19 февраля 2014 г.
Функциональные исследования слуховой системы у млекопитающих традиционно проводится с использованием пространственно-ориентированных методов, таких как электрофизиологических записей. Следующий протокол описывает метод визуализации крупномасштабных моделей вызвала гемодинамики деятельности в кошки слуховой коры с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии.
Общая цель этой процедуры заключается в функциональном изображении интактной слуховой коры кошки с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии с высоким полем. Это достигается путем предварительной подготовки звукового оборудования к предъявлению стимула. Второй шаг — подготовить кошку к сканированию с помощью анестезии, а затем поместить ее в сани, совместимые с МРТ.
Затем анатомические и функциональные изображения собираются по всему мозгу во время предъявления стимула. Последним шагом является обработка изображений для количественной оценки уровня активации мозга во время предъявления стимула. В конечном счете, функциональная визуализация используется для того, чтобы показать степень активации во время представления звука в неповрежденной слуховой коре кошки.
Этот метод может быть использован для ответа на ключевые вопросы в слуховой функции, такие как существование иерархии в слуховой коре. Основное преимущество этого метода перед существующими методами, такими как оптическая визуализация, заключается в том, что FMRI является неинвазивным и может измерять функциональную активность коры головного мозга в интактном черепе. Этот метод может дать представление о слуховой функции и может быть применен к другим сенсорным модальностям, таким как зрение и соматические ощущения.
Демонстрировать процедуру будут Пэм Никсон, дипломированный ветеринарный техник, и Эми Холл, аспирантка нашей лаборатории. Все процедуры на животных, описанные в этом протоколе, должны получить одобрение комитета по использованию животных вашего учреждения до начала эксперимента. Чтобы начать подготовку к этому протоколу, сначала подключите компьютер, который будет использоваться для подачи слухового стимула на внешнюю звуковую карту через USB-кабель.
Затем подсоедините кабели, соединяющие выходные порты внешней звуковой карты с входными портами стереоусилителя мощности. Далее подсоедините кабели, соединяющие выходные порты стереоусилителя мощности с входными портами трансформаторной коробки FMRI-совместимой системы наушников. Используйте экранированные коаксиальные кабели с разъемами BNC для подключения трансформаторной коробки к панели ввода за пределами помещения сканера.
Затем подключите кабель наушника в сборе к соответствующим портам BNC на панели проникновения. Внутри комнаты сканера подключите поролоновые ушные вкладыши к наушникам. Затем подключите наушники к кабельной сборке.
Запустите тестовый слуховой стимул, чтобы подтвердить, что звук передается с компьютера на наушники. Отсоедините наушники и надежно вставьте поролоновую пластину в уши кошки во время фазы подготовки животного. Во-первых, настройте шприцевую помпу для поддержания анестезии при визуализации 60 миллилитров физиологического раствора и 0,07 миллилитров кетамина в 60-миллилитровом шприце и поместите его в шприцевую помпу.
Затем введите седативную смесь сульфата атропина и SUP промазина через подкожную инъекцию. Через 20 минут введите кетамин и гидрохлорид d-меато путем внутримышечной инъекции, чтобы вызвать анестезию. Как только кошка потеряет письменный рефлекс, нанесите офтальмологическую мазь на глаза, чтобы предотвратить сухость во время процедуры.
Кроме того, следует установить постоянный катетер в медиальную подкожную вену для внутривенной доставки кетамина. Во время процедуры, опять же, проверьте успешность индукции анестетиком, зажав палец на четырех лапах и наблюдая, убирает ли кошка лапу. Как только лепестковый рефлекс исчезает, подавите рвотный рефлекс, распыляя лидокаин на стенки глотки.
Затем интубируйте кошку с помощью эндотрахеальной трубки 4,0 или 4,5. Поддерживайте анестезию на протяжении всего сеанса визуализации с постоянной скоростью инфузии кетамина и ингаляционного изофтора, доставляемого в 100% кислороде со скоростью от одного до 1,5 литров в минуту. Следующий слой изолирующей пластиковой пузырчатой пленки на пол совместимых с МРТ салазок.
Затем положите теплые грелки, наполненные воском, поверх пузырчатой пленки. Положите еще один слой полиэтиленовой пузырчатой пленки поверх грелок. Затем поместите кошку в грудное положение в изолирующую пузырчатую пленку в сани, совместимые с МРТ.
Как только кошка будет размещена, отрегулируйте голову, чтобы получить доступ к ушам. Скатайте пенопластовые ушные вкладыши до минимально возможного диаметра. Затем введите каждый ушной вкладыш глубоко в слуховой проход.
После установки пенопластовые ушные вкладыши должны расширяться, чтобы заполнить пространство внутри ушных каналов. Отрегулируйте кошку до тех пор, пока ее голова не будет правильно расположена внутри трехканальной радиочастотной катушки, стабилизируйте голову с помощью акустической демпфирующей пены с эффектом памяти. Обязательно поместите вокруг ушей пенопласт, чтобы обеспечить дополнительное затухание шума сканера.
Теперь заверните тело кошки в одеяло из изолирующей пластиковой пузырчатой пленки. Затем закрепите и транспортируйте салазки на станину сканера. Подсоедините к кошке инфузионные линии, анестезиологические пробирки и аппаратуру мониторинга.
Кроме того, подключите наушники к узлу кабеля наушников, прикрепленному к панели проникновения. Начните инфузию кетамина с базовой скоростью потока 0,6 миллиграмм на килограмм в час. Затем увеличьте скорость потока по мере необходимости В зависимости от глубины анестезии установите начальную дозу изоофа фтора на 0,5%, а затем уменьшите до 0,4% после сбора анатомических снимков.
Отслеживайте и записывайте сатурацию крови кошки к крови и уровень кислорода, уровень CO2, частоту сердечных сокращений, дыхание и ректальную температуру на протяжении всего эксперимента. Использование совместимого с МРТ оборудования для мониторинга, расположенного на соответствующем расстоянии от сканера. Устойчивое увеличение частоты сердечных сокращений и дыхания обычно связано с неизбежным восстановлением после анестезии.
Начните со сбора анатомических эталонных сканов мозга кошки в ориентации осевого среза с помощью последовательности флэш-визуализации с параметрами изображения, показанными на экране. Продолжительность анатомического сканирования должна составлять примерно шесть минут. Затем настройте функциональную визуализацию с помощью сегментированного чередующегося эхо-планарного сбора данных с параметрами изображения, показанными на экране здесь.
Начните сбор объема изображения при предъявлении широкополосного стимула белого шума. В блочной конструкции слуховой стимул должен воспроизводиться в течение 30 секунд и чередоваться с 32-м беззвучным базовым состоянием. Повторяйте этот шаг до тех пор, пока акустически не вызовут смелые действия, наблюдаемые в слуховой коре.
Продолжительность каждого функционального прогона с использованием блочной конструкции должна составлять примерно 4,5 минуты для 90 томов. Предъявите стимул для желаемого количества функциональных прогонов. После завершения сеанса МРТ снимите кошку с саней.
Продолжайте обеспечивать дополнительный подогрев грелками и полотенцами до полного выздоровления животного. Как только рвотный рефлекс вернется, удалите эндотрахеальную трубку. Следите за CAT до тех пор, пока письменный рефлекс не восстановится.
Затем верните животное в помещение. Оцените животное на следующий день после процедуры, чтобы убедиться в отсутствии побочных эффектов от эксперимента. После эксперимента выберите подходящее программное обеспечение для анализа FMRI, такое как SPM или FSL, для обработки полученных функциональных объемов.
Здесь мы можем наблюдать смелую активацию у двух животных в ответ на 32-й широкополосный шумовой стимул, представленный в виде блока. Разработайте Т-статистические карты широкополосного шума в сравнении с базовым контрастом. На двух плоскостях среза изображения обнаруживаются непрерывные кластеры двусторонней акустически вызванной активности в слуховой коре.
Эти графики показывают модуляции в полужирном сигнале во время одного функционального прогона на выделенных вокселях. И здесь мы можем видеть, как связанные с событиями средние временные ходы полужирного ответа нормализованы до среднего базового сигнала, выделенного жирным шрифтом. В этих примерах сигнал, выделенный жирным шрифтом, демонстрирует значительное увеличение по сравнению с исходным уровнем через три-шесть секунд после начала стимула.
Во время этой процедуры важно внимательно следить за физиологическими параметрами кошки, чтобы обеспечить постоянный уровень седативного эффекта на протяжении всей процедуры. После просмотра этого видео у вас должно сложиться хорошее представление о том, как проводить эксперимент по функциональной магнитно-резонансной томографии для исследования функции слуховой коры головного мозга в препарате под наркозом. Не забывайте, что работа с МРТ-сканерами может быть потенциально опасной.
Выполняя эту процедуру, всегда убедитесь, что персонал прошел надлежащий скрининг, что экспериментальная установка совместима с МРТ, а устройства для мониторинга безопасны для МРТ или размещены на безопасном расстоянии от магнита.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Этот протокол описывает метод визуализации гемодинамических активных паттернов в слуховой коре кошки с использованием функциональной магнитно-резонансной томографии (фМРТ). Целью исследования является получение представлений о функциональном исследовании слуховой системы у млекопитающих.
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.