하이 필드의 fMRI를 사용하여 성인 고양이의 청각 피질의 기능적 이미징

이 절차의 전반적인 목표는 고자기장 기능 자기 공명 영상(high field functional magnetic resonance imaging)을 사용하여 고양이의 온전한 청각 피질을 기능적으로 이미지화하는 것입니다. 이것은 먼저 자극 제시를 위해 음향 장비를 준비함으로써 달성됩니다. 두 번째 단계는 마취한 다음 MRI 호환 썰매에 고양이를 배치하여 스캔할 수 있도록 준비하는 것입니다.

다음으로, 자극이 나타나는 동안 전체 뇌에 걸쳐 해부학적 및 기능적 이미지가 수집됩니다. 마지막 단계는 자극 제시 중 뇌 활성화 수준을 정량화하기 위해 이미지를 처리하는 것입니다. 궁극적으로, 기능적 영상은 온전한 고양이 청각 피질에서 소리가 나타나는 동안 활성화의 정도를 보여주는 데 사용됩니다.

이 방법은 청각 피질에 계층이 존재하는지 여부와 같은 청각 기능의 주요 질문에 답하는 데 사용할 수 있습니다. 광학 이미징과 같은 기존 방법에 비해 이 기술의 주요 장점은 FMRI가 비침습적이며 손상되지 않은 두개골 내의 기능적 피질 활동을 측정할 수 있다는 것입니다. 이 방법은 청각 기능에 대한 통찰력을 제공할 수 있으며 시각 및 신체 감각과 같은 다른 감각 양식에 적용할 수 있습니다.

이 절차를 시연하는 사람은 등록된 수의학 기술자인 Pam Nixon과 우리 실험실의 대학원생인 Amy Hall입니다. 이 프로토콜에 설명된 모든 동물 절차는 실험 전에 해당 기관의 동물 사용 위원회의 승인을 받아야 합니다. 이 프로토콜에 대한 준비를 시작하려면 먼저 USB 케이블을 통해 외부 사운드 카드에 청각 자극을 제공하는 데 사용할 컴퓨터를 연결하십시오.

그런 다음 외부 사운드 카드의 출력 포트를 스테레오 파워 앰프의 입력 포트에 연결하는 케이블을 연결합니다. 그런 다음 스테레오 파워 앰프의 출력 포트를 FMRI 호환 이어폰 시스템의 트랜스포머 박스의 입력 포트에 연결하는 케이블을 연결합니다. BNC 연결이 있는 차폐 동축 케이블을 사용하여 변압기 상자를 스캐너실 외부의 관통 패널에 연결합니다.

그런 다음 이어폰 케이블 어셈블리를 관통 패널의 해당 BNC 포트에 연결합니다. 스캐너실 내부에서 폼 이어팁을 이어폰에 연결합니다. 그런 다음 이어폰을 케이블 어셈블리에 연결합니다.

청각 자극을 테스트하여 소리가 컴퓨터에서 이어폰으로 전달되고 있는지 확인합니다. 이어폰을 분리하고 폼 아트를 고양이의 귀에 단단히 삽입하십시오. 먼저, 60ml 주사기에 60ml의 식염수와 0.07ml의 케타민을 결합한 이미징을 진행하면서 마취를 유지하는 데 사용할 주사기 펌프를 설정하고 주사기 펌프에 넣습니다.

그런 다음 아트로핀 설페이트와 SUP 프로마진의 진정제 혼합물을 피하 주사를 통해 투여합니다. 20분 후, 마취를 유도하기 위해 근육 주사를 통해 케타민과 d meato hydrochloride를 투여합니다. 고양이가 쓰기 반사를 잃으면 시술 중 건조함을 방지하기 위해 눈에 안과 연고를 바르십시오.

또한 케타민의 정맥 내 전달을 위해 내측 복재 정맥에 내주 카테터를 삽입하십시오. 시술 중에 다시 네 발에 발가락을 꼬집고 고양이가 발을 빼는지 관찰하여 성공적인 마취 유도를 테스트합니다. 꽃잎 반사가 사라지면 인두 벽에 리도카인을 분사하여 개그 반사를 억제합니다.

그런 다음 4.0 또는 4.5 기관내관으로 고양이를 삽관합니다. 분당 1-1.5리터의 속도로 100% 산소로 전달되는 케타민과 흡입 불소의 일정한 주입 속도로 이미징 세션 내내 마취를 유지합니다. 다음으로 MRI 호환 썰매 바닥에 단열 플라스틱 버블 랩을 겹쳐 놓습니다.

그런 다음 버블 랩 위에 따뜻한 왁스로 채워진 가열 패드를 놓습니다. 가열 패드 위에 플라스틱 버블 랩을 한 겹 더 놓습니다. 그런 다음 MRI 호환 썰매의 절연 버블 랩 내에서 고양이를 흉골 위치에 놓습니다.

고양이의 위치가 지정되면 귀에 접근할 수 있도록 머리를 조정합니다. 폼 이어팁을 가능한 가장 작은 직경으로 굴립니다. 그런 다음 각 이어팁을 외이도 깊숙이 삽입합니다.

삽입되면 폼 이어팁이 확장되어 외이도 내부 공간을 채워야 합니다. 고양이의 머리가 3채널 무선 주파수 코일 내에 적절하게 위치할 때까지 고양이를 조정하고 음향 감쇠 메모리 폼으로 머리를 안정화합니다. 스캐너 소음을 추가로 감쇠하기 위해 귀 주위에 거품을 바르십시오.

이제 고양이의 몸을 단열 플라스틱 버블 랩 담요로 감쌉니다. 그런 다음 슬레드를 고정하고 스캐너 베드로 운반합니다. 주입 라인, 마취 전달 튜브 및 모니터링 장비를 고양이에 연결합니다.

또한 관통 패널에 부착된 이어폰 케이블 어셈블리에 이어폰을 연결합니다. 시간당 킬로그램당 0.6mg의 기본 유속으로 케타민 주입을 시작합니다. 그런 다음 필요에 따라 마취 깊이에 따라 초기 불소 선량을 0.5%로 설정한 다음 해부학적 스캔이 수집되면 0.4%로 줄입니다.

실험 전반에 걸쳐 고양이의 혈중 산소 포화도 및 제목, CO2 수준, 심박수, 호흡 및 직장 온도를 모니터링하고 기록합니다. 스캐너에서 적절한 거리에 배치된 MRI 호환 모니터링 장비를 사용합니다. 심박수와 호흡의 꾸준한 증가는 일반적으로 마취로부터의 임박한 회복과 관련이 있습니다.

여기 화면에 표시된 이미징 매개변수와 함께 플래시 이미징 시퀀스를 사용하여 축 슬라이스 방향으로 고양이 뇌의 해부학적 참조 스캔을 수집하는 것으로 시작합니다. 해부학적 스캔 시간은 약 6분이어야 합니다. 다음으로, 여기 화면에 표시된 이미징 매개변수와 함께 세그먼트화된 인터리브 에코 평면 획득을 사용하여 기능적 이미징을 설정합니다.

광대역 백색 잡음 자극을 제시하는 동안 이미지 볼륨 수집을 시작합니다. 블록 디자인에서 청각 자극은 30초 동안 재생되어야 하며 32번째 무음 기준선 조건과 번갈아 가며 재생되어야 합니다. 청각 피질에서 관찰되는 대담한 활동이 음향적으로 유발될 때까지 이 단계를 반복합니다.

블록 설계를 사용하여 각 기능 실행의 지속 시간은 90개 볼륨에 대해 약 4.5분이어야 합니다. 원하는 기능 실행 수에 대한 자극을 제시합니다. MRI 세션이 완료된 후 썰매에서 고양이를 제거합니다.

동물이 완전히 회복될 때까지 발열 패드와 수건으로 보조 난방을 계속 제공하십시오. 구역 반사가 돌아오면 기관내관을 제거합니다. 쓰기 반사가 회복될 때까지 CAT를 모니터링합니다.

그런 다음 동물을 시설로 되돌려 보냅니다. 실험으로 인한 부작용이 없는지 확인하기 위해 시술 다음 날 동물을 평가합니다. 실험 후 SPM 또는 FSL과 같은 적절한 FMRI 분석 소프트웨어를 선택하여 획득한 기능 볼륨을 처리합니다.

여기서 우리는 블록에 제시된 32번째 광대역 잡음 자극에 대한 반응으로 두 동물의 대담한 활성화를 볼 수 있습니다. 광대역 잡음 대 기준선 대비에 대한 T 통계 맵을 설계합니다. 두 개의 이미지에서 슬라이스 평면은 청각 피질에서 양측 음향적으로 유발된 활동의 연속적인 클러스터를 보여줍니다.

이 플롯은 강조 표시된 복셀에서 단일 기능 실행 동안 굵은 신호의 변조를 보여줍니다. 그리고 여기서 우리는 평균 굵은 기준선 신호로 정규화된 굵은 글씨체 응답의 이벤트 관련 평균 시간 경과를 볼 수 있습니다. 이 예에서 굵은 신호는 자극이 시작된 후 3-6초 후에 기준선에 비해 상당한 증가를 보입니다.

이 절차를 시도하는 동안 고양이의 생리학적 매개변수를 면밀히 모니터링하여 절차 전반에 걸쳐 일관된 수준의 진정을 보장하는 것이 중요합니다. 이 비디오를 시청한 후에는 마취 제제에서 청각 피질 기능을 검사하기 위해 기능적 자기 공명 영상 실험을 수행하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. MRI 스캐너로 작업하는 것은 잠재적으로 위험할 수 있다는 것을 잊지 마십시오.

이 절차를 수행하는 동안 항상 인력이 적절하게 선별되었는지, 실험 설정이 MRI와 호환되는지, 모니터링 장치가 MRI에 안전한지 또는 자석에서 안전한 거리에 배치되었는지 확인하십시오.