Name: Ressonância Magnética Funcional (fMRI), com estimulação auditiva em aves canoras (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2013-06-03T08:56:00.000+00:00
Duration: 13 min 5 s
Description: Aprenda a realizar fMRI em aves canoras para estudar processamento auditivo usando Taeniopygia guttata. Este método não invasivo permite visualizar ativações cerebrais em resposta a estímulos sonoros com análise estatística voxel-based.

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Esta pesquisa foi apoiada por doações da Fundação de Pesquisa - Flandres (FWO, projeto Nr G.0420.02 e G.0443.11N), a Fundação Hercules (concessão Nr AUHA0012), concertadas Acções de Investigação (GOA financiamento) da Universidade de Antuérpia, e parcialmente patrocinado pela EC - FP6 projeto Dimi, LSHB-CT-2005-512146 e EC - FP6 projeto EMIL LSHC-CT-2004-503569 para A.VdL. G.DG e CP são bolsistas de pós-doutorado da Fundação de Pesquisa - Flandres (FWO).

1. Preparação dos estímulos auditivos <ol><li> Primeiro gravar o som-estímulos ao ser jogado dentro do furo do sistema MR 7T. O furo é de um espaço confinado, que pode distorcer os estímulos auditivos, resultando na melhoria de determinadas frequências auditivas. Figura 1 mostra as frequências aumentadas e suprimida, como mostrado pelas nossas gravações de ruído branco feito no local da cabeça da ave no magneto usando um microfone de fibra óptica (Optimic 1160, Optoacoustics). Para compensar este aumento artificial, uma função de equalizador é aplicada a cada estímulo usando o software WaveLab. Para nossa configuração particular, a função consiste em um kernel gaussiano com os seguintes parâmetros: amplitude máxima:-20dB, centrado em 3750 Hz, largura: 0,05 oitavas (correspondente à faixa 2.500-5.000 Hz para o nosso sistema). </li><li> Os estímulos músicas são compostas por vários motivos músicas individuais de cada pássaro intercaladas com períodos de silêncio. O dguração destes períodos silenciosos é ajustado para manter a quantidade total de som e silêncio idênticas para todos os estímulos. Esta construção conserva a variabilidade intra-individual e inter-individual natural da duração da música. O comprimento total de cada estímulo é de 16 seg. A intensidade de cada canção é normalizada em termos de correspondência raiz quadrada média e high-pass filtrado a 400 Hz, antes de ser integrado ao estímulo completo (canção e períodos de silêncio). Essas manipulações são feitas utilizando o software Praat. </li><li> O experimento consiste de um botão ON / OFF projeto alternando períodos de estimulação auditiva bloco (em blocos) com períodos de descanso (OFF blocos) (Figura 2). Cada bloco (ON e OFF) dura 16 segundos, o que corresponde ao tempo de aquisição de duas imagens (veja abaixo para aquisição). Cada tipo de estímulo é apresentado 25 vezes, resultando na aquisição de 50 imagens por estímulo e por assunto. A ordem de apresentação das condições deve ser ao acaso dentro e entreassuntos. Esta ordem aleatória dos estímulos podem ser codificadas em software de apresentação. </li></ol> 2. Assunto Preparação 2.1 Sujeito eo tamanho do grupo Aqui é apresentado um protocolo adaptado especificamente para a utilização de (adulto) mandarins. A escolha da espécie depende da pergunta científica. No entanto, outras considerações como ave robustez para anestesia pode também ser tida em conta. Zebra tentilhões (Taeniopygia guttata) devem ser alojados em viveiros sob 12 horas de luz: 12 horas de fotoperíodo escuro e ter acesso a comida e água ad libitum durante todo o estudo. O número mínimo de indivíduos por ensaio é 15. Esse número leva em conta a sensibilidade de fMRI spin-echo ea variabilidade inter-individual natural de fenômenos biológicos medidos no experimento. 2.2 Instalação de configuração e preparação do animal (Para especificaçãodo equipamento utilizado, referimo-nos a lista de reagentes e equipamentos específicos no final do artigo) <ol><li> Instalar a máscara bico na cama MRI de um sistema de MR T7 e conectá-lo ao dispositivo controlador de gás com tubos de plástico. Abra as duas garrafas de gás oxigênio e nitrogênio e ligar o dispositivo controlador de gás (oxigênio vazão: 200 cc / min; nitrogênio: 400 cc / min). </li></ol> Como mencionado acima, um sistema de RM T7 é usado na configuração apresentada. Outros sistemas de RM com diferentes intensidades de campo também são possíveis, mas a T7 é alcançado um bom compromisso entre a relação sinal-ruído e grau de artefatos de suscetibilidade (ver discussão). Em mais elevadas intensidades de campo a relação sinal-para-ruído irá aumentar juntamente com o grau de artefactos de susceptibilidade. <ol start="2"><li> Ligue o sistema de controle de feedback e um dispositivo de fluxo de ar quente. </li><li> Anestesiar o tentilhão com 3% de isoflurano em uma mistura de oxigênio e nitrogênio através da introdução de seu bicona máscara e segurando a cabeça para baixo até que a ave está totalmente anestesiado. Isto pode ser verificada por meio de puxar o pé suavemente: quando a ave está completamente sedado o pé não vai ser retraído pela ave. Além disso, os olhos da ave irá ser parcialmente fechada. </li><li> Introduzir a sonda de temperatura cloacal para a tela a temperatura do corpo e monitorar a taxa de respiração, colocando um sensor pneumático debaixo da barriga do passarinho zebra. Feche o revestimento para conter o corpo do animal (Figura 3). </li><li> Manter a taxa de respiração dentro do intervalo de 40-100 ciclos por minuto e manter a temperatura corporal constante dentro de uma faixa estreita de 40 ± 0,5 ° C. Quando o intervalo para respirar é muito baixa / alta, ajustar o nível de anestesia (% isoflurano) em conformidade. Quando o problema persistir, o ensaio deve ser parado e o animal retirado da instalação, a fim de recuperar. </li><li> Posicione os alto-falantes dinâmicos não-magnéticos de cada lado da cabeça do passarinho zebra e congar-los para o amplificador. Certifique-se de que os fios dos alto-falantes são levados para longe da sonda de temperatura, pois pode influenciar a leitura da temperatura quando muito perto. </li><li> Coloque a bobina de superfície no topo da cabeça Finch zebra e a posição de zebra no centro do íman (e automaticamente o centro da bobina de transmissão, que está situado no meio do íman). </li><li> Reduzir o nível de anestesia para 1,5% de isoflurano misturado com o oxigênio e nitrogênio. </li></ol> 3. Aquisição de Dados <ol><li> Adquirir um conjunto de 1 sagital, uma horizontal e uma imagem olheiro coronal gradiente-eco (GE) (sequence-piloto tri) e conjuntos de imagens multi-slice horizontal, coronal e sagital (T 2 ponderada aquisição rápida de relaxamento avançada (pilotagem RARE) sequência SE) para determinar a posição do cérebro no íman (Figura 4). </li><li> Diminuir o ruído dos gradientes, aumentando os tempos de rampa para 1000 mS. </li> &lt;li&gt; Prepare a sequência de fMRI: RARE T seqüência 2 ponderada, eficaz TE: 60 ms, TR: 2000 ms, fato raro: 8, FOV: 16 mm, tamanho da matriz: 64 x 32, a orientação: sagital, espessura de corte: 0,75 mm, Inter-slice espessura de espaço: 0,05 milímetros, 15 fatias cobrindo quase todo o cérebro (Figura 4). </li><li> Selecione o protocolo auditiva (estímulos auditivos e tempo de entrega estímulo) no software de apresentação. Este protocolo consiste de uma seqüência de comandos - para o início de estímulos auditivos específicos - que são executadas em um número específico de digitalização. Em cada repetição na sequência fMRI, o software do scanner irá enviar um gatilho para o software de apresentação auditiva que por sua vez registra o número de varredura e executa o comando correspondente. </li><li> Para garantir que o software de apresentação auditiva não perder qualquer gatilho do leitor, o protocolo auditivo é iniciada em primeiro lugar. Uma vez que o protocolo é completamente carregado, a sequência de ressonância magnética é iniciado. </li><li> Cada experimento RMf é precedida pela aquisição de 12 imagens falsas para permitir que o sinal atribuído ao ruído scanner para alcançar um estado estável antes de iniciar a estimulação auditiva. </li><li> Após a aquisição de zero preencher os dados a 64 x 64. </li><li> Dê uma primeira olhada (preliminar) com os resultados utilizando a ferramenta funcional de paravisão (opção de processamento / Imagem Funcional). Calcule a resposta BOLD diferencial entre todos em blocos ea linha de base (OFF blocos). Esta análise dá uma primeira indicação da qualidade da experiência. Se nenhuma ativação é visto nas áreas auditivas primárias nesta fase, o pássaro provavelmente não ouviu / processados ​​os estímulos auditivos, devido a problemas técnicos com a apresentação do estímulo, o nível de anestesia, etc A instalação deverá ser verificada e medida repetida. </li><li> Executar uma seqüência T2 RARE 3D anatômica com a mesma orientação quanto aos exames de ressonância magnética anteriores e com TE eficaz: 60 ms, TR: 2000 ms, fato raro: 8, FOV: 16 mm, o tamanho da matriz: 256 x 128 x 64. </li><li> Zero-preencher os dados a 256 x 256 x 256. </li><li> Leve o tentilhão da cama MRI e deixá-lo recuperar da anestesia em uma gaiola sob uma lâmpada vermelha. Normalmente, a recuperação de uma Finch zebra após anestesia com isoflurano vai relativamente rápido (máximo 5 minutos). Depois de apenas alguns minutos, os pássaros vão tentar levantar-se e uma vez que a ave está totalmente recuperado, ele vai pousar em um ramo em vez de sentar no fundo da gaiola. A duração da anestesia é de cerca de 2 horas para o presente experimento. O tempo máximo de isoflurano anestesia aplicada a tentilhões-zebra em nosso laboratório é de 6 horas, após o que as aves também se recuperou dentro de 5 min. </li></ol> 4. Informática <ol><li> Converta o MR-dados para analisar ou formato Nifti. </li><li> Porque SPM foi desenvolvido para processar os dados de ressonância magnética adquiridos nos seres humanos, isto é, para os voxels de cerca de 2 mm. Inúmeras definições SPM são adaptados a este tamanho aproximado voxel. Se a pessoa não faz wformiga para mudar todas as configurações, a maneira mais simples de proceder é aumentar artificialmente o tamanho do voxel dos dados de fMRI de aves. Ajuste o tamanho do voxel no cabeçalho multiplicando o tamanho real, voxel por 10 usando MRIcro. Deve notar-se, que este ajustamento não influencia os dados em si, não reamostragem ou quaisquer outras modificações que os dados são aplicados. </li></ol> Uma alternativa para isso é o uso da &#39;SPMMouse &quot;, que é um conjunto de ferramentas que permite SPM para abrir e analisar arquivos de qualquer dimensão do voxel. A ferramenta permite que os &#39;cérebros&#39; SPM vidro a ser criado a partir de qualquer imagem, e ajusta automaticamente os padrões de escalas de comprimento com base nos cabeçalhos de arquivos de imagem ou dados introduzidos pelo utilizador. Assim, este toolbox funciona da maneira oposta do que aquilo que nos propomos. Em vez de mudar o tamanho do voxel das imagens para caber no SPM, as configurações padrão do SPM são alteradas para usar imagens com diferentes tamanhos de voxel. <ol start="3"><li> Realinhar os dados de fMRI. Co-registrar o conjunto de dados 3D anatômico de tele séries temporais fMRI. Normalizar os dados em 3D (e da série co-registrada tempo fMRI) para o tentilhão cérebro MRI atlas. Aplicar a matriz de transformação para o conjunto de dados de fMRI. Isso tudo pode ser feito utilizando o Statistical Parametric Mapping (SPM) software 8. </li><li> Suavizar os dados com uma largura do kernel Gaussian 0,5 mm usando SPM8. </li><li> Realizar análises baseadas em voxel estatísticos utilizando SPM8. Modelo os dados como um carro de caixa (sem função resposta hemodinâmica). Estimar os parâmetros do modelo com o algoritmo da máxima verossimilhança restrita clássico. Calcular o efeito médio de cada estímulo auditivo em cada disciplina (análise de efeito fixo) e, em seguida, calcular estatísticas como desejava para análises de grupo (análise de efeito misto). </li><li> Projetar o mapa estatístico paramétrico para o tentilhão atlas (Figura 5) 9 em SPM8 para localizar as ativações funcionais (Figura 6). </li></ol>

<ol><li>Van Meir, V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatiotemporal+properties+of+the+BOLD+response+in+the+songbirds%27+auditory+circuit+during+a+variety+of+listening+tasks%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">Spatiotemporal properties of the BOLD response in the songbirds' auditory circuit during a variety of listening tasks.</a> Neuroimage. 25, 1242-1255 (2005).</li>
<li>Boumans, T., Theunissen, F. E., Poirier, C., Van Der Linden, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neural+representation+of+spectral+and+temporal+features+of+song+in+the+auditory+forebrain+of+zebra+finches+as+revealed+by+functional+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22The+European+Journal+of+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Neural representation of spectral and temporal features of song in the auditory forebrain of zebra finches as revealed by functional MRI.</a> The European Journal of Neuroscience. 26, 2613-2626 (2007).</li>
<li>Boumans, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+magnetic+resonance+imaging+in+zebra+finch+discerns+the+neural+substrate+involved+in+segregation+of+conspecific+song+from+background+noise%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neurophysiology%22%5BJournal%5D)">Functional magnetic resonance imaging in zebra finch discerns the neural substrate involved in segregation of conspecific song from background noise.</a> Journal of Neurophysiology. 99, 931-938 (2008).</li>
<li>Boumans, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+MRI+of+auditory+responses+in+the+zebra+finch+forebrain+reveals+a+hierarchical+organisation+based+on+signal+strength+but+not+selectivity%5BTitle%5D)+AND+%22PloS+ONE%22%5BJournal%5D)">Functional MRI of auditory responses in the zebra finch forebrain reveals a hierarchical organisation based on signal strength but not selectivity.</a> PloS ONE. 3, e3184(2008).</li>
<li>Vignal, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Measuring+brain+hemodynamic+changes+in+a+songbird%3A+responses+to+hypercapnia+measured+with+functional+MRI+and+near-infrared+spectroscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Physics+in+Medicine+and+Biology%22%5BJournal%5D)">Measuring brain hemodynamic changes in a songbird: responses to hypercapnia measured with functional MRI and near-infrared spectroscopy.</a> Physics in Medicine and Biology. 53, 2457-2470 (2008).</li>
<li>Van der Linden, A., Van Meir, V., Boumans, T., Poirier, C., Balthazart, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MRI+in+small+brains+displaying+extensive+plasticity%5BTitle%5D)+AND+%22Trends+in+Neurosciences%22%5BJournal%5D)">MRI in small brains displaying extensive plasticity.</a> Trends in Neurosciences. 32, 257-266 (2009).</li>
<li>Poirier, C., Van der Linden, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spin+echo+BOLD+fMRI+on+songbirds%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+Mol.+Biol%22%5BJournal%5D)">Spin echo BOLD fMRI on songbirds.</a> Methods Mol. Biol. 771, 569-576 (2011).</li>
<li>Poirier, C., Verhoye, M., Boumans, T., Van der Linden, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Implementation+of+spin-echo+blood+oxygen+level-dependent+%28BOLD%29+functional+MRI+in+birds%5BTitle%5D)+AND+%22NMR+in+Biomedicine%22%5BJournal%5D)">Implementation of spin-echo blood oxygen level-dependent (BOLD) functional MRI in birds.</a> NMR in Biomedicine. 23, 1027-1032 (2010).</li>
<li>Poirier, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+three-dimensional+MRI+atlas+of+the+zebra+finch+brain+in+stereotaxic+coordinates%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">A three-dimensional MRI atlas of the zebra finch brain in stereotaxic coordinates.</a> Neuroimage. 41, 1-6 (2008).</li>
<li>Zhao, F., Wang, P., Kim, S. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cortical+depth-dependent+gradient-echo+and+spin-echo+BOLD+fMRI+at+9.4T%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%3A+Official+Journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Cortical depth-dependent gradient-echo and spin-echo BOLD fMRI at 9.4T.</a> Magnetic Resonance in Medicine: Official Journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 51, 518-524 (2004).</li>
<li>Harel, N., Lin, J., Moeller, S., Ugurbil, K., Yacoub, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Combined+imaging-histological+study+of+cortical+laminar+specificity+of+fMRI+signals%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Combined imaging-histological study of cortical laminar specificity of fMRI signals.</a> NeuroImage. 29, 879-887 (2006).</li>
<li>Duong, T. Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microvascular+BOLD+contribution+at+4+and+7+T+in+the+human+brain%3A+gradient-echo+and+spin-echo+fMRI+with+suppression+of+blood+effects%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%3A+Official+Journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Microvascular BOLD contribution at 4 and 7 T in the human brain: gradient-echo and spin-echo fMRI with suppression of blood effects.</a> Magnetic Resonance in Medicine: Official Journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 49, 1019-1027 (2003).</li>
<li>Lee, S. P., Silva, A. C., Ugurbil, K., Kim, S. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Diffusion-weighted+spin-echo+fMRI+at+9.4+T%3A+microvascular%2Ftissue+contribution+to+BOLD+signal+changes%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%3A+Official+Journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Diffusion-weighted spin-echo fMRI at 9.4 T: microvascular/tissue contribution to BOLD signal changes.</a> Magnetic Resonance in Medicine: Official Journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 42, 919-928 (1999).</li>
<li>Uludag, K., Muller-Bierl, B., Ugurbil, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+integrative+model+for+neuronal+activity-induced+signal+changes+for+gradient+and+spin+echo+functional+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">An integrative model for neuronal activity-induced signal changes for gradient and spin echo functional imaging.</a> NeuroImage. 48, 150-165 (2009).</li>
<li>Yacoub, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spin-echo+fMRI+in+humans+using+high+spatial+resolutions+and+high+magnetic+fields%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%3A+Official+Journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Spin-echo fMRI in humans using high spatial resolutions and high magnetic fields.</a> Magnetic Resonance in Medicine: Official Journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 49, 655-664 (2003).</li>
<li>Keilholz, S. D., Silva, A. C., Raman, M., Merkle, H., Koretsky, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+MRI+of+the+rodent+somatosensory+pathway+using+multislice+echo+planar+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%3A+Official+Journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Functional MRI of the rodent somatosensory pathway using multislice echo planar imaging.</a> Magnetic Resonance in Medicine: Official Journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 55, 316-324 (2006).</li>
<li>Keilholz, S. D., Silva, A. C., Raman, M., Merkle, H., Koretsky, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+MRI+of+the+rodent+somatosensory+pathway+using+multislice+echo+planar+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Magnetic+Resonance+in+Medicine%3A+Official+Journal+of+the+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine+%2F+Society+of+Magnetic+Resonance+in+Medicine%22%5BJournal%5D)">Functional MRI of the rodent somatosensory pathway using multislice echo planar imaging.</a> Magnetic Resonance in Medicine: Official Journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 52, 89-99 (2004).</li>
<li>Goloshevsky, A. G., Silva, A. C., Dodd, S. J., Koretsky, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((BOLD+fMRI+and+somatosensory+evoked+potentials+are+well+correlated+over+a+broad+range+of+frequency+content+of+somatosensory+stimulation+of+the+rat+forepaw%5BTitle%5D)+AND+%22Brain+Research%22%5BJournal%5D)">BOLD fMRI and somatosensory evoked potentials are well correlated over a broad range of frequency content of somatosensory stimulation of the rat forepaw.</a> Brain Research. 1195, 67-76 (2008).</li>
<li>Kida, I., Yamamoto, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Stimulus+frequency+dependence+of+blood+oxygenation+level-dependent+functional+magnetic+resonance+imaging+signals+in+the+somatosensory+cortex+of+rats%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroscience+Research%22%5BJournal%5D)">Stimulus frequency dependence of blood oxygenation level-dependent functional magnetic resonance imaging signals in the somatosensory cortex of rats.</a> Neuroscience Research. 62, 25-31 (2008).</li>
<li>Poirier, C., Boumans, T., Verhoye, M., Balthazart, J., Van der Linden, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Own-song+recognition+in+the+songbird+auditory+pathway%3A+selectivity+and+lateralization%5BTitle%5D)+AND+%22The+Journal+of+Neuroscience%3A+The+Official+Journal+of+the+Society+for+Neuroscience%22%5BJournal%5D)">Own-song recognition in the songbird auditory pathway: selectivity and lateralization.</a> The Journal of Neuroscience: The Official Journal of the Society for Neuroscience. 29, 2252-2258 (2009).</li>
<li>Poirier, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Own+song+selectivity+in+the+songbird+auditory+pathway%3A+suppression+by+norepinephrine%5BTitle%5D)+AND+%22PloS+ONE%22%5BJournal%5D)">Own song selectivity in the songbird auditory pathway: suppression by norepinephrine.</a> PloS ONE. 6, e20131(2011).</li>
<li>Logothetis, N. K., Pauls, J., Augath, M., Trinath, T., Oeltermann, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neurophysiological+investigation+of+the+basis+of+the+fMRI+signal%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Neurophysiological investigation of the basis of the fMRI signal.</a> Nature. 412, 150-157 (2001).</li>
</ol>

Não há conflitos de interesse declarados.

Neste relatório, nós descrevemos um protocolo otimizado para o detalhado na caracterização vivo de substratos neurais da estimulação auditiva em tentilhões-zebra anestesiados. Em consonância com o protocolo apresentado, a maioria dos estudos de ativação cerebral funcionais em animais utilizando fMRI BOLD, anestesiar os animais durante a aquisição. Treinar animais para acostumá-los ao ambiente ímã eo ruído do scanner durante os períodos de estudo também é possível, mas basta...

<table><tbody><tr><td>Anestésico isoflurano</td><td>Isoflo</td><td>05260-05</td><td></td></tr><tr><td>Hardware/software PC-Sam</td><td>SA-Instruments</td><td></td><td>&lt;a href=&quot;http://www.i4sa.com&quot; target=&quot;_blank">http://www.i4sa.com&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>Sistema de monitoramento e sincronização</td><td></td><td>1025</td><td></td></tr><tr><td>Sistema de aquecimento para roedores pequenos compatível com RM</td><td></td><td></td><td>Modelo 1025 compatível</td></tr><tr><td>Termômetro retal</td><td></td><td>RTP-102B</td><td>7'', 0,044'' </td></tr><tr><td>Scanner de RM 7T</td><td>Bruker Biospin</td><td>PHS 70/16</td><td></td></tr><tr><td>Software Paravision</td><td></td><td>5.1</td><td></td></tr><tr><td>Gradiente inserido</td><td></td><td>BGA9S</td><td>400 mT/m, 300A, 500V</td></tr><tr><td>Amplificadores de gradiente</td><td>Copley Co., USA</td><td>C256</td><td></td></tr><tr><td>Ressoadores transmissores</td><td></td><td></td><td>Diâmetro interno: 72 mm, transmissão apenas, desacoplamento ativo</td></tr><tr><td>Antena receptora - Cabeça de camundongo quadratura 20 mm</td><td></td><td></td><td>Recepção apenas, desacoplamento ativo</td></tr><tr><td>Software WaveLab</td><td>Steinberg</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Software Praat</td><td>Paul Boersma, University of Amsterdam</td><td></td><td>&lt;a href=&quot;http://www.praat.org&quot; target=&quot;_blank">http://www.praat.org&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>Alto-falantes dinâmicos não magnéticos</td><td>Visation, Germany</td><td>HK 150</td><td></td></tr><tr><td>Microfone de fibra óptica</td><td>Optoacoustics,</td><td>Optimic 1160</td><td></td></tr><tr><td>Amplificador de som</td><td>Phonic corporation</td><td>MM 1002a</td><td></td></tr><tr><td>Software Presentation</td><td>Neurobehavioral Systems Inc.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>MRIcro</td><td>Chris Rorden</td><td></td><td>&lt;a href=&quot;http://www.cabiatl.com/mricro/mricro/&quot; target=&quot;_blank">http://www.cabiatl.com/mricro/mricro/&lt;/a&gt;</td></tr><tr><td>Mapeamento Paramétrico Estatístico (SPM)</td><td>Welcome Trust Centre for Neuroimaging</td><td>8</td><td>&lt;a href=&quot;http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/&quot; target=&quot;_blank">http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/&lt;/a&gt;</td></tr></tbody></table>

ressonância magnética funcional (fmri), com estimulação auditiva em aves canoras

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

A neurobiologia do canto dos pássaros, como um modelo para a fala humana, é uma área pronunciado de pesquisa em neurociência comportamental. Considerando eletrofisiologia e molecular abordagens permitem a investigação de qualquer diferentes estímulos em alguns neurônios, ou um estímulo em grandes partes do cérebro, o nível de oxigenação do sangue dependente (BOLD) Ressonância Magnética funcional (fMRI) permite combinar as vantagens, ou seja, comparar a ativação neural induzida por diferentes estímulos em todo o cérebro de uma só vez. fMRI em pássaros é um desafio por causa do pequeno tamanho de seus cérebros e porque os seus ossos e, especialmente, seu crânio compreendem inúmeras cavidades de ar, induzindo importantes artefatos de suscetibilidade. Gradiente-eco (GE) fMRI BOLD tem sido aplicado com sucesso para pássaros 1-5 (para uma revisão, ver 6). Estes estudos se concentraram nas áreas primárias e secundárias auditivas cerebrais, que são regiões livres de artefatos de suscetibilidade. No entanto, devido proccessos de interesse pode ocorrer para além dessas regiões, todo o cérebro fMRI BOLD é necessário utilizar uma seqüência de ressonância magnética menos suscetíveis a esses artefatos. Isto pode ser conseguido através da utilização de spin-eco (SE) NEGRITO RMf 7,8. Neste artigo, descrevemos como usar esta técnica em tentilhões-zebra (Taeniopygia guttata), que são pequenos pássaros com um peso corporal de 15-25 g extensivamente estudado em neurociência comportamental do canto dos pássaros. O principal tema de estudos de fMRI sobre pássaros é a percepção da música e aprendizagem da música. A natureza auditiva dos estímulos combinados com os fracos sensibilidade BOLD de SE (em comparação com GE) seqüências de fMRI baseados faz com que a implementação desta técnica muito desafiador.

<html> Nós aqui apresentada visualmente uma sequência otimizada de procedimentos para a imagem de sucesso de substratos neurais dos estímulos auditivos na finch cérebro zebra. Em primeiro lugar, o procedimento descrito para a preparação dos estímulos auditivos em resultados de estímulos que podem ser incorporados num ON / OFF paradigma bloco (Figura 2) e que são normalizados para eliminar possíveis diferenças no nível de pressão de som que pode evocar uma resposta diferencial no cérebro . Depois de prepa...

Este artigo mostra um procedimento otimizado para imagens dos substratos neurais da estimulação auditiva no cérebro songbird usando ressonância magnética funcional (fMRI). Ele descreve a preparação dos estímulos sonoros, o posicionamento do sujeito e da aquisição e posterior análise dos dados de fMRI.

Ressonância Magnética Funcional (fMRI), com estimulação auditiva em aves canoras

A neurobiologia do canto dos pássaros, como modelo para a fala humana, é uma área de pesquisa proeminente na neurociência comportamental. Enquanto a eletrofisiologia e ...

O objetivo geral deste procedimento é demonstrar um protocolo otimizado para a visualização bem-sucedida da percepção e do processamento sonoro em regiões auditivas e de controle da vocalização no cérebro de aves canoras. Utilizando ressonância magnética funcional, isso é alcançado primeiramente pela preparação de estímulos auditivos de boa qualidade, que podem ser incorporados a um paradigma de blocos alternados (ligado-desligado) para apresentação ao animal durante a aquisição de imagens por ressonância magnética funcional ou FMRI. O segundo passo consiste em preparar a ave para a aquisição de imagens, primeiramente anestesiando-a e, em seguida, posicionando-a sobre uma maca adaptada para animais, a qual é então colocada no interior do orifício do scanner de ressonância magnética. Em seguida, podem ser adquiridas imagens de FMRI durante a estimulação auditiva.O passo final consiste em pré-processar os dados de RM adquiridos, incluindo a normalização das imagens para o atlas do tentilhão-zebra. Em última análise, utiliza-se uma análise estatística baseada em voxel para permitir a visualização dos resultados obtidos e localizar as ativações cerebrais induzidas pelos estímulos auditivos. A principal vantagem desta técnica em comparação com outros métodos mais comumente utilizados na pesquisa com beija-flores, como eletrofisiologia, histologia e técnicas de mapeamento molecular, é que a RMf é um método não invasivo in vivo, que permite estudar o mesmo indivíduo ao longo do tempo e analisar todo o cérebro simultaneamente, sem hipótese prévia sobre a localização dos substratos neurais envolvidos no processo investigado.Indivíduos novos neste método podem enfrentar dificuldades porque a implementação de ressonância magnética funcional em aves é muito diferente e muito mais desafiadora do que usar o mesmo método em humanos ou roedores. Isso se deve não apenas ao pequeno tamanho dos cérebros desses animais, mas também ao fato de que seus crânios são compostos por numerosas cavidades aéreas, o que induz artefatos de suscetibilidade; ao utilizar uma sequência de eco de spin menos suscetível a esses artefatos em comparação com uma sequência por gradiente, podemos realizar imagem funcional de todo o cérebro do pássaro cantor com excelente especificidade espacial. O orifício do scanner é um espaço confinado que pode distorcer os estímulos auditivos.Portanto, para iniciar o preparo deste protocolo, grave os estímulos sonoros enquanto são reproduzidos dentro do orifício do sistema de RM de sete T usando um microfone de fibra óptica e verifique as distorções para o sistema de RM utilizado. Aqui podemos observar as frequências realçadas e suprimidas, conforme mostrado pelas gravações de ruído branco feitas fora do escâner e na posição da cabeça do pássaro dentro do orifício do ímã. Para compensar esse realce artificial, aplique uma função equalizadora a cada estímulo usando o software Wave Lab para a configuração apresentada.Neste protocolo, a função consiste em um kernel gaussiano com os parâmetros exibidos na tela. Aqui, os estímulos sonoros devem ser compostos por vários motivos individuais de canto de um pássaro específico, intercalados com períodos de silêncio; ajuste a duração desses períodos silenciosos para manter a quantidade total de som e silêncio idêntica em todos os estímulos. O comprimento total de cada estímulo é de 16 segundos, o que corresponde ao tempo de aquisição de duas imagens de RMf.Utilizando um software de preparação, normalize a intensidade de cada música em termos de média quadrática ajustada e aplique um filtro passa-alta em 400 hertz antes de integrar ao estímulo completo. O experimento pode ser planejado usando um software de apresentação com um delineamento em blocos ligado-desligado, alternando períodos de estimulação auditiva com períodos de repouso. Cada bloco deve durar 16 segundos, correspondendo ao tempo de aquisição de duas imagens, apresentando cada tipo de estímulo 25 vezes, resultando na aquisição de 50 imagens por estímulo e por sujeito.A ordem de apresentação das condições deve ser randomizada dentro e entre os sujeitos. Configure também o paradigma experimental de modo que ele receba gatilhos do escâner. Isso garante que, durante a aquisição, a cada repetição dentro da sequência de FMRI, o software do escâner envie um gatilho ao software de apresentação auditiva, que por sua vez registra o número da aquisição e executa o comando correspondente.Aqui apresentamos um protocolo especificamente adaptado para o uso de tentilhões-zebra adultos. Os tentilhões-zebra devem ser mantidos em aviários sob um fotoperíodo de 12 horas de luz e 12 horas de escuro e ter acesso a alimento e água ad libitum durante todo o estudo. O número mínimo de indivíduos por experimento é 15.Este número leva em consideração a sensibilidade do FMRI de eco de spin e a variabilidade interindividual natural dos fenômenos biológicos medidos no experimento. Para se preparar para o experimento, primeiro conecte a máscara bucal ao dispositivo controlador de gás com tubos plásticos e instale-a na maca de ressonância magnética de um sistema de 7 T. Abra os frascos de gás oxigênio e nitrogênio e ligue o dispositivo controlador de gás.Ative também o sistema controlado por feedback e o dispositivo de fluxo de ar quente. Em seguida, anestesie o tentilhão com 3% de isoflurano em uma mistura de oxigênio e nitrogênio, introduzindo o bico da ave na máscara e segurando a cabeça até que o pássaro esteja completamente anestesiado. Isso pode ser verificado puxando suavemente a pata.Quando a ave estiver totalmente sedada, a pata não será retraída. Além disso, os olhos da ave estarão fechados. Introduza uma sonda de temperatura cloacal para monitorar a temperatura corporal durante todo o experimento e coloque um sensor pneumático sob o abdômen para acompanhar a frequência respiratória.Em seguida, coloque uma jaqueta para imobilizar o corpo do pássaro durante todo o experimento. Mantenha a frequência respiratória entre 40 e 00 respirações por minuto e a temperatura corporal constante em 40 graus. Se a faixa respiratória estiver muito baixa ou alta, ajuste o nível de anestesia conforme necessário.Se o problema persistir, o experimento deve ser interrompido e o animal deve ser removido do equipamento. Para recuperar, posicione alto-falantes dinâmicos não magnéticos em ambos os lados da cabeça do tentilhão-de-zebra e conecte-os ao amplificador. Certifique-se de que os fios dos alto-falantes sejam conduzidos longe da sonda de temperatura, pois isso pode influenciar a leitura de temperatura.Quando estiver muito próximo, posicione a bobina RF de superfície sobre a cabeça do tentilhão-de-asa-listada. Em seguida, posicione o tentilhão-de-asa-listada no centro do ímã. Por fim, reduza o nível de anestesia para 1,5% de ISO de flúor antes da aquisição de imagens.Para iniciar a varredura, primeiro determine a posição do cérebro no ímã. Adquira um conjunto de imagens orientadoras de única fatia com gradiente eco, nos planos sagital, horizontal e coronal, bem como imagens orientadoras multifaixa utilizadas posteriormente para o posicionamento dos exames funcionais. Em seguida, reduza o ruído dos gradientes aumentando seus tempos de rampa para 1000 microssegundos.Em seguida, prepare uma aquisição rápida com relaxamento realçado, conhecida também como FMRI ponderada em T2 RARE. Em seguida, defina uma sequência com 15 cortes sagitais que cubram quase todo o cérebro. Agora, selecione o protocolo auditivo no software de apresentação para garantir que o software de apresentação auditiva não perca nenhum gatilho proveniente do scanner.Inicie o protocolo auditivo primeiro. Em seguida, uma vez que o protocolo esteja completamente carregado, inicie a sequência de FMRI. Cada experimento de FMRI deve ser precedido pela aquisição de 10 imagens simuladas para permitir que o sinal atinja um estado estável antes do início da estimulação auditiva.Após a aquisição estar completa, preencha os dados até 64 por 64. Para determinar a qualidade dos dados, dê uma olhada preliminar nos resultados, utilizando a ferramenta funcional.No software ParaVision, calcule a resposta bold diferencial entre todos os blocos de ativação e a linha de base. Se nenhuma ativação for observada nas áreas auditivas primárias, é provável que o pássaro não tenha ouvido ou processado os estímulos auditivos devido a problemas técnicos ou ao nível de anestesia. O arranjo experimental deve ser verificado e a medição repetida.Após a aquisição funcional, execute uma sequência ponderada em T dois 3D rare anatômica na mesma orientação dos exames de FMRI anteriores. Em seguida, preencha esses dados até 2 56 por 2 56 por 2 56.Finalmente, remova o tico-tico da mesa de ressonância magnética e permita que ele se recupere da anestesia em uma gaiola sob uma lâmpada de aquecimento. Normalmente, a recuperação de um tico-tico da anestesia com fluoreto de isoflurano leva menos de cinco minutos. Após alguns minutos, o pássaro tentará se levantar e, quando estiver completamente recuperado, pousará em um galho em vez de permanecer sentado no fundo da gaiola, podendo então iniciar o processamento de dados.Primeiro, converta os dados de RM para o formato analyze ou nifty. Em seguida, antes de iniciar o processamento dos dados no SPM, é necessário adaptar os dados de FMRI de pássaros multiplicando o tamanho do vóxel por 10. Como o software de análise de FMRI foi desenvolvido para processar dados de FMRI adquiridos em humanos, a forma mais simples de proceder é aumentar artificialmente o tamanho do vóxel dos dados de FMRI de pássaros utilizando o software MRI Crow.Observe que esse ajuste não influencia os próprios dados. Nenhuma reamostragem ou outras modificações nos dados é aplicada. Em seguida, os dados adquiridos são pré-processados.Utilizando o SPM, primeiro realinhe os dados de FMRI e coregistre o conjunto de dados anatômicos 3D à série temporal de FMRI. Em seguida, normalize os dados 3D e a série temporal de FMRI COREGISTRADA para o cérebro do tentilhão-zebra, conforme o Atlas de Ressonância Magnética.Aplicar a matriz de transformação ao conjunto de dados de FMRI e suavizar os dados com um kernel gaussiano de 0,5 milímetro. Em seguida, realizar a análise estatística baseada em voxel no SPM oito, primeiro no nível dos pássaros individuais, seguido pela análise no nível do grupo. Por fim, para visualizar os resultados e localizar as ativações funcionais, projetar o mapa paramétrico estatístico no atlas do tentilhão-zebra, o atlas tridimensional de alto resolução do cérebro do tentilhão-zebra, e as coordenadas estereotáxicas utilizadas na análise descrita dos resultados de FMRI do tentilhão-zebra foram projetadas para este experimento no laboratório de Bioimagem, o conjunto de dados do Atlas de Ressonância Magnética.Os contornos do cérebro e os contornos dos núcleos estão disponíveis gratuitamente por meio do site mostrado aqui. Aqui é apresentada uma vista lateral de uma representação 3D do hemisfério esquerdo, com estruturas delineadas do atlas projetadas sobre sua fatia médio-sagital. Aqui podemos ver um exemplo de resposta BOLD no FMRI na região auditiva primária campo L e em regiões auditivas secundárias adjacentes, evocadas por diferentes estímulos auditivos em comparação com a condição de repouso.Os valores de T são codificados por cores de acordo com a escala exibida na figura, e somente os voxels nos quais o teste T foi considerado significativo são mostrados. Este é outro exemplo de um experimento de FMRI em tentilhões-zebra. As imagens mostram respostas seletivas à própria canção do pássaro nas regiões cerebrais área XMLD e HVC.Os números sob as imagens indicam coordenadas em milímetros a partir da linha média. O sinal positivo indica que as fatias e os resultados estatísticos são do hemisfério direito. O protocolo descrito neste vídeo pode ser facilmente adaptado para aplicações em outros pássaros cantores, como as estorninhos.Este é um exemplo dos resultados de um experimento de FMRI. Em um estorno, a figura mostra ativações induzidas por estímulos auditivos em comparação com o repouso no mesmo indivíduo ao longo das estações. A implementação e otimização da ressonância magnética funcional em aves cantoras abre novas perspectivas de pesquisa no campo do estudo dessas aves.Já se demonstrou ser uma técnica valiosa para a análise experimental de processos sensoriomotores e cognitivos complexos subjacentes à comunicação vocal nesses modelos animais. Além disso, graças à sua abordagem não invasiva e ao exame cerebral completo, a RMf pode ser usada como um método complementar para subsidiar métodos locais e invasivos mais comumente realizados. O crescente número de experimentos de RMf em SUNBIRDS demonstra sua aplicabilidade a questões de pesquisa cognitiva, um esforço futuro que deveria ser feito para ampliar ainda mais os experimentos de RMf além do processamento auditivo, um processo que permanece ativo sob anestesia, sendo o uso de sujeitos acordados habituados ao protocolo de imagem.Isso pode oferecer novas possibilidades de pesquisa em que as aves possam participar ativamente de experimentos de EMI e em que a atenção das aves possa ser controlada experimentalmente.

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Research

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