Name: Functionele Beeldvorming van de auditieve cortex in volwassen katten met behulp van High-field fMRI (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-02-19T14:30:00.000+00:00
Duration: 10 min 50 s
Description: Leer functionele beeldvorming van de auditieve cortex bij katten met high-field fMRI. Deze methode maakt kwantificering van hersenactivatie en visualisatie van hemodynamische patronen mogelijk voor neurowetenschappelijk onderzoek.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

De auteurs willen de bijdragen van Kyle Gilbert, die de aangepaste RF-spoel ontwierp, en Kevin Barker, die de MRI-compatibele slee ontwierp, graag erkennen. Dit werk werd ondersteund door de Canadian Institutes of Health Research (CIHR), Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC) en Canada Foundation for Innovation (CFI).

De volgende procedure kan worden toegepast op elk beeldvormingsexperiment waarbij geanesthetiseerde katten worden gebruikt. Stappen die specifiek vereist zijn voor auditieve experimenten (stappen 1.1-1.7, 2.8, 4.1) kunnen worden aangepast om andere sensorische stimulusprotocollen te accommoderen.
Alle experimentele procedures kregen goedkeuring van de Animal Use Subcommittee van de University Council on Animal Care aan de University of Western Ontario en volgden de richtlijnen gespecificeerd door de Canadian Council on Animal Care (CCAC)44. Het beschreven experiment vereist ongeveer 150 minuten vanaf de voorbereiding van het dier tot herstel. De tijdsverloop van het experiment wordt geïllustreerd in Figuur 1.
1. Voorbereiding van stimulatieapparatuur
Figuur 2 toont de elektronische componenten en bijbehorende verbindingen die vereist zijn voor het genereren van een auditieve stimulus in de MRI-scanner. De vereisten zijn als volgt: een computer, een externe geluidskaart, een stereo versterker en een fMRI-compatibel oortelefoonsysteem.
<ol>
	<li>Verbind de computer die zal worden gebruikt om de auditieve stimulus te presenteren met de externe geluidskaart via de Universal Serial Bus (USB) kabel.</li>
	<li>Bevestig de kabels die de uitgangspoorten van de externe geluidskaart verbinden met de ingangspoorten van de stereo versterker.</li>
	<li>Bevestig de kabels die de uitgangspoorten van de stereo versterker verbinden met de ingangspoorten van de transformatordoos van het fMRI-compatibel oortelefoonsysteem.</li>
	<li>Verbind de binaural oortelefoons met de uitgangspoorten van de transformatordoos.</li>
	<li>Gebruik afgeschermde coaxiale kabels met BNC-verbindingen om de transformatordoos te verbinden met het penetratiepaneel buiten de scannerruimte.</li>
	<li>Verbind de oortelefoonkabelassemblage met de overeenkomstige BNC-poorten op het penetratiepaneel in de scannerruimte.</li>
	<li>Verbind de schuimrubberen oortips met de oortelefoons en verbind vervolgens de oortelefoons met de kabelassemblage. Voer een testauditieve stimulus uit om te bevestigen dat het geluid van de computer naar de oortelefoons wordt overgedragen. Ontkoppel de oortelefoons en plaats de schuimrubberen oortips stevig in de oren van de kat tijdens de voorbereidingsfase van het dier (stap 2.7).</li>
</ol>
2. Diervoorbereiding
<ol>
	<li>Om de kat voor te mediceren, dient u een kalmeringsmixtuur van atropinesulfaat (0,02 mg/kg) en acepromazijn (0,02 mg/kg) toe te dienen via een subcutane (SC) injectie.</li>
	<li>Na 20 minuten, dient u ketamine (4 mg/kg) en dexmedetomidinehydrochloride (0,02-0,03 mg/kg) toe te dienen via een intramusculaire (IM) injectie om anesthesie te induceren. Ketamine wordt meestal gecombineerd met een kalmeringsmiddel en spierverslappers, in dit geval dexmedetomidinehydrochloride, om de trillingen en spierstijfheid die gewoonlijk worden waargenomen wanneer ketamine alleen wordt gebruikt, te verminderen45. Deze anesthesiecombinatie induceert typisch ongeveer 150 minuten sedatie en wordt vaak gebruikt in de veterinaire praktijk om anesthesie te induceren bij kleine dieren.</li>
	<li>Zodra de kat zijn rechterreflex heeft verloren, breng ooglijfolie aan op de ogen om uitdroging tijdens de procedure te voorkomen. Plaats een indwellende katheter in de mediale safenusvene voor intraveneuze toediening van ketamine.</li>
	<li>Test op succesvolle anesthesie-inductie door een teen op de voorpoot te knijpen en vervolgens waar te nemen of de kat zijn poot terugtrekt. Zodra de pedaalreflex verdwijnt, onderdrukt u de gagreflex door lidocaine op de faryngeale wanden te spuiten en vervolgens de kat te intuberen met een 4,0-4,5 endotracheale buis.</li>
	<li>Handhaaf anesthesie gedurende de beeldvormingssessie met een constante infuussnelheid van ketamine (0,6-0,75 mg/kg/uur) en geïnhaleerd isofluraan (0,4-0,5%) geleverd in 100% zuurstof bij 1-1,5 L/min. Combineer 60 ml saline en 0,07 ml ketamine in een 60 ml-spuit en plaats de spuit in de spuitpomp. Deze stap kan worden uitgevoerd voordat de kat wordt voorbehandeld.</li>
	<li>Plaats warme met was gevulde verwarmingskussen op de vloer van de MRI-compatibele slede (Figuur 3a en 3c) en plaats vervolgens de isolerende kunststof bubble wrap rond de binnenwanden van de slede.</li>
	<li>Plaats de kat in een sternale positie binnen de isolerende bubble wrap in de MRI-compatibele slede (Figuur 3c).</li>
	<li>Zodra de kat is gepositioneerd, past u het hoofd aan om toegang tot de oren te krijgen. Rol de schuimrubberen oortips tot de kleinst mogelijke diameter en steek elke oortip diep in de gehoorgang. Eenmaal ingevoegd, moeten de schuimrubberen oortips uitzetten om de ruimte in de gehoorgangen te vullen.</li>
	<li>Pas de kat aan tot zijn hoofd goed is gepositioneerd binnen de 3-kanaals radiofrequentie (RF) spoel (Figuur 3b). Stabiliseer het hoofd met akoestisch dempingsgeheugenschuim (Figuur 3d). Plaats schuim rond de oren om extra demping van het scannergeluid te bieden.</li>
	<li>Wikel de kat in de deken van isolerende kunststof bubble wrap en bevestig en vervoer de slede naar het scannerbed.</li>
	<li>Verbind de infuuslijnen, anesthesietoedieningsbuizen en bewakingsapparatuur met de kat. Verbind de oortelefoons met de oortelefoonkabelassemblage die is bevestigd aan het penetratiepaneel.</li>
	<li>Start de ketamine-infusie bij de basisstroomsnelheid van 0,6 mg/kg/uur en verhoog de stroomsnelheid indien nodig op basis van de diepte van de anesthesie. Stel de initiële dosis isofluraan in op 0,5% en verlaag deze tot 0,4% zodra de anatomische scans zijn verzameld.</li>
	<li>Bewaak en registreer de zuurstofverzadiging in het bloed, de eind-expiratoire CO2-niveaus, de hart

De auteurs verklaren geen belangenconflicten, financieel of anderszins.

Bij het ontwerpen van een fMRI-experiment voor een anesthetisch diermodel van auditieve functie, moeten de volgende kwesties zorgvuldig worden overwogen: (i) de impact van anesthesie op corticale reacties, (ii) het effect van achtergrondscannerruis, en (iii) de optimalisatie van de gegevensverzamelingsfase van de experimentele procedure.
Hoewel een anesthetische voorbereiding het belangrijke voordeel biedt van het produceren van een langdurige periode van sedatie en het minimaliseren van mogel...

De huidige kennis over auditieve verwerking bij zoogdieren is voornamelijk afgeleid van invasieve elektrofysiologische onderzoeken bij apen1-5, fretten6-10, vleermuizen11-14, knaagdieren15-19 en katten20-24. Elektrofysiologische technieken gebruiken vaak extracellulaire micro-elektroden om de activiteit van enkele en meerdere neuronen binnen een klein gebied van zenuwweefsel rond de elektrodetip op te nemen. Gevestigde functionele beeldvormingsmethoden, zoals optische beeldvorming en functionele magnetische resonantiebeeldvorming (fMRI), dienen als nuttige aanvulling op extracellulaire opnamen door een macroschoppisch perspectief te bieden van gelijktijdige aangedreven activiteit over meerdere, ruimtelijk verschillende hersengebieden. Optische beeldvorming van intrinsieke signalen vergemakkelijkt de visualisatie van geëvokeerd activiteit in de hersenen door activiteitsgerelateerde veranderingen in de reflectie-eigenschappen van het oppervlakteweefsel te meten, terwijl fMRI de bloed-zuurstofniveau-afhankelijke (BOLD) contrast gebruikt om door stimulus geëvokte hemodynamische veranderingen in hersengebieden te meten die actief zijn tijdens een specifieke taak. Optische beeldvorming vereist directe blootstelling van het corticale oppervlak om veranderingen in oppervlakteweefselreflectie te meten die gerelateerd zijn aan door stimulus geëvokeerd activiteit25. In vergelijking is fMRI niet-invasief en maakt gebruik van de paramagnetische eigenschappen van gedeoxygeneerd bloed om zowel corticale oppervlakte26-28 als sulcus-gebaseerde27,29 geëvokeerd activiteit binnen een intacte schedel te meten. Sterke correlaties tussen het BOLD-signaal en neuronale activiteit in de visuele cortex van niet-menselijke primaten30 en in de menselijke auditieve cortex31 valideren fMRI als een nuttig hulpmiddel om sensorische functie te bestuderen. Aangezien fMRI uitgebreid is gebruikt om kenmerken van de auditieve route te bestuderen, zoals tonotopische organisatie32-36, lateralisatie van auditieve functie37, patronen van corticale activering, identificatie van corticale gebieden38, effecten van geluidsintensiteit op auditieve responseigenschappen39,40 en kenmerken van de tijdsverloop van het BOLD-respons29,41 bij menselijke, aap- en ratmodellen, zou de ontwikkeling van een geschikt functioneel beeldvormingsprotocol om auditieve functie bij de kat te bestuderen, een nuttige aanvulling zijn op de functionele beeldvormingsliteratuur. Hoewel fMRI ook is gebruikt om verschillende functionele aspecten van de visuele cortex bij de anesthetische kat te onderzoeken26-28,42, zijn er weinig studies die deze techniek hebben gebruikt om sensorische verwerking in de auditieve cortex van de kat te onderzoeken. Het doel van het huidige protocol is om een effectieve methode te ontwikkelen om fMRI te gebruiken om functie in de auditieve cortex van de anesthetische kat te kwantificeren. De experimentele procedures die in dit manuscript zijn geschetst, zijn met succes gebruikt om de kenmerken van de tijdsverloop van het BOLD-respons in de auditieve cortex van de volwassen kat te beschrijven43.

<table><tbody><tr><td colspan="4">Materialen</td></tr><tr><td>Atropine sulfaat injectie 0,5 mg/ml</td><td>Rafter 8 Producten</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Acepromazine 5 mg/ml</td><td>Vetoquinol Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Ketamine hydrochloride 100 mg/ml</td><td>Bimeda-MTC</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Dexmedetomidine hydrochloride (Dexdomitor 0,5 mg/ml)</td><td>Orion Pharma</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Isofluraan 99,9%</td><td>Abbott Laboratories</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Lidocaine (Xylocaine endotracheal 10 mg/gemeten dosis)</td><td>Astra Zeneca</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Smerende oogzalf (Refresh Lacri Lube)</td><td>Allergan Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Sterilisatie 0,95%</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>IV-katheter 22 g (met vleugels)</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>IV-verlengset</td><td>Codan US Corp.</td><td>BC 269</td><td></td></tr><tr><td>IV-administratieset 10 druppels/ml</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Endotracheale buis 4,0</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Verwarmingskussens (Snuggle Safe)</td><td>Lenric C21 Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Spuit 60 ml</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td colspan="4">Apparatuur</td></tr><tr><td>Externe geluidskaart</td><td>Roland Corporation</td><td>Cakewalk UA-25EX</td><td></td></tr><tr><td>Stereo versterker</td><td>Pyle Audio Inc.</td><td>Pyle Pro PCAU11</td><td></td></tr><tr><td>MRI-compatibel insteek oortelefoon systeem</td><td>Sensimetric Corporation</td><td>Model S14</td><td></td></tr><tr><td>Schuim oordopjes voor insteek oortellenfoons</td><td>E-A-R Auditory Systems</td><td>Earlink 3B</td><td></td></tr><tr><td>Eind-expiratoire CO2 monitor</td><td>Nellcor</td><td>N-85</td><td></td></tr><tr><td>MRI-compatibele pulsoximeter</td><td>Nonin Medical Inc.</td><td>Model 7500</td><td></td></tr><tr><td>Spuitpomp</td><td>Harvard Apparatus</td><td>70-2208</td><td></td></tr></tbody></table>

functionele beeldvorming van de auditieve cortex in volwassen katten met behulp van high-field fmri

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

De huidige kennis van sensorische verwerking in het auditief systeem van zoogdieren is voornamelijk afkomstig van elektrofysiologische studies in verschillende diermodellen, zoals apen, fretten, knuppels, knaagdieren en katten. Om geschikte parallellen tussen menselijke en dierlijke modellen van gehoorfunctie trekken, is het belangrijk om een ​​brug tussen menselijke functionele beeldvorming studies en dierlijke elektrofysiologische studies stellen. Functionele magnetische resonantie imaging (fMRI) is een gevestigde, minimaal invasieve methode voor het meten brede patronen van hemodynamische activiteit in verschillende gebieden van de cerebrale cortex. Deze techniek wordt veel gebruikt voor sensorische functie in het menselijk brein sonde is een nuttig instrument koppelen studies auditieve verwerking bij mens en dier en is met succes gebruikt om gehoorfunctie bij apen en knaagdieren onderzoeken. Het volgende protocol beschrijft een experimentele procedure voor het onderzoeken van auditieve functie in verdoofde volwassenkatten door het meten-stimulus opgeroepen hemodynamische veranderingen in de auditieve cortex met behulp van fMRI. Deze methode maakt vergelijking van de hemodynamische responsen in verschillende modellen gehoorfunctie hetgeen leidt tot een beter begrip van species-onafhankelijke eigenschappen van de zoogdieren auditieve cortex.

Representatieve functionele gegevens werden verzameld in een 7T horizontale bore-scanner en geanalyseerd met de Statistical Parametric Mapping-toolbox in MATLAB. Robuuste corticale hemodynamische responsen op auditieve stimulatie zijn consequent waargenomen bij katten met gebruik van het beschreven experimentele protocol43. Figuur 6 illustreert de BOLD-activatie bij 2 dieren in respons op een 30 sec breedbandruisstimulus gepresenteerd in een blokontwerp. T-statistiekkaarten van het contrast tu...

Functionele studies van het gehoorsysteem bij zoogdieren zijn traditioneel uitgevoerd met behulp van ruimtelijk gerichte technieken zoals elektrofysiologische opnames. Het volgende protocol beschrijft een methode voor het visualiseren van grootschalige patronen van geïnduceerde hemodynamische activiteit in de gehoorschors van katten met behulp van functionele magnetische resonantie beeldvorming.

Functionele Beeldvorming van de auditieve cortex in volwassen katten met behulp van High-field fMRI

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

Het algemene doel van deze procedure is om de intacte gehoorschors van de kat functioneel te beeldvormen met behulp van functionele magnetische resonantiebeeldvorming met een hoog veld. Dit wordt bereikt door eerst de geluidsapparatuur voor te bereiden voor het presenteren van stimuli. De tweede stap is om de kat voor te bereiden op het scannen door middel van anesthesie en vervolgens in een MRI-compatibele slede te plaatsen.Vervolgens worden anatomische en functionele beelden verzameld over de hele hersenen tijdens het presenteren van stimuli. De laatste stap is om de beelden te verwerken om de mate van hersenactivatie tijdens het presenteren van stimuli te kwantificeren. Uiteindelijk wordt functioneel beeldvormen gebruikt om de mate van activering tijdens geluidspresentatie in de intacte gehoorschors van de kat te tonen.Deze methode kan worden gebruikt om sleutelvragen over gehoorfunctie te helpen beantwoorden, zoals de bestaande hiërarchie in de gehoorschors. Het belangrijkste voordeel van deze techniek boven bestaande methoden zoals optische beeldvorming, is dat fMRI niet-invasief is en functionele corticale activiteit binnen de intacte schedel kan meten. Deze methode kan inzic

functional-imaging-auditory-cortex-adult-cats-using-high-field

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neurowetenschap

Dit artikel beschrijft technieken om een ​​hoge resolutie van functionele magnetische resonantie beeldvorming uit te voeren met 1,2 mm bemonstering in de menselijke middenhersenen en subcorticale structuren met behulp van een 3T scanner. Het gebruik van deze technieken om topografische kaarten van visuele stimulatie in de menselijke superior colliculus (SC) op te lossen wordt als voorbeeld gegeven.

Hoge resolutie functionele magnetische resonantie imaging methoden voor Human middenhersenen

Auditieve verwerking is de basis van spraak en muziek-gerelateerde verwerking. Transcraniële magnetische stimulatie (TMS) is met succes gebruikt voor de cognitieve, sensorische en motorische systemen te bestuderen, maar zelden is toegepast om auditie te doen. Hier onderzochten we TMS gecombineerd met functionele Magnetische Resonantie Imaging aan de functionele organisatie van de auditieve cortex te begrijpen.

Het in kaart brengen van de na-effecten van Theta Burst stimulatie over de menselijke auditieve cortex met Functionele Beeldvorming

Dit artikel toont een geoptimaliseerde procedure voor de beeldvorming van de neurale substraten van auditieve stimulatie in de zangvogelhersenen met behulp van functionele Magnetische Resonantie Imaging (fMRI). Het beschrijft de bereiding van de geluidsstimuli, de positionering van het onderwerp en de verwerving en daaropvolgende analyse van de fMRI data.

Functionele Magnetische Resonantie Imaging (fMRI) met Auditieve Stimulatie in Zangvogels

Source: Blanc, J., et al. Functional Magnetic Resonance Spectroscopy at 7 T in the Rat Barrel Cortex During Whisker Activation. J. Vis. Exp. (2019)This video demonstrates the method of analyzing metabolic changes in the rat barrel cortex using functional magnetic resonance spectroscopy during whisker stimulation. Baseline metabolite spectra are compared with stimulated spectra to detect lactate increase in the barrel cortex, confirming successful neuronal activation.

Functional Magnetic Resonance Spectroscopy of the Rat Barrel Cortex During Whisker Stimulation

Complexe motoriek in naturalistische omgevingen vereisen zorgvuldige coördinatie van de ledematen omvat de regio's van de pariëtale cortex. Het volgende protocol beschrijft het gebruik van omkeerbare koeling-geïnduceerde deactivering om aan te tonen van de rol van de pariëtale gebied 5 bij geheugen-geleide obstakel vermijden in de wandelende kat.

Omkeerbare koeling-geïnduceerde deactiveringen te bestuderen van de corticale bijdragen aan belemmering geheugen in de wandelende kat

Beschrijven we een methode voor de stereotactically-geleide locatie, belichting en ablatie van de auditieve cortex in ratten. De lokalisatie van de ablatie wordt beoordeeld met behulp van een coördinaat kaart postmortale.

Stereotactically-geleide ablatie van de auditieve Cortex van de Rat en de lokalisatie van de laesie in de hersenen

Nadat u hebt gecontroleerd door bloed-zuurstof-niveau-afhankelijke functionele magnetische resonantie imaging (fMRI vet) thats het overeenkomstige vat Somatosensorische cortex gebied (genoemd S1BF) correct geactiveerd, de belangrijkste doel van deze studie is te kwantificeren lactaat inhoud schommelingen in de hersenen geactiveerd rat door gelokaliseerde proton magnetische resonantie spectroscopie (1H-mevrouw) bij 7 T.

Functionele magnetische resonantie spectroscopie op 7 T in de Rat vat Cortex tijdens de Whisker activering

Dit protocol beschrijft de kwantificering van volumetrische cerebrale hemodynamische variaties in het muizenbrein met behulp van functionele echografie (fUS). Procedures voor 3D functionele activeringskaart na sensorische stimulatie en functionele connectiviteit in rusttoestand worden gegeven als illustratieve voorbeelden, bij verdoofde en wakkere muizen.

Whole-Brain 3D-activering en functionele connectiviteit mapping bij muizen met behulp van transcraniële functionele echografie beeldvorming

Een gedetailleerde nieuwe procedure voor functionele beeldvorming van wakkere, op het hoofd gefixeerde ratten wordt beschreven.

Hoofdimplantaten voor de neuroimaging van wakkere, op het hoofd gefixeerde ratten

Hier presenteren we twee protocollen voor de registratie van micro-elektrocorticografie met hoge dichtheid (μEcoG) bij ratten en muizen, inclusief chirurgische, implantatie- en registratiemethoden. μECoG-opnames worden uitgevoerd in combinatie met laminaire polytrode-opname in de auditieve cortex van de rat of met optogenetische manipulatie van neurale activiteit in de somatosensorische cortex van de muis.

Multischaalonderzoek van corticale verwerking door integratie van laminaire polytrodes en optogenetica met micro-elektrocorticografie bij knaagdieren

Leer functionele beeldvorming van de auditieve cortex bij katten met high-field fMRI. Deze methode maakt kwantificering van hersenactivatie en visualisatie van hemodynamische patronen mogelijk voor neurowetenschappelijk onderzoek.

Functionele Beeldvorming van de auditieve cortex in volwassen katten met behulp van High-field fMRI

Meer video's verkennen