19 lutego 2014
Badania funkcjonalne układu słuchowego u ssaków były tradycyjnie prowadzone przy użyciu technik skoncentrowanych na przestrzeni, takich jak zapisy elektrofizjologiczne. Poniższy protokół opisuje metodę wizualizacji wielkoskalowych wzorców wywołanej aktywności hemodynamicznej w korze słuchowej kota za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego.
Ogólnym celem tej procedury jest funkcjonalne zobrazowanie nienaruszonej kory słuchowej kota za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego o wysokim polu. Osiąga się to poprzez uprzednie przygotowanie sprzętu dźwiękowego do prezentacji bodźców. Drugim krokiem jest przygotowanie kota do skanowania poprzez znieczulenie, a następnie umieszczenie go w saniach kompatybilnych z rezonansem magnetycznym.
Następnie podczas prezentacji bodźca zbierane są obrazy anatomiczne i funkcjonalne w całym mózgu. Ostatnim krokiem jest przetworzenie obrazów w celu ilościowego określenia poziomu aktywacji mózgu podczas prezentacji bodźca. Ostatecznie obrazowanie funkcjonalne służy do pokazania zakresu aktywacji podczas prezentacji dźwięku w nienaruszonej korze słuchowej kota.
Metoda ta może być wykorzystana do udzielenia odpowiedzi na kluczowe pytania dotyczące funkcji słuchowych, takie jak istnienie hierarchii w korze słuchowej. Główną przewagą tej techniki nad istniejącymi metodami, takimi jak obrazowanie optyczne, jest to, że FMRI jest nieinwazyjny i może mierzyć funkcjonalną aktywność kory mózgowej w nienaruszonej czaszce. Metoda ta może zapewnić wgląd w funkcje słuchowe i może być stosowana do innych modalności sensorycznych, takich jak wzrok i czucie somatyczne.
Procedurę zademonstrują Pam Nixon, dyplomowany technik weterynarii i Amy Hall, doktorantka w naszym laboratorium. Wszystkie procedury na zwierzętach, opisane w niniejszym protokole, muszą zostać zatwierdzone przez komitet ds. wykorzystania zwierząt w Twojej instytucji przed eksperymentem. Aby rozpocząć przygotowania do tego protokołu, najpierw podłącz komputer, który będzie używany do prezentowania bodźca słuchowego do zewnętrznej karty dźwiękowej za pomocą USB.
Następnie podłącz łączące porty wyjściowe zewnętrznej karty dźwiękowej do portów wejściowych stereo wzmacniacza mocy. Następnie podłącz łączące porty wyjściowe stereo wzmacniacza mocy z portami wejściowymi skrzynki transformatora systemu słuchawkowego kompatybilnego z FMRI. Użyj ekranowanych koncentrycznych ze złączami BNC, aby podłączyć skrzynkę transformatora do panelu przepustowego na zewnątrz pomieszczenia skanera.
Następnie podłącz zespół słuchawek do odpowiednich portów BNC na panelu penetracyjnym. Wewnątrz pomieszczenia skanera podłącz piankowe końcówki douszne do słuchawek. Następnie podłącz słuchawki do zespołu.
Przeprowadź test bodźca słuchowego, aby potwierdzić, że dźwięk jest przesyłany z komputera do słuchawek. Odłącz słuchawki i bezpiecznie włóż piankową rurkę do uszu kota podczas fazy przygotowania zwierzęcia. Najpierw ustaw pompę strzykawkową, która będzie używana do utrzymywania znieczulenia podczas obrazowania, połącz 60 mililitrów soli fizjologicznej i 0,07 mililitra ketaminy w 60-mililitrowej strzykawce i umieść ją w pompie strzykawkowej.
Następnie podaj uspokajającą mieszaninę siarczanu atropiny i promazyny SUP we wstrzyknięciu podskórnym. Po 20 minutach podaj ketaminę i chlorowodorek mięsa w postaci wstrzyknięcia domięśniowego w celu wywołania znieczulenia. Gdy kot straci odruch pisania, nałóż maść okulistyczną na oczy, aby zapobiec wysuszeniu podczas zabiegu.
Umieść również cewnik na stałe w żyle odpiszczelowej przyśrodkowej w celu dożylnego podawania ketaminy. Podczas zabiegu ponownie przetestuj pomyślną indukcję znieczulenia, szczypiąc palec u nogi na czterech łapach i obserwując, czy kot wycofuje łapę. Gdy odruch płatków zniknie, stłum odruch wymiotny, rozpylając lidokainę na ściany gardła.
Następnie zaintubuj kota rurką dotchawiczą 4,0 lub 4,5. Utrzymuj znieczulenie przez cały czas sesji obrazowania ze stałą szybkością wlewu ketaminy i wdychanej izofluoru dostarczanej w 100% tlenu w ilości od jednego do 1,5 litra na minutę. Następna warstwa izolacyjnej folii bąbelkowej na podłodze sanek kompatybilnych z MRI.
Następnie umieść ciepłe poduszki grzewcze wypełnione woskiem na wierzchu folii bąbelkowej. Umieść kolejną warstwę plastikowej folii bąbelkowej na poduszkach grzewczych. Następnie umieść kota w pozycji mostkowej w izolacyjnej folii bąbelkowej w saniach kompatybilnych z MRI.
Po ustawieniu kota wyreguluj głowę, aby uzyskać dostęp do uszu. Zwiń piankowe końcówki douszne do najmniejszej możliwej średnicy. Następnie włóż każdą końcówkę douszną głęboko do kanału słuchowego.
Po włożeniu piankowe końcówki douszne powinny się rozszerzyć, aby wypełnić przestrzeń w kanałach słuchowych. Wyreguluj kota, aż jego głowa zostanie prawidłowo umieszczona w trzykanałowej cewce o częstotliwości radiowej, ustabilizuj głowę za pomocą akustycznej pianki tłumiącej z pamięcią kształtu. Pamiętaj, aby umieścić piankę wokół uszu, aby zapewnić dodatkowe tłumienie hałasu skanera.
Teraz owiń ciało kota kocem z izolacyjnej folii bąbelkowej. Następnie zabezpiecz i przetransportuj sanki do łóżka skanera. Podłącz do kota przewody infuzyjne, rurki do znieczulenia i sprzęt monitorujący.
Podłącz również słuchawki do zespołu słuchawek dołączonego do panelu penetracyjnego. Rozpocznij wlew ketaminy przy podstawowym natężeniu przepływu 0,6 miligrama na kilogram na godzinę. Następnie zwiększ natężenie przepływu zgodnie z wymaganiami W zależności od głębokości znieczulenia ustaw początkową dawkę fluoru na 0,5%, a następnie zmniejsz do 0,4%po pobraniu skanów anatomicznych.
Monitoruj i rejestruj nasycenie krwi kota tlenem i tytuł, poziomy CO2, tętno, oddech i temperaturę w odbycie przez cały czas trwania eksperymentu. Korzystanie ze sprzętu monitorującego zgodnego z MRI umieszczonego w odpowiedniej odległości od skanera. Stały wzrost częstości akcji serca i oddychania jest zwykle związany z rychłym powrotem do zdrowia po znieczuleniu.
Zacznij od zebrania anatomicznych skanów referencyjnych mózgu kota w orientacji osiowej za pomocą sekwencji obrazowania flash z parametrami obrazowania widocznymi na ekranie tutaj. Czas trwania badania anatomicznego powinien wynosić około sześciu minut. Następnie skonfiguruj obrazowanie funkcjonalne za pomocą segmentowej akwizycji płaskiej echa z przeplotem z parametrami obrazowania widocznymi na ekranie tutaj.
Rozpocznij akwizycję głośności obrazu, prezentując szerokopasmowy bodziec białego szumu. W projekcie blokowym bodziec słuchowy powinien być odtwarzany przez 30 sekund i naprzemiennie z 32. niemym warunkiem podstawowym. Powtarzaj ten krok, aż akustycznie wywołają śmiałe działania zaobserwowane w korze słuchowej.
Czas trwania każdego przebiegu funkcjonalnego przy użyciu projektu blokowego powinien wynosić około 4,5 minuty dla 90 woluminów. Przedstaw bodziec dla pożądanej liczby przebiegów funkcjonalnych. Po zakończeniu sesji rezonansu magnetycznego wyjmij kota z sań.
Kontynuuj dodatkowe ogrzewanie za pomocą poduszek grzewczych i ręczników, aż zwierzę w pełni wyzdrowieje. Gdy odruch wymiotny powróci, usuń rurkę dotchawiczą. Monitoruj CAT do momentu przywrócenia odruchu pisania.
Następnie zwróć zwierzę do placówki. Oceń zwierzę następnego dnia po zabiegu, aby upewnić się, że nie ma żadnych negatywnych skutków eksperymentu. Po zakończeniu eksperymentu należy wybrać odpowiednie oprogramowanie do analizy FMRI, takie jak SPM lub FSL, aby przetworzyć uzyskane objętości funkcjonalne.
Na zdjęciu możemy zobaczyć śmiałą aktywację u dwóch zwierząt w odpowiedzi na 32. bodziec hałasu szerokopasmowego przedstawiony w bloku. Zaprojektuj mapy statystyczne T szumu szerokopasmowego w funkcji kontrastu linii bazowej. Na dwóch obrazach płaszczyzny warstw ujawniają przylegające do siebie skupiska obustronnej akustycznie wywołanej aktywności w korze słuchowej.
Wykresy te pokazują modulacje w sygnale pogrubionym podczas pojedynczego przebiegu funkcjonalnego na podświetlonych wokselach. A tutaj możemy zobaczyć, jak średnie przebiegi czasowe odważnej odpowiedzi są znormalizowane do średniego, pogrubionego sygnału bazowego. W tych przykładach pogrubiony sygnał wykazuje znaczny wzrost w stosunku do linii bazowej od trzech do sześciu sekund po wystąpieniu bodźca.
Podczas wykonywania tej procedury ważne jest, aby ściśle monitorować parametry fizjologiczne kota, aby zapewnić stały poziom sedacji przez cały czas trwania zabiegu. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak przeprowadzić eksperyment funkcjonalnego rezonansu magnetycznego w celu zbadania funkcji kory słuchowej w znieczulonym preparacie. Nie zapominaj, że praca ze skanerami MRI może być potencjalnie niebezpieczna.
Podczas wykonywania tej procedury należy zawsze upewnić się, że personel został odpowiednio przebadany, że konfiguracja eksperymentalna jest kompatybilna z MRI oraz że urządzenia monitorujące są bezpieczne dla MRI lub umieszczone w bezpiecznej odległości od magnesu.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Ten protokół opisuje metodę wizualizacji wzorców aktywności hemodynamicznej w korze słuchowej kota za pomocą funkcjonalnego rezonansu magnetycznego (fMRI). Badanie ma na celu zapewnienie wglądu w funkcjonalne obrazowanie układu słuchowego u ssaków.
Functional imaging of auditory cortex in adult cats using high-field fMRI enables cross-species comparison of hemodynamic responses, supporting translational neuroscience in auditory processing research. This method bridges human fMRI studies and animal electrophysiology, facilitating target validation in auditory pathway modulation and mechanistic de-risking for sensory therapeutics. It provides predictive confidence in auditory function models by quantifying stimulus-evoked brain activation in intact cortical systems.
The method integrates into discovery biology by enabling hypothesis testing of auditory cortical organization and supports screening readiness through quantifiable hemodynamic outputs.