Summary
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.
Abstract
De neurobiologie van vogelgezang, als model voor menselijke spraak, is een uitgesproken gebied van onderzoek in behavioral neuroscience. Overwegende elektrofysiologie en moleculaire aanpak kan het onderzoek van een van beide verschillende stimuli op enkele neuronen, of een stimulus in grote delen van de hersenen, bloedoxygenatie niveau afhankelijke (BOLD) functionele Magnetische Resonantie Imaging (fMRI) kunnen combineren van beide voordelen, dwz vergelijken de neurale activering geïnduceerd door verschillende stimuli in de gehele hersenen tegelijk. fMRI bij zangvogels is een uitdaging vanwege de geringe omvang van hun hersenen en omdat hun botten en vooral hun schedel bestaan talrijke lucht holtes, het induceren van belang gevoeligheid artefacten. Gradiënt-echo (GE) BOLD fMRI is met succes toegepast op zangvogels 1-5 (voor een review, zie 6). Deze studies gericht op de primaire en secundaire auditieve hersengebieden, die vrij zijn van de gevoeligheid voor artefacten regio. Omdat processes van belang kan optreden buiten deze regio, is hele brein BOLD fMRI nodig met behulp van een MRI-sequentie minder gevoelig voor deze artefacten. Dit kan worden bereikt door spin-echo (SE) BOLD fMRI 7,8. In dit artikel beschrijven we hoe je deze techniek in zebravinken (Taeniopygia guttata), dat zijn kleine zangvogels met een lichaamsgewicht van 15-25 g uitgebreid bestudeerd in gedragsneurowetenschappen van vogelgezang gebruiken. Het belangrijkste onderwerp van fMRI onderzoek naar zangvogels is perceptie van de zang en lied leren. De auditieve aard van de prikkels in combinatie met de zwakke BOLD gevoeligheid van SE (vergeleken met GE) op basis van fMRI sequenties maakt de uitvoering van deze techniek zeer uitdagend.
Protocol
1. Voorbereiding van de auditieve stimuli
- Eerst registreren het geluid-stimuli, terwijl die wordt afgespeeld in de boring van de 7T MR-systeem. De boring is een afgesloten ruimte die de auditieve stimuli leidt tot verbetering van bepaalde auditieve frequenties verstoren. Figuur 1 toont de frequenties verbeterd en onderdrukt zoals door onze opnames van witte ruis die ter plaatse van het hoofd van de vogel in de magneet boring met een glasvezel-microfoon (Optimic 1160, Optoacoustics). Om deze kunstmatige verhoging te compenseren, wordt een equalizer functie toegepast op elke stimulus met WaveLab software. Voor onze configuratie zijn de functie uit een Gaussische kernel met de volgende parameters: de maximale amplitude:-20dB, gecentreerd op 3750 Hz, breedte: 0,05 octaven (overeenkomend met het bereik 2.500-5.000 Hz ons systeem).
- Het lied stimuli zijn samengesteld uit verschillende individuele lied motieven van elke vogel afgewisseld met periodes van stilte. De dfiguratie van deze stille periodes wordt aangepast aan het totale bedrag van geluid en stilte identiek over alle stimuli te houden. Deze constructie behoudt de natuurlijke intra-individuele en interindividuele variabiliteit van de lengte lied. De totale lengte van elke stimulus 16 sec. De intensiteit van elk nummer genormaliseerd in termen van aangepaste wortel van het gemiddelde kwadraat en high-pass gefilterd bij 400 Hz voordat geïntegreerd in de volledige stimulus (song en stille perioden). Deze manipulaties worden gedaan met behulp van Praat software.
- Het experiment bestaat uit een AAN / UIT blokuitvoering afwisselende auditieve stimulatie periodes (ON blokken) met rustperiodes (OFF blokken) (Figuur 2). Elk blok (ON en OFF) duurt 16 seconden, wat overeenkomt met de acquisitie tijd van 2 beelden (zie hieronder voor acquisitie). Elke stimulus type wordt 25 maal gepresenteerd, waardoor de acquisitie van 50 beelden per impuls en per onderwerp. De presentatie volgorde van de voorwaarden moeten worden gerandomiseerd binnen en tussenonderwerpen. Dit gerandomiseerde volgorde van de stimuli kan worden gecodeerd in presentatie-software.
2. Betreft Voorbereiding
2.1 Onderwerp en groepsgrootte
Hier presenteren we een protocol specifiek aangepast aan het gebruik van (volwassen) zebravinken. De keuze van de soort afhankelijk van de wetenschappelijke vraag. Echter, andere overwegingen zoals vogel robuustheid op anesthesie kan ook rekening worden gehouden. Zebravinken (Taeniopygia guttata) dienen te worden gehuisvest in volières onder een 12 uur licht: 12 uur donker fotoperiode en hebben toegang tot voedsel en water ad libitum gedurende het onderzoek. Het minimale aantal personen per experiment is 15. Dit aantal houdt rekening met de gevoeligheid van spin-echo fMRI en natuurlijke inter-individuele variabiliteit van biologische fenomenen gemeten in het experiment.
2.2 Installatie van de opstelling en voorbereiding van het dier
(Voor specificatiesvan de gebruikte apparatuur, verwijzen we naar de lijst van specifieke reagentia en apparatuur aan het eind van dit artikel)
- Installeer de snavel masker op de MRI-bed van een 7T MR-systeem en sluit deze aan op het gas controller apparaat met plastic buizen. Open beide zuurstof en stikstof gasflessen en schakel het gas controller apparaat (debiet zuurstof: 200 cc / min; stikstof: 400 cc / min).
Zoals hierboven vermeld, wordt een 7T MR systeem dat in de gepresenteerde instellingen. Andere MR systemen met verschillende veldsterktes zijn ook mogelijk, maar 7T een goed compromis wordt bereikt tussen de signaal-ruisverhouding en de mate van gevoeligheid artefacten (zie bespreking). Bij hogere veldsterktes de signaal-ruisverhouding zal toenemen samen met de mate van gevoeligheid artefacten.
- Schakel de feedback gestuurde systeem en de warme luchtstroom apparaat.
- Verdoven de zebravink met 3% isofluraan in een mengsel van zuurstof en stikstof door de introductie van zijn snavelin het masker en houdt het hoofd naar beneden totdat de vogel is volledig verdoofd. Dit kan worden geverifieerd door zachtjes trekken de voet: wanneer de vogel volledig verdoofd de voet niet worden teruggetrokken door de vogel. Bovendien zal de ogen van de vogel gedeeltelijk gesloten.
- Introduceer de cloaca temperatuursensor aan de lichaamstemperatuur te screenen en monitoren van de ademhaling door het plaatsen van een pneumatische sensor onder de zebravink buik. Sluit de mantel om het lichaam van de vogel (figuur 3) te beperken.
- Onderhouden ademhalingsfrequentie binnen het bereik van 40-100 ademhalingen per minuut en houdt de lichaamstemperatuur constant binnen een nauwe bandbreedte van 40 ± 0,5 ° C. Als de ademhaling assortiment is te laag / hoog, het niveau van de anesthesie (% isofluraan) dienovereenkomstig. Wanneer het probleem zich blijft voordoen, moet het experiment worden gestopt en het dier verwijderd uit de setup om te herstellen.
- Plaats de niet-magnetische dynamische luidsprekers aan weerszijden van de zebravink hoofd en converbind ze aan de versterker. Zorg ervoor dat de draden van de luidsprekers worden weggeleid van de temperatuursensor, want het kan de temperatuurmeting beïnvloeden wanneer te sluiten.
- Plaats het oppervlak RF spoel op de top van de zebravink hoofd en de positie van de zebravink in het midden van de magneet (en automatisch het middelpunt van de zendspoel, die is gelegen in het midden van de magneet).
- Verlaag de anesthesie niveau 1,5% isofluraan gemengd met zuurstof en stikstof.
3. Data Acquisition
- Verwerven van een set van 1 sagittale, 1 horizontale en 1 coronale gradiënt-echo (GE) scout afbeelding (tri-piloot sequence) en sets van horizontale, coronale en sagittale multi-slice beelden (loodsen T 2-gewogen snelle acquisitie relaxatie-enhanced ( RARE) SE sequentie) om de positie van de hersenen in de magneet (figuur 4) te bepalen.
- Verminderen het lawaai van de hellingen door hun hellingstijden tot 1000 microseconden. <li> Bereid de fMRI volgorde: RARE T 2-gewogen sequentie, effectieve TE: 60 msec, TR: 2000 msec, ZELDZAME factor: 8, FOV: 16 mm, matrixgrootte: 64 x 32, oriëntatie: sagittale, slice dikte: 0.75 mm, Inter-slice dikte van de tussenruimte: 0,05 mm, 15 segmenten die bijna de gehele hersenen (Figuur 4).
- Selecteer de auditieve protocol (auditieve stimuli en de timing van de stimulus levering) in de presentatiesoftware. Dit protocol bestaat uit een opeenvolging van commando's - voor de initiatie van specifieke auditieve stimuli - die worden uitgevoerd op een specifieke scan-nummer. Bij elke herhaling binnen de fMRI volgorde, zal de scanner software een trigger te sturen naar de auditieve presentatie software die op hun beurt registreert de scan-nummer en voert de betreffende commando.
- Om ervoor te zorgen dat de auditieve presentatiesoftware geen enkele trekker van de scanner missen, wordt het auditieve protocol eerst geïnitieerd. Nadat het protocol volledig is geladen, wordt de fMRI volgorde gestart.
- Elke fMRI experiment wordt voorafgegaan door de acquisitie van 12 dummy beelden om het signaal toegeschreven aan de scannerruis een stabiele toestand te bereiken voordat auditieve stimulatie.
- Na overname zero-vul de data naar 64 x 64.
- Neem een eerste (voorlopige) blik op de resultaten met behulp van de functionele Tool van Paravision (optie Verwerking / Functionele Beeldvorming). Bereken het verschil BOLD respons tussen alle ON blokken en de basislijn (OFF blokken). Deze analyse geeft een eerste indicatie van de kwaliteit van het experiment. Als er geen activering is te zien in de primaire auditieve gebieden in dit stadium, heeft de vogel waarschijnlijk niet horen / verwerkt de auditieve stimuli te wijten aan technische problemen met de stimulus presentatie, anesthesie-niveau, enz. De setup moet worden geverifieerd en de meting herhaald.
- Uitvoeren van een anatomische 3D ZELDZAME T2-gewogen sequentie in dezelfde richting als de vorige fMRI scans en met effectieve TE: 60 msec, TR: 2000 msec, ZELDZAME factor: 8, FOV: 16 mm, matrixgrootte: 256 x 128 x 64.
- Zero-vul de gegevens tot 256 x 256 x 256.
- Neem de zebravink uit de MRI bed en laat het herstellen van anesthesie in een kooi onder een rode lamp. Normaal gesproken, het herstel van een zebravink na isofluraananesthesie relatief snel gaat (maximaal 5 minuten). Na slechts een paar minuten, zal de vogels proberen op te staan en zodra de vogel volledig is hersteld, zal het neerstrijken op een tak in plaats van zittend op de bodem van de kooi. De duur van de anesthesie ongeveer 2 uur voor het onderhavige experiment. De maximale tijd van isofluraananesthesie toegepast op zebravinken in ons lab is 6 uur, waarna de vogels ook teruggevonden binnen 5 minuten.
4. Data Processing
- Zetten de MR-gegevens in Analyseren of Nifti formaat.
- Omdat SPM is ontwikkeld om fMRI data verkregen in mensen verwerken, die voor voxels van ongeveer 2 mm. Talrijke SPM instellingen lenen voor deze benadering voxel. Als men niet wmier om al deze instellingen te wijzigen, de eenvoudigste manier om te gaan is om kunstmatig verhogen van de voxel grootte van de vogel fMRI data. Pas de voxel grootte in de header van de echte voxelgrootte met 10 behulp MRIcro vermenigvuldigen. Opgemerkt wordt, dat deze aanpassing niet de data op zichzelf geen resampling of andere wijzigingen van de data wordt toegepast beïnvloeden.
Een alternatief hiervoor is het gebruik van "SPMMouse 'die een toolbox waarmee SPM openen en analyseren van bestanden van elke voxel dimensie. De tool maakt het mogelijk SPM 'glazen brains' te worden gemaakt van een afbeelding, en past automatisch de standaardinstellingen lengteschalen op basis van de headers van beeldbestanden of door de gebruiker ingevoerde gegevens. Vandaar dat deze toolbox werkt in de tegenovergestelde manier dan wat wij voorstellen. In plaats van het veranderen van de voxel grootte van de afbeeldingen om te passen in SPM, worden de standaardinstellingen van SPM veranderd om afbeeldingen te gebruiken met verschillende voxel maten.
- Lijn de fMRI data. Co-registratie van de anatomische 3D dataset aan thij fMRI tijdreeksen. Normaliseren van de 3D-gegevens (en de co-geregistreerde fMRI tijdreeksen) aan de zebravink hersenen MRI atlas. Breng de transformatiematrix om de fMRI dataset. Dit kan allemaal worden gedaan met behulp van statistische Parametric Mapping (SPM) 8 software.
- Strijk de data met een 0,5-mm breedte Gaussiaanse kernel met SPM8.
- Voeren statistische voxel-based analyses met behulp SPM8. Model van de gegevens als een doos-auto (geen hemodynamische respons functie). Schatten modelparameters met de klassieke Restricted Maximum Likelihood algoritme. Bereken het gemiddelde effect van elke auditieve stimulus in elk onderwerp (fixed-effect analyse) en vervolgens berekenen statistieken als gewenst groep analyses (mixed-effect analyses).
- Projecteer het statistische parametrische kaart op de zebravink atlas (figuur 5) 9 in SPM8 aan de functionele activeringen (figuur 6) te lokaliseren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Wij hier visueel voorgesteld een geoptimaliseerde reeks van procedures voor een succesvolle beeldvorming van de neurale substraten van auditieve stimuli in zebravink hersenen. Ten eerste procedure voor de bereiding van de auditieve stimuli leidt stimuli die kunnen worden in een AAN / UIT paradigma blok (fig. 2) opgenomen en die zijn genormaliseerd om mogelijke verschillen in geluidsdrukniveau dat een differentiële respons in de hersenen kan oproepen elimineren . Na bereiding van de zebravink voor MRI scannen en positionering in de boring van de magneet (figuur 1), kan fMRI worden verworven. Daarnaast wordt een 3D-beeld met een hoge resolutie genomen om de gegevens te normaliseren om de zebravink atlas 9. Tenslotte voorbehandeling en statistische analyse van de gegevens maakt visualisatie van de resultaten verkregen (figuur 6).
69/4369fig1.jpg "alt =" Figuur 1 "fo: content-width =" 4.5in "fo: src =" / files/ftp_upload/4369/4369fig1highres.jpg "/>
Figuur 1. Spectrogrammen van witte ruis vast te leggen om frequentiebanden die worden versterkt / onderdrukt binnen de magneet droeg. A. Witte ruis buiten de magneet droeg. B. Witte ruis opgenomen op de locatie van de kop van het dier in de magneet boring vestigen. C. White geluid na toepassing van de equalizer te corrigeren voor verbeterde / onderdrukte frequentiebanden.
Figuur 2. Overzicht van de ON / OFF paradigma blok waarin auditieve stimulatie periodes worden afgewisseld met rustperiodes. Elk blok (stimulus / rust) duurt 16 seconden gedurende welke 2 beelden worden verkregen. De verschillende stimuli van representatieve motieven van de vogels of andere typen geluidafhankelijk van het experiment. Deze motieven worden aaneengeschakeld en verweven met stille periodes en de duur van de stille periodes wordt aangepast aan het totale bedrag van geluid en stilte identiek over alle stimuli te houden.
Figuur 3. . Setup voor auditieve fMRI in kleine zangvogels A. Dierlijke bed Inzet:. Gedetailleerd schematisch overzicht van de positionering van de vogel in het dier bed van de scanner: B. RF hoofd spoel, C. Beak masker met D. levering van verdovende gas, E. niet-magnetische koptelefoon, F. pneumatisch kussen sensor te zien op de ademhaling, G. cloaca temperatuursensor, H. feedback gecontroleerd systeem kachel lichaam te houdentemperatuur van de vogel tijdens de meting stabiel. Klik hier om een grotere afbeelding te bekijken .
Figuur 4. Slice geometrie voor hele brein fMRI beeldvorming. Samenstelling van screenshots van geometrie-editor in ParaVision software. Verworven axiale, sagittale en coronale RARE loodsen beelden worden gebruikt om de oriëntatie slice definiëren voor fMRI scan.
Figuur 5. Zijaanzicht van een 3D-weergave van de linker hersenhelft met afgebakende structuren van de zebravink atlas 9, geprojecteerd op het mid-sagittale slice. De kleurcode van de afgebakende kernen wordt gepresenteerd aan de rechterkant. Deze delineated structuren maken deel uit van de vocale motorvoertuigen leerweg: HVC, nucleus robustus arcopallii (RA), nXII pars tracheosyringealis (nXIIts), de voorste voorhersenen pathway: nucleus lateralis magnocellularis pars lateralis (LMAN), deelgebied X (X), het auditieve systeem: veld L, nucleus ovoidalis (Ov), nucleus mesencephalicus lateralis pars dorsalis (MLD), het olfactorische systeem: reukbol (OB), en het visuele systeem: nucleus entopalliallis (E), tectum opticum (TeO).
Figuur 6. Voorbeeld van een fMRI BOLD respons in de primaire auditieve regio, Field L, en de aangrenzende secundaire auditieve gebieden opgeroepen door verschillende auditieve stimuli, in vergelijking met de rest staat. De beelden bestaan uit statistische parametrische kaarten bovenop een hoge resolutie anatomische beelden van de zebravink hersenen atlas 9. T-waarden zijn kleur gecodeerd volgens deschaal weergegeven in de figuur en alleen voxels waarin de t-test bleek significant (p <0,001) weergegeven.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
In dit rapport, een geoptimaliseerd protocol voor de gedetailleerde in-vivo karakterisatie van neurale substraten van auditieve stimulatie in verdoofde zebravinken beschrijven we.
In lijn met de gepresenteerde protocol, de meerderheid van de functionele hersenactiviteit studies bij dieren met behulp van BOLD fMRI, verdoven de dieren tijdens de overname. Training dieren te laten wennen aan de magneet milieu en de scanner lawaai tijdens de studieperioden is ook mogelijk, maar tijdrovend en uitdagende en daardoor zelden toegepast.
Hoewel verdoving minimaliseert stress geïnduceerde effecten op de fysiologische reacties van belang en faciliteert dierlijke behandeling, het effect op zowel de neurale respons en op de overdracht van de functie tussen de neurale activiteit en de BOLD respons gemeten in fMRI is een on-going en belangrijk onderwerp voor onderzoek . Daarom is de effecten van anesthesie op BOLD respons tijdens auditory stimulatie bij zebravinken werden onderzocht in ons lab 2. Dienovereenkomstig, drie grote schaal gebruikt verdovingsmiddelen in zebravinken - medetomodine, isofluraan en urethaan - werkend op verschillende neurotransmittersystemen, werden bestudeerd. De resultaten gaven aan dat auditieve stimulatie haar duidelijke BOLD reacties met alle drie anesthetica, maar kleine verschillen zich tussen de drie reagentia in verhouding tot uitbreiding van het gebied van bijvoorbeeld activering. Op basis van de resultaten van deze studie en op het feit dat isofluraan is de meest voorkomende verdoving klinische toepassingen heeft het grote voordeel dat relatief snel herstel en geringe bijwerkingen en heeft dus het grootste potentieel voor gebruik in longitudinale studies, isofluraan werd de verdoving van de keuze voor zebravink fMRI in ons lab.
In dit protocol gebruiken we spin-echo (SE) fMRI in plaats van de meer traditionele gradiënt-echo (GE) fMRI. Vergeleken met GE fMRI, SE fMRI heefthet grote voordeel dat signaal naar de gehele hersenen als er geen signaal uitval in de beelden. Een ander voordeel van de SE BOLD fMRI is een betere ruimtelijke specificiteit 10,11. Inderdaad, bij hoge magnetisch veld, wordt het intravasculaire component van de SE BOLD signaal gereduceerd (vanwege een lange TE) en de extravasculaire component uit grote vaten wordt onderdrukt (door de 180 ° heroriëntatie pols van de SE MRI sequentie). De SE BOLD signaal wordt dus gedomineerd door een nauwkeurig extravasculair signaal afkomstig van kleine schepen 12-14. De belangrijkste beperking van SE fMRI is de relatief zwakke gevoeligheid, waarbij geoptimaliseerde sequenties en geoptimaliseerde stimulatie paradigma. De contrast-ruisverhouding (CNR) toeneemt met veldsterkte 15. Een lange TE verhoogt ook de CNR, maar compromitteert de signaal-ruisverhouding 12,13,15. De optimale TE komt meestal een tijd die gelijk is aan of langer is dan de waarde T2 van de weefsels. We hebben aangetoond dat op 7T,een TE van 60 msec levert een CNR en een signaal-ruisverhouding voldoende is om significante verschillen in BOLD reacties veroorzaakt door verschillende stimuli (Poirier, 2010) te detecteren.
Vergeleken met GE T2 *-gewogen contrast, SE T2-gewogen contrast vereist een lange TR (1500-2000 msec bij 7T). Om te kunnen afbeelding 15 plakjes, gebruikten we een TR van 2000 msec. Om de verwerving tijd bij te houden tegen een redelijke limiet, SE MRI sequenties moeten worden versneld. Dit wordt meestal bereikt met behulp van de echo planar imaging (EPI) bemonsteringsplan 10,16-19. Echter, EPI induceert vertekeningen die toenemen met de grootte van het magnetisch veld, en verontreinigt het BOLD signaal met T2 * effecten (waardoor het signaal sterker, maar minder specifiek). EPI produceert ook een zeer intense ruis, waardoor het minder relevant voor het gebruik bij het onderzoek van auditieve stimuli. We dus gebruikt een zeldzame sequentie met een matrix van 64 x 32, waardoor een acquisitietijd van 8 sec. Deze temporele Resolution is nog steeds compatibel met de trage BOLD respons geïnduceerd door blokontwerpen, maar te langzaam om het tijdsverloop van de BOLD respons nauwkeurig proeven of om event-gerelateerde ontwerpen gebruiken. Met deze sequentie wij zo een pure T2-gewogen SE signaal, dat wordt gekenmerkt door een zeer goede ruimtelijke specificiteit, een voldoende hoge gevoeligheid voor differentiële BOLD reacties detecteren en een tijdsresolutie verenigbaar met de gebruikte stimulus paradigma 20,21 verkregen.
Voordelen en beperkingen van het gebruik van fMRI in Zangvogels
Gedurende de laatste decennia is fMRI uitgegroeid tot een van de meest populaire neuroimaging technieken in de klinische cognitieve neurowetenschappen voor de studie van de hersenactiviteit tijdens verschillende taken, variërend van eenvoudige sensomotorische tot zeer cognitieve taken. In preklinisch onderzoek, deze methode is echter nog slechts zelden gebruikt. De schaarste van fMRI experimenten voltooid in kleine dieren en vooral zangvogels om eventueel toebetreft dat anesthesie of sedatie nodig om volledige immobilisatie van de onderwerpen (zie bespreking hierboven) bereiken. Vandaar dat deze wordt beschouwd als de belangrijkste nadeel van de techniek en beperkt het soort vragen die kunnen worden aangepakt. Hoewel fMRI anesthesie vereist en het BOLD signaal reflecteert vooral lokale veldpotentialen en dus verschilt van de actiepotentialen gemeten in elektrofysiologische en de onmiddellijke vroege gen (IEG) studies (bv. 22), BOLD fMRI heeft veel resultaten verkregen door deze technieken bevestigd.
Tot op heden, de meest populaire technieken in zangvogel neurowetenschappen zijn nog steeds activiteit-afhankelijke expressie van IEG en elektrofysiologische opnames van de single-of multi-unit activiteit. Deze technieken kunnen profiteren van een zeer hoge ruimtelijke resolutie (5-30 micrometer; cellulair niveau). Ze zijn echter sterk invasieve of zelfs dodelijk. Daarnaast worden elektrofysiologische technieken beperkt door het aantal lokationen die kunnen worden bemonsterd in een experiment en vereist dus a priori hypotheses over de lokalisatie van de neuronale substraat bij het onderzochte proces. Daarentegen BOLD fMRI kan een hele brein benadering - met een ruimtelijke resolutie van 250 urn - en kan dus worden gebruikt om hypothese-free experimenten. Tenslotte en vooral, de niet-invasieve MRI maakt herhaalde longitudinale maatregelen op dezelfde onderwerpen, die een groot scala aan nieuwe mogelijkheden opent.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Geen belangenconflicten verklaard.
Acknowledgments
Dit onderzoek werd ondersteund door subsidies van het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek - Vlaanderen (FWO, project Nr G.0420.02 en G.0443.11N), de Herculesstichting (subsidie Nr AUHA0012), gecoördineerde Research Actions (GOA financiering) van de Universiteit Antwerpen, en mede gesponsord door EC - FP6 project Dimi, LSHB-CT-2005-512146 en EC - FP6 project EMIL LSHC-CT-2004-503569 om A.VdL. G.DG en CP zijn postdocs van het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek - Vlaanderen (FWO).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Isoflurane anaesthetic | Isoflo | 05260-05 | |
| PC-Sam hardware/software | SA-Instruments | http://www.i4sa.com | |
| Monitoring and gating system | 1025 | ||
| MR-compatible small rodent heater system | Model 1025 compatible | ||
| Rectal temperature probe | RTP-102B | 7'', 0.044'' | |
| 7T MR scanner | Bruker Biospin | PHS 70/16 | |
| Paravision software | 5.1 | ||
| Gradient Insert | BGA9S | 400 mT/m, 300A, 500V | |
| Gradient Amplifiers | Copley Co., USA | C256 | |
| Transmit resonators | Inner diameter: 72 mm, transmit only, active decoupled | ||
| Receiver antenna - 20 mm quadrature Mouse Head | Receive only, active decoupled | ||
| WaveLab software | Steinberg | ||
| Praat software | Paul Boersma, University of Amsterdam | http://www.praat.org | |
| Non-magnetic dynamic speakers | Visation, Germany | HK 150 | |
| Fiber optic microphone | Optoacoustics, | Optimic 1160 | |
| Sound amplifier | Phonic corporation | MM 1002a | |
| Presentation software | Neurobehavioral Systems Inc. | ||
| MRIcro | Chris Rorden | http://www.cabiatl.com/mricro/mricro/ | |
| Statistical Parametric Mapping (SPM) | Welcome Trust Centre for Neuroimaging | 8 | http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/ |
References
- Van Meir, V., et al. Spatiotemporal properties of the BOLD response in the songbirds' auditory circuit during a variety of listening tasks. Neuroimage. 25, 1242-1255 (2005).
- Boumans, T., Theunissen, F. E., Poirier, C., Van Der Linden, A. Neural representation of spectral and temporal features of song in the auditory forebrain of zebra finches as revealed by functional MRI. The European Journal of Neuroscience. 26, 2613-2626 (2007).
- Boumans, T., et al. Functional magnetic resonance imaging in zebra finch discerns the neural substrate involved in segregation of conspecific song from background noise. Journal of Neurophysiology. 99, 931-938 (2008).
- Boumans, T., et al. Functional MRI of auditory responses in the zebra finch forebrain reveals a hierarchical organisation based on signal strength but not selectivity. PloS ONE. 3, e3184 (2008).
- Vignal, C., et al. Measuring brain hemodynamic changes in a songbird: responses to hypercapnia measured with functional MRI and near-infrared spectroscopy. Physics in Medicine and Biology. 53, 2457-2470 (2008).
- Van der Linden, A., Van Meir, V., Boumans, T., Poirier, C., Balthazart, J. MRI in small brains displaying extensive plasticity. Trends in Neurosciences. 32, 257-266 (2009).
- Poirier, C., Van der Linden, A. M. Spin echo BOLD fMRI on songbirds. Methods Mol. Biol. 771, 569-576 (2011).
- Poirier, C., Verhoye, M., Boumans, T., Van der Linden, A. Implementation of spin-echo blood oxygen level-dependent (BOLD) functional MRI in birds. NMR in Biomedicine. 23, 1027-1032 (2010).
- Poirier, C., et al. A three-dimensional MRI atlas of the zebra finch brain in stereotaxic coordinates. Neuroimage. 41, 1-6 (2008).
- Zhao, F., Wang, P., Kim, S. G. Cortical depth-dependent gradient-echo and spin-echo BOLD fMRI at 9.4T. Magnetic Resonance in Medicine: Official Journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 51, 518-524 (2004).
- Harel, N., Lin, J., Moeller, S., Ugurbil, K., Yacoub, E. Combined imaging-histological study of cortical laminar specificity of fMRI signals. NeuroImage. 29, 879-887 (2006).
- Duong, T. Q., et al. Microvascular BOLD contribution at 4 and 7 T in the human brain: gradient-echo and spin-echo fMRI with suppression of blood effects. Magnetic Resonance in Medicine: Official Journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 49, 1019-1027 (2003).
- Lee, S. P., Silva, A. C., Ugurbil, K., Kim, S. G. Diffusion-weighted spin-echo fMRI at 9.4 T: microvascular/tissue contribution to BOLD signal changes. Magnetic Resonance in Medicine: Official Journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 42, 919-928 (1999).
- Uludag, K., Muller-Bierl, B., Ugurbil, K. An integrative model for neuronal activity-induced signal changes for gradient and spin echo functional imaging. NeuroImage. 48, 150-165 (2009).
- Yacoub, E., et al. Spin-echo fMRI in humans using high spatial resolutions and high magnetic fields. Magnetic Resonance in Medicine: Official Journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 49, 655-664 (2003).
- Keilholz, S. D., Silva, A. C., Raman, M., Merkle, H., Koretsky, A. P. Functional MRI of the rodent somatosensory pathway using multislice echo planar imaging. Magnetic Resonance in Medicine: Official Journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 55, 316-324 (2006).
- Keilholz, S. D., Silva, A. C., Raman, M., Merkle, H., Koretsky, A. P. Functional MRI of the rodent somatosensory pathway using multislice echo planar imaging. Magnetic Resonance in Medicine: Official Journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 52, 89-99 (2004).
- Goloshevsky, A. G., Silva, A. C., Dodd, S. J., Koretsky, A. P. BOLD fMRI and somatosensory evoked potentials are well correlated over a broad range of frequency content of somatosensory stimulation of the rat forepaw. Brain Research. 1195, 67-76 (2008).
- Kida, I., Yamamoto, T. Stimulus frequency dependence of blood oxygenation level-dependent functional magnetic resonance imaging signals in the somatosensory cortex of rats. Neuroscience Research. 62, 25-31 (2008).
- Poirier, C., Boumans, T., Verhoye, M., Balthazart, J., Van der Linden, A. Own-song recognition in the songbird auditory pathway: selectivity and lateralization. The Journal of Neuroscience: The Official Journal of the Society for Neuroscience. 29, 2252-2258 (2009).
- Poirier, C., et al. Own song selectivity in the songbird auditory pathway: suppression by norepinephrine. PloS ONE. 6, e20131 (2011).
- Logothetis, N. K., Pauls, J., Augath, M., Trinath, T., Oeltermann, A. Neurophysiological investigation of the basis of the fMRI signal. Nature. 412, 150-157 (2001).
