 (SPM) 8 소프트웨어를 사용하여 수행 할 수 있습니다. </li><li> SPM8를 사용하여 0.5 mm 폭 가우시안 커널로 데이터를 반반하게한다. </li><li> SPM8을 사용하여 통계 복셀 기반 분석을 수행한다. 모델 상자 자동차 (아무 혈역학 반응 함수)로 데이터를. 고전 제한된 최대 가능성 알고리즘으로 모델 파라미터 추정된다. 각 과목의 각 청각 자극의 평균 효과를 계산 (고정 효과 분석) 및 다음 (혼합 효과 분석)와 같은 그룹 분석달라고 통계를 계산합니다. </li><li> 기능 활성화 (그림 6) 지역화 얼룩말 핀치 아틀라스 위에 통계적 파라미터지도 (그림 5) SPM8에서 9 전망이다. </li></ol>

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관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.

이 보고서에서, 우리는 마취 얼룩말 핀치새의 청각 자극의 신경 기판의 생체 특성에 대한 자세한에 최적화 된 프로토콜을 설명합니다. 제시된 프로토콜 라인, BOLD fMRI를 사용하여 동물의 뇌 기능 활성화 연구의 대부분은 인수 중에 동물을 마취시키다. 연구 기간 동안 자석 환경과 스캐너 소음을 익숙하게하는 훈련 동물은 시간이 많이 소요 도전하기 때문에 거의 사용되지 수 있지만, 오히려. 마취는 그 생리적 반응에 스트레스에 의한 영향을 최소화하고 신경 반응과 신경 활동과 fMRI를 측정 BOLD 반응 사이의 전송 기능 모두에 동물 처리, 그 효과를 용이하지만 온 -가는 중요한 연구 주제이다 . 따라서 AUD 동안 BOLD 반응에 마취의 효과얼룩말 핀치의 itory 자극은 우리의 실험실 2에서 조사 하였다. 따라서, 얼룩말 핀치에 세 널리 사용되는 마취제 - medetomodine, isofl...

<table><tbody><tr><td>이소플루레인 마취제</td><td>이소플로(Isoflo)</td><td>05260-05</td><td></td></tr><tr><td>PC-Sam 하드웨어/소프트웨어</td><td>SA-Instruments</td><td></td><td>&lt;a href=&quot;http://www.i4sa.com&quot; 제공된 소스 텍스트가 없습니다. 번역할 텍스트를 입력해 주세요.&quot;_blank">http://www.i4sa.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>모니터링 및 게이팅 시스템</td><td></td><td>1025</td><td></td></tr><tr><td>MR 호환 소형 설치류 가온 시스템</td><td></td><td></td><td>Model 1025 호환 가능</td></tr><tr><td>직장 온도 프로브</td><td></td><td>RTP-102B</td><td>7'', 0.044'' </td></tr><tr><td>7T MR 스캐너</td><td>Bruker Biospin</td><td>PHS 70/16</td><td></td></tr><tr><td>Paravision 소프트웨어</td><td></td><td>5.1</td><td></td></tr><tr><td>그라디언트 인서트</td><td></td><td>BGA9S</td><td>400 mT/m, 300A, 500V</td></tr><tr><td>경사 증폭기</td><td>Copley Co., USA</td><td>C256</td><td></td></tr><tr><td>송신 공진기</td><td></td><td></td><td>내경: 72 mm, 송신 전용, 능동 디커플링</td></tr><tr><td>수신 안테나 - 20mm 쿼드러처 마우스 헤드</td><td></td><td></td><td>수신 전용, 능동 디커플링 상태</td></tr><tr><td>WaveLab 소프트웨어</td><td>스타인버그</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Praat 소프트웨어</td><td>Paul Boersma, 암스테르담 대학교</td><td></td><td>&lt;a href=&quot;http://www.praat.org&quot; 제시된 텍스트가 없습니다. 번역할 소스 텍스트를 제공해 주시기 바랍니다.&quot;_blank">http://www.praat.org&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>비자성 동적 스피커</td><td>비자이온, 독일</td><td>HK 150</td><td></td></tr><tr><td>광섬유 마이크로폰</td><td>광음향학,</td><td>Optimic 1160</td><td></td></tr><tr><td>소리 증폭기</td><td>Phonic corporation</td><td>MM 1002a</td><td></td></tr><tr><td>프레젠테이션 소프트웨어</td><td>Neurobehavioral Systems Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>MRIcro</td><td>크리스 로든</td><td></td><td>&lt;a href=&quot;http://www.cabiatl.com/mricro/mricro/&quot; 제공된 소스 텍스트가 없습니다. 번역할 텍스트를 입력해 주세요.&quot;_blank">http://www.cabiatl.com/mricro/mricro/&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>통계적 파라미터 매핑 (SPM)</td><td>웰컴 트러스트 신경영상 센터 (Welcome Trust Centre for Neuroimaging)</td><td>8</td><td>&lt;a href=&quot;http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/&quot; 제공된 텍스트가 없습니다. 번역할 소스 텍스트를 입력해 주세요.&quot;_blank">http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/&lt;/a&gt;</td></tr></tbody></table>

명금의 청각 자극 기능성 자기 공명 영상 (fmri)

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

새소리의 신경 생물학은 인간의 연설 모델로, 행동 신경 과학 연구의 뚜렷한 영역입니다. 전기 생리학 및 분자 방법은 몇 가지 신경이나 뇌에 따라 혈액 산소 수준 (BOLD) 기능성 자기 공명 영상 (fMRI)의 많은 부분에서 하나의 자극에 어느 다른 자극의 조사가 모두의 장점을 결합 할 수 있도록하는 반면, 신경 활성을 비교, 즉 한 번에 전체 두뇌의 여러 자극에 의​​해 유도. 명금의 fMRI를 때문에 그들의 두뇌의 작은 크기와 자신의 뼈 때문에 도전 특히 그들의 두개골 중요한 감수성 인공물을 유도, 수많은 공기 구멍을 이용할 수 있습니다. 경사 에코 (GE) BOLD fMRI를 성공적으로 명금 1-5 (검토를 위해, 6 참조)에 적용되었습니다. 이러한 연구는 감수성 인공물의 자유 영역입니다 기본 및 보조 청각 뇌 영역에 초점을 맞추었다. 그러나, PROC관심 치찰음이 지역을 넘어 발생할 수 있습니다 뇌 전체 BOLD fMRI를 이러한 이슈에 덜 민감 MRI 시퀀스를 사용이 필요합니다. 이 스핀 에코 (SE) BOLD fMRI를 7,8를 사용하여 수행 할 수 있습니다. 이 문서에서는, 우리는 광범위 새소리의 행동 신경 과학에서 연구 15-25그램의 체중 작은 명금입니다 얼룩말 핀치새이 기술 (Taeniopygia guttata)를 사용하는 방법에 대해 설명합니다. 명금에 fMRI를 연구의 주요 주제는 노래 인식과 노래 학습이다. SE의 약한 BOLD 감도 (GE에 비해) 기반 fMRI를 시퀀스는이 기술의 구현은 매우 도전하게 결합 된 자극의 청각 특성.

<html> 우리는 여기에서 시각적 얼룩말 핀치 뇌의 청각 자극의 신경 기판을 성공적으로 이미징을위한 절차의 최적화 순서를 발표했다. 첫째, 자극의 청각 자극 결과의 준비를위한 설치 절차는 ON / 블록 패러다임 OFF (그림 2)에 통합 할 수있는과 뇌의 차동 반응을 불러 일으킬 수있는 음압 레벨의 잠재적 차이를 제거하기 위해 정규화되는 . MRI 스캔의 얼룩말 핀치를 준비하고 자석의 내경 (그림 1)에 그것을 배치 한 후, fMRI를이 취득 할 수 있습니다. 또한, 3D 고해상도 이미지 얼룩말 핀치 아틀라스 9에 데이터를 표준화하기 위해 수행됩니다. 마지막으로, 데이터의 사전 처리 및 통계 분석의 결과와 (그림 6)의 시각화 할 수 있습니다. 69/4369fig1.jpg &quot;고도 =&quot...

이 문서에서는 기능적 자기 공명 영상 (fMRI)를 사용하여 가수 뇌에서 청각 자극의 신경 기판의 이미징을위한 최적화 과정을 보여줍니다. 그것은 소리 자극, 피사체의 위치와 fMRI를 데이터 수집 및 후속 분석의 준비에 대해 설명합니다.

명금의 청각 자극 기능성 자기 공명 영상 (fMRI)

인간 언어의 모델로서 조류 노래의 신경생물학은 행동 신경과학 분야에서 매우 활발히 연구되는 영역입니다. 전기생리학과 ...

이 절차의 전반적인 목표는 기능적 MRI(fMRI)를 사용하여 송버드의 뇌 내 청각 및 노래 제어 영역에서 소리 인지와 처리를 성공적으로 시각화하기 위한 최적화된 프로토콜을 제시하는 것입니다. 이를 위해 먼저 고품질의 청각 자극을 준비하며, 이는 기능적 MRI 또는 fMRI 스캔 중에 새에게 제시할 온-오프 블록 패러다임(on-off block paradigm)에 통합될 수 있습니다. 두 번째 단계는 새를 마취시킨 후, 개조된 동물용 베드에 배치하여 MRI 스캐너의 보어(bore) 내에 위치시킴으로써 스캔 준비를 하는 것입니다. 그 다음, 청각 자극 중에 fMRI 영상을 획득할 수 있습니다.마지막 단계는 획득한 MRI 데이터를 전처리하는 것이며, 여기에는 이미지를 제브라 핀치 아틀라스(zebra finch atlas)에 맞게 정규화하는 과정이 포함됩니다. 최종적으로, 획득한 결과의 시각화와 청각 자극으로 유도된 뇌 활성화 부위를 국소화하기 위해 통계적 복셀 기반 분석(voxel based analysis)을 사용합니다. 전기생리학, 조직학 및 분자 매핑 기술과 같이 태양새 연구에서 더 흔히 사용되는 다른 방법들에 비해 이 기술이 갖는 주요 장점은 fMRI가 비침습적인 생체 내(in vivo) 방법이라는 점이며, 이를 통해 동일한 개체를 시간에 따라 연구할 수 있고 조사 대상 공정 유발 신경 기질의 위치에 대한 사전 가설 없이도 뇌 전체를 한 번에 분석할 수 있습니다.이 방법에 익숙하지 않은 연구자들은 조류에게 기능적 MRI를 적용하는 것이 인간이나 설치류에게 동일한 방법을 사용하는 것과는 매우 다르고 훨씬 더 어렵기 때문에 어려움을 겪을 수 있습니다. 이는 대상 동물의 뇌 크기가 작을 뿐만 아니라, 두개골이 수많은 공기강으로 구성되어 있어 자화율 아티팩트(susceptibility artifacts)를 유발하기 때문입니다. 경사 시퀀스(gradient sequence)에 비해 이러한 아티팩트에 덜 민감한 스핀 에코 시퀀스(spin echo sequence)를 사용함으로써, 매우 우수한 공간적 특이성을 가지고 송버드의 전뇌 기능 영상을 촬영할 수 있습니다. 스캐너 보어(bore)는 청각 자극을 왜곡시킬 수 있는 제한된 공간입니다.따라서 본 프로토콜의 준비를 시작하기 위해, 광섬유 마이크를 사용하여 7T MR 시스템의 보어 내부에서 재생되는 소리 자극을 녹음하고, 사용된 MRI 시스템에 대한 왜곡 정도를 확인하십시오. 여기서는 스캐너 외부와 자석 보어 내 새의 머리 위치에서 녹음한 백색 소음을 통해 강화되거나 억제된 주파수를 확인할 수 있습니다. 이러한 인위적인 강화를 보정하기 위해, 해당 설정에 맞춰 wave lab 소프트웨어를 사용하여 각 자극에 이퀄라이저 기능을 적용하십시오.본 프로토콜에서 함수는 화면에 표시된 매개변수를 가진 가우시안 커널로 구성됩니다. 여기서 노래 자극은 특정 조류의 여러 개별 노래 모티프가 침묵 구간과 교차하며 구성되어야 하며, 모든 자극에 대해 총 소리 및 침묵의 양이 동일하게 유지되도록 이 침묵 구간의 길이를 조정하십시오. 각 자극의 총 길이는 16초이며, 이는 두 개의 FMRI 영상 획득 시간과 일치합니다.전체 자극으로 통합하기 전, prep 소프트웨어를 사용하여 매칭된 평균 제곱근(matched root means square)과 400 hertz의 하이패스 필터를 통해 각 곡의 강도를 정규화합니다. 실험은 프레젠테이션 소프트웨어를 사용하여 청각 자극 기간과 휴식 기간이 교대로 나타나는 on off 블록 설계로 구성할 수 있습니다. 각 블록은 이미지 2장의 획득 시간에 해당하는 16초 동안 지속되어야 하며, 각 자극 유형을 25회씩 제시하여 피험자당 자극별로 50장의 이미지를 획득합니다.조건의 제시 순서는 피험자 내 및 피험자 간에 무작위로 설정해야 합니다. 또한, 스캐너로부터 트리거를 받을 수 있도록 실험 패러다임을 설정하십시오. 이렇게 하면 fMRI 시퀀스의 매 반복 스캔 시 스캐너 소프트웨어가 청각 제시 소프트웨어로 트리거를 보내고, 소프트웨어는 이를 통해 스캔 번호를 등록한 뒤 해당 명령을 실행하게 됩니다.여기서는 성체 금강앵무새(zebra finches) 사용에 맞게 특별히 조정된 프로토콜을 제시합니다. 금강앵무새는 12시간 명기, 12시간 암기의 광주기 조건의 새장에서 사육해야 하며, 연구 기간 전반에 걸쳐 음식과 물을 자유롭게 섭취할 수 있도록 해야 합니다. 실험당 최소 개체 수는 15마리입니다.이 수치는 스핀 에코(spin echo) fMRI의 민감도와 실험에서 측정되는 생물학적 현상의 자연적인 개인 간 변동성을 고려한 것입니다. 실험 준비를 위해, 먼저 부리 마스크를 플라스틱 튜브를 이용해 가스 제어 장치에 연결하고, 7T MR 시스템의 MRI 베드에 설치합니다. 산소 및 질소 가스통을 모두 열고 가스 제어 장치의 전원을 켭니다.또한 피드백 제어 시스템과 온풍 장치를 켭니다. 다음으로, 부리를 마스크에 넣고 새가 완전히 마취될 때까지 머리를 고정하여 산소와 질소가 혼합된 3% isof fluorine으로 금화조를 마취합니다. 이는 발을 살짝 당겨 확인하여 검증할 수 있습니다.조류가 완전히 진정되면 발을 움츠리지 않게 됩니다. 또한, 조류의 눈이 감기게 됩니다. 실험 전반에 걸쳐 체온을 측정하기 위해 총배설강 온도 프로브를 삽입하고, 호흡률을 모니터링하기 위해 배 아래에 공압 센서를 배치하십시오.그 다음, 실험 전반에 걸쳐 조류의 몸을 고정하기 위해 재킷을 착용시킵니다. 호흡수를 분당 40~100회로 유지하고 체온을 40°C로 일정하게 유지합니다. 호흡 범위가 너무 낮거나 높으면 그에 맞춰 마취 수준을 조절하십시오.문제가 지속되면 실험을 중단하고 장치에서 동물을 제거해야 합니다. 회복을 위해 비자성 동적 스피커를 금강앵무새 머리 양옆에 배치하고 이를 앰프에 연결하십시오. 스피커 전선이 온도 프로브에서 멀리 떨어지도록 배치해야 하며, 그렇지 않으면 온도 측정값에 영향을 줄 수 있습니다.표면 RF 코일을 금강앵무의 머리 위에 배치합니다. 그런 다음 금강앵무를 자석의 중심에 위치시킵니다. 마지막으로, 스캔 전 마취 수준을 1.5% ISO fluorine으로 낮춥니다.스캔을 시작하려면 먼저 마그넷 내 뇌의 위치를 결정하십시오. 시상면, 수평면, 관상면에서 단일 슬라이스 그래디언트 에코 스카우트 영상을 한 세트 획득하고, 이후 기능적 스캔의 위치 설정에 사용할 멀티 슬라이스 스카우트 영상을 획득하십시오. 그런 다음 그래디언트의 램프 시간을 1000 microseconds로 늘려 그래디언트 노이즈를 줄이십시오.다음으로, rapid acquisition relaxation enhanced 또는 rare T2 weighted fMRI라고 알려진 시퀀스를 준비합니다. 그 다음, 뇌의 거의 전체를 포함하는 15개의 시상면 슬라이스를 설정하십시오. 이제 프레젠테이션 소프트웨어에서 청각 프로토콜을 선택하여 청각 프레젠테이션 소프트웨어가 스캐너의 트리거를 놓치지 않도록 합니다.먼저 청각 프로토콜을 시작하십시오. 프로토콜이 완전히 로드되면 fMRI 시퀀스를 시작하십시오. 각 fMRI 실험은 청각 자극을 시작하기 전 신호가 정상 상태(steady state)에 도달할 수 있도록 10장의 더미 이미지(dummy images)를 먼저 획득해야 합니다.데이터 획득이 완료되면, 데이터를 64 by 64 크기로 채웁니다. 데이터의 품질을 결정하기 위해, 기능 도구를 사용하여 결과물을 예비 검토하십시오.ParaVision 소프트웨어를 사용하여 모든 on 블록과 베이스라인 사이의 차등 BOLD 반응을 계산하십시오. 일차 청각 영역에서 활성화가 관찰되지 않는다면, 기술적인 문제나 마취 수준으로 인해 조류가 청각 자극을 듣지 못했거나 처리하지 못했을 가능성이 큽니다. 이 경우 설정을 확인하고 측정을 반복해야 합니다.기능적 영상 획득 후, 이전 fMRI 스캔과 동일한 방향으로 해부학적 3D T2 강조 영상을 촬영하십시오. 그 다음, 이 데이터를 256 x 256 x 256으로 제로 필링(zero fill) 하십시오.마지막으로 제브라핀치를 MRI 베드에서 제거하고, 열등이 설치된 케이지 내에서 마취로부터 회복될 수 있도록 합니다. 일반적으로 제브라핀치가 ISO fluorine 마취에서 회복되는 데는 5분 미만이 소요됩니다. 단 몇 분 후면 새가 일어서려 할 것이며, 완전히 회복되면 케이지 바닥에 앉아 있는 대신 나뭇가지에 앉게 되는데, 이때부터 데이터 처리를 시작합니다.먼저, MR 데이터를 analyze 또는 nifty 형식으로 변환합니다. 그다음 SPM에서 데이터 프로세싱을 시작하기 전에, 복셀 크기에 10을 곱하여 송버드의 fMRI 데이터를 조정해야 합니다. fMRI 분석 소프트웨어는 인간에서 획득한 fMRI 데이터를 처리하도록 개발되었으므로, MRI Crow 소프트웨어를 사용하여 조류 fMRI 데이터의 복셀 크기를 인위적으로 늘리는 것이 가장 간단한 진행 방법입니다.이러한 조정이 데이터 자체에는 영향을 미치지 않는다는 점에 유의하십시오. 재샘플링이나 기타 데이터 수정은 적용되지 않습니다. 다음으로, 획득한 데이터를 전처리합니다.SPM8을 사용하여 먼저 fMRI 데이터를 재정렬하고, 해부학적 3D 데이터셋을 fMRI 시계열 데이터에 코레지스트레이션(coregister)합니다. 그 다음, 3D 데이터와 코레지스트레이션된 fMRI 시계열 데이터를 제브라 핀치 뇌 MRI 아틀라스(MRI Atlas)에 맞게 정규화합니다.변환 행렬을 fMRI 데이터 세트에 적용하고, 0.5 mm 가우시안 커널로 데이터를 평활화합니다. 그 다음 SPM 8에서 통계적 복셀 기반 분석을 수행하며, 먼저 개별 조류 수준에서 분석하고 이어서 그룹 수준에서 분석을 진행합니다. 마지막으로 결과를 시각화하고 기능적 활성화 부위를 국소화하기 위해, 통계적 파라미터 맵을 고해상도 3D 제브라피نش 뇌 아틀라스인 제브라피نش 아틀라스에 투영합니다. 본 제브라피نش fMRI 결과 분석에 사용된 정위 좌표계는 Bioimaging lab의 MRI 아틀라스 데이터 세트에서 이번 실험을 위해 설계되었습니다.뇌 구획 및 핵 구획 정보는 여기 보이는 웹사이트를 통해 자유롭게 이용할 수 있습니다. 여기서는 아틀라스에서 구획된 구조들이 정중시상면 슬라이스에 투영된 좌반구 3D 표현의 측면도가 표시되어 있습니다. 여기서 휴식 상태와 비교하여 서로 다른 청각 자극에 의해 유발된 일차 청각 영역 field L 및 인접한 이차 청각 영역의 fMRI BOLD 반응 예시를 확인할 수 있습니다.T 값은 그림에 표시된 척도에 따라 색상으로 구분되며, T-검정 결과 유의미한 것으로 나타난 복셀만 표시됩니다. 이는 제브라피니치를 대상으로 한 FMRI 실험의 또 다른 사례입니다. 영상은 뇌 영역인 area XMLD 및 HVC에서 새 자신의 노래에 대한 선택적 반응을 보여줍니다.이미지 아래의 숫자는 정중선으로부터의 좌표를 밀리미터(mm)로 나타낸 것입니다. 양수(+) 부호는 슬라이스와 통계 결과가 우반구에서 얻어졌음을 의미합니다. 이 비디오에서 설명하는 프로토콜은 찌르레기와 같은 다른 송버드류 응용 분야에 쉽게 적용할 수 있습니다.이것은 이러한 fMRI 실험 결과의 예시입니다. 찌르레기에서, 이 그림은 동일 개체에서 계절에 따라 청각 자극과 휴식 상태 간에 유도된 활성화를 보여줍니다. 송버드(songbirds)에 대한 기능적 MRI의 구현 및 최적화는 송버드 연구 분야에서 새로운 연구 경로를 열어줍니다.이 기술은 이미 이러한 동물 모델의 음성 통신 기저에 있는 복잡한 감각 운동 및 인지 과정의 실험적 분석을 위한 가치 있는 기법임이 입증되었습니다. 또한, 비침습성과 전뇌 접근 방식 덕분에, 모든 FMRI는 더 일반적으로 수행되는 국소적 및 침습적 방법들을 보완하는 방법으로 사용될 수 있습니다. SUNBIRDS에서의 FMRI 실험 수가 증가하고 있다는 점은 인지 연구 질문에 대한 적용 가능성을 보여주며, 향후 MRI 실험을 청각 처리 과정 너머로 더욱 확장하기 위한 노력이 필요합니다. 청각 처리는 마취 상태에서도 활발하게 유지되는 과정이며, 이를 확장하는 방법은 영상 촬영 프로토콜에 적응된 각성 상태의 피험자를 이용하는 것입니다.이는 조류가 EMI 실험에 능동적으로 참여하고 조류의 주의 집중을 실험적으로 제어할 수 있는 새로운 연구 가능성을 제공할 수 있습니다.

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Research

연구

JoVE Journal

Behavior

행동

청각 처리는 음성 및 음악 관련 처리의 기초이다. Transcranial 자석 자극 (TMS)은인지, 감각 및 모터 시스템을 공부하고 성공적으로 사용되어 왔습니다 있지만, 거의 오디션 적용되지 않았습니다. 여기 청각 피질의 기능 조직을 이해하기 위해 기능 자기 공명 영상과 함께 TMS를​​ 조사했다.

쎄의 후유증을 매핑하는 기능 영상과 함께 인간 청각 컴퓨터에 접속 자극을 버스트

기술은 광범위하게 microbubbles와 초음파를 사용하여 마우스의 혈액 - 뇌 장벽을 여는 대해 설명되어 있습니다. 이 기법을 사용하여, 망간은 마우스 뇌에 관리할 수 있습니다. 망간은 depolarized 뉴런에 축적 MRI 대비 에이전트이기 때문에, 이러한 방식의 연결 활동의 이미징을 가능하게합니다.

초음파 혈액 - 뇌 장벽 파괴 및 망간 향상된 MRI를 사용하여 기능성 Neuroimaging

출처: Galenchik-Chan, A., et al. 광시야 망막외 자극을 이용한 시각 피질의 기능적 자기 공명 영상(fMRI). J. Vis. 특급 (2023).  이 비디오는 혈액 산소 농도를 기반으로 활동을 매핑하기 위해 시각 피질의 기능적 자기 공명 영상(fMRI)을 보여줍니다. 구조적 MRI 이미지는 해부학적 참조로 얻은 다음 fMRI 스캔으로 획득합니다. 시각 피질의 망막외 뉴런을 활성화하기 위해 시각적 자극이 표시됩니다. 이러한 자극된 뉴런의 증가된 에너지 요구량은 산소가 공급된 혈액의 흐름을 유도하여 디옥시헤모글로빈을 감소시키고 fMRI 신호를 강화하여 활동을 측정합니다.

혈액 산소 농도 의존적 시각 피질의 기능적 자기 공명 영상

우리는 조작 음향 신호 가수의 자연 청각 피드백을 대체하기에 적합 소형화 헤드폰의 디자인과 조립에 대해 설명합니다. 온라인 사운드 처리 하드웨어, 노래 출력을 조작하는 헤드폰을 통해 청각의 의견에 실시간으로 오류를 소개하고, 보컬 모터 학습을 유도하는 데 사용됩니다.

노래하는 새는에 청각 피드백을 조작하기위한 경량, 헤드폰 기반의 시스템

포유 동물의 청각 시스템의 기능 연구는 전통적으로 전기 생리학 녹음 등의 공간에 초점을 맞춘 기술을 사용하여 수행되었다. 다음 프로토콜은 기능적 자기 공명 영상을 이용하여 고양이 청각 피질에서 유발 혈역학 활성의 대규모 패턴을 시각화하는 방법을 설명한다.

하이 필드의 fMRI를 사용하여 성인 고양이의 청각 피질의 기능적 이미징

자음과 불협화음을 듣는 신경 상관 관계는 널리 연구되어 왔지만 자음 및 부조간 간격의 생성과 관련된 신경 메커니즘은 잘 알려져 있지 않습니다. 이 기사에서는 행동 테스트와 fMRI를 간격 확인 및 노래 작업과 결합하여 이러한 메커니즘을 설명합니다.

자음과 불요의 간격의 보컬 생성과 관련된 뇌 활동의 fMRI 맵핑

이 문서는 개별 신경 외과 환자에서 중요한 인지 기능을 지원하는 뇌영역을 식별하도록 설계된 다중 모달 뇌 매핑 프로그램의 개요를 제공합니다.

로체스터 대학 의료 센터의 번역 뇌 매핑: 개인화된 뇌 매핑을 통해 마음 보존

우리는 일반적으로 사용되는 것보다 더 많은 시야를 활용하여 시각 피질 기능을 매핑하는 기술을 개발했습니다. 이 접근법은 시력 장애 및 안과 질환의 평가를 향상시킬 수 있는 잠재력을 가지고 있습니다.

광시야 망막 자극을 이용한 시각 피질의 기능적 자기 공명 영상(fMRI)

언어의 진화를 연구하기 위해서는 인간의 뇌 메커니즘과 비인간 영장류의 뇌 메커니즘을 비교하는 것이 중요하다. 우리는 깨어 있는 동물의 뇌파(EEG)를 비침습적으로 측정하는 방법을 개발했습니다. 이를 통해 인간과 동물 간의 EEG 데이터를 장기적으로 해를 끼치지 않고 직접 비교할 수 있습니다.

Electroencephalography Measurements in Awake Marmosets Listening to Conspecific Vocalizations 

동시에 뇌파 (EEG)와 기능성 자기 공명 영상 (fMRI)은 강력한 신경 영상 도구입니다. 그러나, MRI 스캐너의 내부는 스캐너 내부 EEG 장비를 작동 할 때마다 EEG 데이터 기록과 안전성이 고려되어야합니다에 대한 어려운 환경을 형성한다. 여기, 우리는 최적화 된 EEG-fMRI를 데이터 수집 프로토콜을 제시한다.

동시 fMRI를하는 동안 고품질 EEG 데이터를 얻기위한 가장 좋은 현재의 관행

학습하세요 명금의 청각 자극 기능성 자기 공명 영상(fMRI) 방법을 통해 소리 인식과 처리를 시각화하는 최적화된 프로토콜을. 얼룩제비조뱅어리를 대상으로 비침습적 뇌 활동 측정 및 통계적 복셀 분석을 수행합니다.

명금의 청각 자극 기능성 자기 공명 영상 (fMRI)

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