Summary
Dieser Artikel zeigt ein optimiertes Verfahren zur Abbildung der neuronalen Substrate der auditiven Stimulation im Gehirn mit Hilfe der funktionellen Singvogel Magnetic Resonance Imaging (fMRI). Es beschreibt die Herstellung der akustischen Stimuli, die Positionierung des Motivs und der Erwerb und die anschließende Analyse der fMRI-Daten.
Abstract
Die Neurobiologie der Vögel, als Modell für menschliche Sprache ist ein ausgeprägter Bereich der Forschung in Behavioral Neuroscience. Während erlauben Elektrophysiologie und molekulare Ansätze die Untersuchung entweder verschiedene Reize auf wenige Neuronen oder einem Stimulus in großen Teilen des Gehirns, Blutoxygenierung pegelabhängigen (BOLD) funktioneller Kernspintomographie (fMRI) ermöglicht die Kombination beider Vorteile, dh die neuronale Aktivierung vergleichen induziert durch verschiedene Reize im gesamten Gehirn auf einmal. fMRI bei Singvögeln ist wegen der geringen Größe ihres Gehirns und weil ihre Knochen herausfordernd und vor allem ihre Schädel umfassen zahlreiche Hohlräume, induzieren wichtig Suszeptibilitätsartefakte. Gradient-Echo (GE) BOLD fMRI wurde erfolgreich an Singvögeln 1-5 (für einen Überblick siehe 6). Diese Studien über die primären und sekundären auditorischen Hirnarealen, die Regionen, die frei von Suszeptibilitätsartefakte sind konzentriert. Da jedoch proczesse von Interesse kann über diesen Regionen auftreten, wird BOLD fMRI ganze Gehirn erforderlich unter Verwendung eines MRT-Sequenz weniger anfällig für diese Artefakte. Dies kann durch Spin-Echo (SE) BOLD fMRI 7,8 erreicht werden. In diesem Artikel beschreiben wir, wie man diese Technik in Zebrafinken (Taeniopygia guttata), die kleinen Singvögel mit einem Körpergewicht von 15-25 g ausgiebig in Verhaltens-Neurowissenschaften der Vögel untersucht wurden, sind zu verwenden. Das Hauptthema der fMRT-Studien auf Singvögel ist Song Wahrnehmung und Lernen Song. Die auditive Natur der Reize mit der schwachen BOLD Empfindlichkeit SE (im Vergleich zu GE) basierte fMRI Sequenzen macht die Umsetzung dieser Technik sehr anspruchsvoll kombiniert.
Protocol
1. Vorbereitung der auditive Reize
- Zunächst erfassen die Sound-Reize, während im Inneren der Bohrung des 7T MR-System gespielt wird. Die Bohrung ist eine auf engstem Raum, die die auditive Reize, was zu Verbesserung bestimmter auditiven Frequenzen verzerren können. Abbildung 1 zeigt die Frequenzen erhöht und unterdrückt von unseren Aufnahmen von weißem Rauschen an der Stelle der Kopf des Vogels innerhalb des Magneten gemacht gezeigt Bohrung mit einem LWL-Mikrofon (Optimic 1160, Optoacoustics). Um diese künstliche Verstärkung zu kompensieren, wird ein Equalizer-Funktion auf jeden Reiz mit WaveLab Software angewendet. Für unsere speziellen Setup besteht die Funktion einer Gaußschen Kernel mit den folgenden Parametern: maximale Amplitude:-20dB, auf 3.750 Hz, Breite zentriert: 0,05 Oktaven (entsprechend dem Bereich 2.500-5.000 Hz für unser System).
- Der Song Reize aus mehreren einzelnen Song Motive jeder Vogel mit Zeiten der Stille verschachtelt komponiert. Die dration dieser Ruheperioden eingestellt wird, um die Gesamtmenge von Klang und Stille identisch über alle Reize zu halten. Diese Konstruktion spart die natürliche intra-individuelle und inter-individuelle Variabilität der Länge des Songs. Die Gesamtlänge jedes Stimulus 16 sec. Die Intensität der einzelnen Songs ist in Bezug auf normalisiert abgestimmt root-mean-square und High-Pass bei 400 Hz, bevor sie in der gesamten Stimulus (Gesang und stillen Perioden) integriert gefiltert. Diese Manipulationen sind fertig mit Praat Software.
- Das Experiment besteht aus einem ON / OFF-Block-Design alternierenden Hörstimulation Perioden (ON Blöcke) mit Ruhezeiten (OFF Blöcke) (Abbildung 2). Jeder Block (ON und OFF) dauert 16 Sekunden, die auf den Erwerb von 2 Bildern (siehe unten für den Erwerb) entspricht. Jeder Reiz Typ 25 mal vorgestellt, was den Erwerb von 50 Bildern pro Reiz und pro Thema. Die Reihenfolge der Präsentation der Bedingungen sollte innerhalb und zwischen den randomisiertenThemen. Diese randomisierte Reihenfolge der Reize in Presentation Software kodiert werden.
2. Betreff Vorbereitung
2.1 Gegenstand und Gruppengröße
Hier präsentieren wir ein Protokoll speziell auf die Verwendung von (erwachsenen) Zebrafinken angepasst. Die Wahl der Art abhängig von der wissenschaftlichen Fragestellung. Jedoch können auch andere Überlegungen, wie Vogel Robustheit Anästhesie ebenfalls berücksichtigt werden. Zebrafinken (Taeniopygia guttata) sollte in Volieren unter einem 12 Stunden Licht untergebracht werden: 12 Stunden Dunkelheit Photoperiode und haben Zugang zu Futter und Wasser ad libitum während der gesamten Studie. Die minimale Anzahl von Individuen pro Experiment 15 ist. Diese Zahl berücksichtigt die Empfindlichkeit der Spin-Echo-fMRI und die natürliche inter-individuelle Variabilität biologischer Phänomene im Experiment gemessen.
2.2 Installation von Setup und Vorbereitung des Tieres
(Für Spezifikationder verwendeten Geräte, verweisen wir auf die Liste der spezifischen Reagenzien und Geräte am Ende dieses Artikels)
- Installieren Sie den Schnabel Maske auf dem Bett eines MRI 7T MR-System und verbinden Sie es mit dem Gas-Controller-Gerät mit Kunststoffrohren. Öffnen Sie sowohl Sauerstoff als auch Stickstoff-Flaschen und Schalter an der Gas Controller-Gerät (Durchfluss Sauerstoff: 200 cc / min; Stickstoff: 400 cc / min).
Wie oben erwähnt, wird ein 7T MR-System in der dargestellten Konfiguration verwendet werden. Andere MR-Systemen mit unterschiedlichen Feldstärken sind möglich, aber 7T ein guter Kompromiss zwischen Signal-zu-Rausch-Verhältnis und der Grad der Suszeptibilitätsartefakte (siehe Diskussion) erreicht. Bei höheren Feldstärken das Signal-zu-Rausch-Verhältnis erhöht sich mit dem Grad der Anfälligkeit Artefakte.
- Schalten Sie das Feedback-geregelten Systems und warmen Luftstrom Gerät.
- Betäuben der Zebrafinken mit 3% Isofluran in einem Gemisch von Sauerstoff und Stickstoff durch die Einführung seiner Schnabelin die Maske und mit dem Kopf nach unten, bis der Vogel ist vollständig betäubt. Dies kann durch Ziehen der Fuß weich überprüft werden: wenn der Vogel völlig sediert ist der Fuß nicht durch den Vogel eingefahren werden. Darüber hinaus werden die Augen des Vogels teilweise geschlossen werden.
- Führen Sie die Kloake Temperaturfühler, um die Körpertemperatur zu screenen und Überwachung der Atemfrequenz, indem ein pneumatischer Sensor unterhalb des Zebrafinken Bauch. Schließen Sie die Jacke, um den Körper des Vogels (Abbildung 3) zurückzuhalten.
- Pflegen Atemfrequenz im Bereich von 40 bis 100 Atemzüge pro Minute und halten die Körpertemperatur konstant in einem engen Bereich von 40 ± 0,5 ° C. Wenn die Atmung Bereich zu niedrig / hoch ist, um den Pegel der Anästhesie (% Isofluran) entsprechend. Wenn das Problem weiterhin besteht, sollte der Versuch abgebrochen werden und das Tier aus dem Setup entfernt werden, um sich zu erholen.
- Positionieren Sie die nicht-magnetische dynamische Lautsprecher auf beiden Seiten des Kopfes und Zebrafinken converbinden sie mit dem Verstärker. Stellen Sie sicher, dass die Kabel der Lautsprecher entfernt von dem Temperaturfühler geführt, weil es die Temperaturmessung beeinflussen können, wenn zu schließen.
- Legen Sie die Oberfläche HF-Spule auf der Oberseite des Kopfes und Zebrafinken Zebrafinken die Position in der Mitte des Magneten (und automatisch das Zentrum der Sendespule, die in der Mitte des Magneten befindet).
- Reduzieren der Anästhesie Ebene zu 1,5% Isofluran mit Sauerstoff und Stickstoff gemischt.
3. Datenerfassung
- Erwerben Sie einen Satz von 1 sagittal, 1 horizontale und 1 koronalen Gradienten-Echo (GE) Scout-Bild (tri-Pilotsequenz) und Sätze horizontal, koronalen und sagittalen Multi-Slice-Bilder (Pilotierung T 2-gewichtete schnelle Erfassung Entspannung-enhanced ( RARE) SE-Sequenz) zur Bestimmung der Position des Gehirns in dem Magneten (Abbildung 4).
- Verringern Sie die Geräusche der Gradienten durch die Erhöhung ihrer Rampe mal zu 1.000 us. <li> Bereiten Sie die fMRI Sequenz: RARE T 2-gewichtete Sequenz, effektive TE: 60 ms, TR: 2000 ms, RARE-Faktor: 8, FOV: 16 mm, Matrix-Größe: 64 x 32, Ausrichtung: sagittal, Schichtdicke: 0,75 mm, Inter-Slice Spaltdicke: 0,05 mm, 15 Scheiben, die nahezu das gesamte Gehirn (Abbildung 4).
- Wählen Sie die auditive Protokoll (auditive Reize und den Zeitpunkt der Lieferung Stimulus) in der Präsentations-Software. Das Protokoll besteht aus einer Folge von Befehlen - für die Einleitung bestimmter akustische Reize - die zu einem bestimmten Scan-Zahl ausgeführt werden. Bei jeder Wiederholung in der fMRI Sequenz wird die Scanner-Software einen Trigger zur auditorischen Darstellung Software, die wiederum registriert die Scan-Nummer und führt den entsprechenden Befehl zu senden.
- Um sicherzustellen, dass die auditive Präsentation Software nicht verpassen keine Trigger aus dem Scanner, wird die auditive Protokoll initiiert erste. Sobald das Protokoll voll beladen ist, wird die fMRI Sequenz gestartet.
- Jeder fMRI Experiment wird durch den Erwerb von 12 Dummy-Bildern, damit das Signal des Auftrags durch den Scanner Lärm um einen stationären bevor Hörstimulation erreichen voraus.
- Nach Erwerb Null-füllen die Daten auf 64 x 64.
- Werfen Sie einen ersten (vorläufigen) Blick auf die Ergebnisse mit dem Werkzeug in der Paravision (Option Verarbeitung / Functional Imaging). Berechnen Sie den differentiellen BOLD Reaktion zwischen all den Blöcken und der Grundlinie (OFF-Blöcke). Diese Analyse gibt einen ersten Hinweis auf die Qualität des Experiments. Wenn keine Aktivierung in der primären auditorischen Bereiche in diesem Stadium zu sehen, hat der Vogel wahrscheinlich nicht hören / die auditive Reize aufgrund technischer Probleme mit dem Stimulus Präsentation, Anästhesie Ebene usw. Das Setup sollte überprüft werden und die Messung wiederholt verarbeitet.
- Führen Sie eine anatomische 3D-RARE T2-gewichtete Sequenz in der gleichen Ausrichtung wie die bisherigen fMRT-Scans und mit effektiven TE: 60 ms, TR: 2000 ms, RARE-Faktor: 8, FOV: 16 mm, Matrix-Größe: 256 x 128 x 64.
- Null-füllen die Daten zu 256 x 256 x 256.
- Nehmen Sie die Zebrafinken aus der MRI Bett und lassen Sie es von der Narkose erholen in einem Käfig unter einem roten Lampe. Normalerweise geht die Wiederherstellung eines Zebrafinken nach Isofluran-Narkose relativ schnell (maximal 5 min). Nach nur wenigen Minuten werden die Vögel versuchen, aufzustehen und einmal der Vogel vollständig erholt ist, wird es auf einem Zweig statt sitzen auf dem Boden des Käfigs zu hocken. Die Dauer der Anästhesie ist etwa 2 Stunden für das vorliegende Experiment. Die maximale Zeit von Isofluran-Narkose angewendet Zebrafinken in unserem Labor ist 6 Stunden, nach dem die Vögel auch innerhalb von 5 min gewonnen.
4. Data Processing
- Konvertieren Sie die MR-Daten in oder Analysieren Nifti Format.
- Da SPM entwickelt wurde, um fMRI Daten beim Menschen erfassten Prozessdaten, dh für Voxel von etwa 2 mm. Zahlreiche SPM-Einstellungen werden auf diesem ungefähre Voxelgröße angepasst. Wenn man nicht wAmeise, um all diese Einstellungen zu ändern, ist der einfachste Weg zu gehen, um künstlich erhöhen die Voxelgröße von Vogel fMRI-Daten. Passen Sie die Größe Voxel in der Kopfzeile durch Multiplikation des realen Voxelgröße von 10 mit MRIcro. Es sollte angemerkt werden, dass eine solche Anpassung beeinflusst nicht die Daten selbst, kein Resampling oder andere Änderungen an den Daten angewendet wird.
Eine Alternative dazu ist die Verwendung von "SPMMouse ', die einen Werkzeugkasten ermöglicht SPM zu öffnen und zu analysieren Dateien jeder Voxel Dimension ist. Das Tool ermöglicht SPM "gläserne Gehirn", um aus jedem Bild erstellt werden, und stellt sich automatisch auf Standardwerte Längenskalen die Header der Bilddateien oder vom Benutzer eingegebenen Daten. Daher funktioniert diese Toolbox in die entgegengesetzte Richtung als das, was wir vorschlagen. Statt die Voxel Größe der Bilder in SPM passen, werden die Standardeinstellungen des SPM geändert, um Bilder mit unterschiedlichen Voxelgrößen verwenden.
- Richten Sie die fMRI-Daten. Co-Register der anatomischen 3D-Datensatz zu ter fMRI Zeitreihen. Normalisieren der 3D-Daten (und die Zusammenarbeit registrierte fMRI Zeitreihe) an die Zebrafinken Gehirn MRI Atlas. Übernehmen Sie die Transformationsmatrix der fMRI Datenmenge. Dies alles kann unter Verwendung Statistische Parametric Mapping (SPM) 8 Software werden.
- Glätten Sie die Daten mit einem 0,5-mm Breite Gauß-Kern mit SPM8.
- Führen Sie statistische voxelbasierte Analysen mit SPM8. Modell die Daten als Box-Auto (kein hämodynamischen Antwort-Funktion). Schätzpreis Modellparameter mit dem klassischen Restricted Maximum Likelihood Algorithmus. Berechnen Sie die mittlere Wirkung der einzelnen auditorischen Reizes in jedem Fach (Festnetz-Einfluss-Analyse) und dann berechnen Statistiken für Analysen wünschte Gruppe (mixed-Effekt-Analysen).
- Projizieren Sie das statistische parametrische Karte auf den Zebrafinken atlas (Abbildung 5) 9 in SPM8 zu lokalisieren die funktionellen Aktivierungen (Abbildung 6).
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Representative Results
Wir hier visuell eine optimierte Abfolge von Verfahren für eine erfolgreiche Darstellung von neuronalen Substrate auditive Reize im Gehirn Zebrafinken vorgestellt. Erstens kann das beschriebene Verfahren zur Herstellung der akustischen Reize führt Reize, kann in einen EIN / AUS-Block Paradigma (2) aufzunehmen und die normalisiert sind, um mögliche Unterschiede in Schalldruckpegel, die eine unterschiedliche Antwort im Gehirn hervorrufen könnte beseitigen . Nach der Vorbereitung des Zebrafinken für MRI Scan-und Positionierung in die Bohrung des Magneten (Abbildung 1), kann fMRI erworben werden. Darüber hinaus wird ein 3D-Bild mit hoher Auflösung gemacht, um die Daten an den Zebrafinken atlas 9 normalisieren. Schließlich ermöglicht Vorverarbeitung und statistische Analyse der Daten Visualisierung der erzielten Ergebnisse (Abbildung 6).
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Abbildung 1. Spektrogramme von weißem Rauschen aufgezeichnet, um Frequenzbänder erweitert / innerhalb des Magneten trug. A. Weißes Rauschen außerhalb des Magneten trug. B. Weißes Rauschen an der Stelle der Kopf des Vogels im Magneten aufgezeichnet Bohrung unterdrückt etablieren. C. White Lärm nach Anwendung der Equalizer-Funktion für verbesserte / unterdrückt Frequenzbänder zu korrigieren.
Abbildung 2. Übersicht über die ON / OFF-Block, in dem Paradigma Hörstimulation Perioden mit Ruhezeiten abwechseln. Jeder Block (Stimulus / rest) dauert 16 Sekunden, während der 2 Bilder erworben werden. Die verschiedenen Stimuli bestehen aus Vertreter Motive der Vögel oder andere Arten von Soundje nach Experiment. Diese Motive werden verkettet und Ruheperioden verschachtelt und die Dauer der stillen Perioden eingestellt wird, um die Gesamtmenge von Klang und Stille identisch über alle Reize zu halten.
Abbildung 3. . Setup for auditiven fMRI in kleinen Singvögel A. Tierische Bett Einschub:. Detaillierte schematische Übersicht über die Positionierung der Vogel in der tierischen Bett des Scanners: B. RF Kopfspulenanordnung, C. Schnabel Maske mit D. Lieferung von Narkosegas, E. nicht-magnetischen Kopfhörer, F. pneumatischen Kissen Sensor, um die Atemfrequenz, G. cloacal Temperaturfühler, H. Feedback Heizsystems zu überwachen, um Körper zu haltenTemperatur der Vogel stabil während der Messung. Klicke hier, um eine größere Abbildung anzuzeigen .
Abbildung 4. Scheibe Geometrie für Whole-Brain fMRI-Bildgebung. Composition von Screenshots aus der Geometrie-Editor in Paravision Software. Zuvor erwarb axialen, sagittalen und koronalen RARE Pilotierung Bilder werden verwendet, um die Scheibe Orientierung für die fMRI-Scan definieren.
Abbildung 5. Seitliche Ansicht eines 3D-Darstellung der linken Hemisphäre mit abgegrenzten Strukturen aus dem Zebrafinken atlas 9 auf seiner Mitte Sagittalschnitt projiziert. Der Farbcode der Kerne abgegrenzt wird auf der rechten Seite dargestellt. Diese delineated Strukturen sind Teil des Gesangs Motor Weg: HVC, Nucleus robustus arcopallii (RA), nXII pars tracheosyringealis (nXIIts), die vorderen Vorderhirn Weg: Nucleus lateralis pars lateralis magnocellularis (LMAN), Fläche X (X); das Gehör: Feld L, Kern ovoidalis (Ov), Nucleus lateralis pars dorsalis mesencephalicus (MLD), das olfaktorische System: Riechkolben (OB) und das visuelle System: Kern entopalliallis (E), Tectum opticum (TeO).
Abbildung 6. Beispiel einer fMRI BOLD Reaktion im primären auditorischen Bereich, Feld L und benachbarten sekundären auditorischen Regionen durch unterschiedliche akustische Reize evoziert in den Ruhezustand verglichen. Die Bilder bestehen aus statistischen parametrischen Karten auf hochauflösende anatomische Bilder vom Zebrafinken Gehirn überlagert atlas 9. T-Werte sind farblich entsprechend derMaßstab in der Figur nur Voxel in dem der t-Test festgestellt signifikant (p <0,001) werden angezeigt wurde, angezeigt.
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Discussion
In diesem Bericht beschreiben wir ein optimiertes Protokoll für die detaillierte in vivo Charakterisierung der neuronalen Substrate Hörstimulation in narkotisierten Zebrafinken.
Im Einklang mit dem Protokoll vorgestellt, die Mehrheit der funktionelle Hirnaktivität Studien bei Tieren mit BOLD fMRI, betäuben die Tiere während der Erfassung. Ausbildung Tiere, um sie mit dem Magneten Umwelt und den Scanner Lärm während der Studienzeiten zu gewöhnen ist auch möglich, aber sehr zeitaufwändig und anspruchsvoll und daher nur selten eingesetzt.
Obwohl Anästhesie minimiert Stress-induzierten Auswirkungen auf die physiologischen Reaktionen von Interesse und erleichtert Umgang mit Tieren, seine Wirkung sowohl auf der neuronalen Antwort und auf der Transfer-Funktion zwischen der neuronalen Aktivität und dem BOLD Antwort in fMRT gemessen ist eine on-going und wichtiges Forschungsthema . Daher sind die Auswirkungen der Narkose auf dem BOLD Antwort während auditory Stimulation in Zebrafinken wurden in unserem Labor 2 untersucht. Dementsprechend drei verbreiteten Anästhetika in Zebrafinken - medetomodine, Isofluran und Urethan - Handeln in unterschiedlichen Neurotransmitter-Systeme, wurden untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass Hörstimulation in klaren BOLD Antworten mit allen drei Anästhetika führte, sondern dass leichte Unterschiede zwischen den drei Reagenzien in Bezug auf Erweiterung der Fläche zB Aktivierung aufgetreten. Basierend auf den Ergebnissen dieser Studie und auf die Tatsache, dass Isofluran die häufigste Betäubung in der klinischen Anwendung ist, wie es den großen Vorteil, mit relativ schnelle Erholung und geringe Nebenwirkungen aufweist und somit das größte Potenzial für den Einsatz in Längsschnittstudien wurde Isofluran das Anästhetikum der Wahl für Zebrafinken fMRI in unserem Labor.
In diesem Protokoll verwenden wir Spin-Echo (SE) fMRI anstelle des traditionellen Gradienten-Echo (GE) fMRI. Im Vergleich zu GE fMRI hat SE fMRIder große Vorteil, daß an die gesamte Gehirn, da es keine Signalausfall in den Bildern. Ein weiterer Vorteil der SE BOLD fMRI ist seine bessere räumliche Spezifität 10,11. In der Tat, bei hohen Magnetfeld wird die intravaskuläre Komponente des Signals reduziert SE FETT (wegen einer langen TE) und der extravaskuläre Komponente aus großen Gefäßen unterdrückt wird (durch die 180 ° Refokussierungspuls der SE MRI-Sequenz). Die SE BOLD Signal wird somit durch eine genaue extravaskulären Signal, das von kleinen Gefäßen 12-14 dominiert. Die wichtigste Einschränkung der SE fMRI ist seine relativ schwache Empfindlichkeit erfordern optimierte Abläufe und optimierte Stimulation Paradigmen. Der Kontrast-Rausch-Verhältnis (CNR) steigt mit der Feldstärke 15. Eine lange TE erhöht auch die CNR, aber nachteilig auf die Signal-zu-Rausch-Verhältnis 12,13,15. Die optimale TE entspricht in der Regel eine Zeit gleich oder länger als der T 2-Wert des Gewebes. Wir haben, dass bei 7T, gezeigteine TE-Wert von 60 msec ein CNR und ein Signal-zu-Rausch-Verhältnis ausreichend, um signifikante Unterschiede in Fettdruck Antworten durch verschiedene Stimuli ausgelöst (Poirier, 2010) zu detektieren.
Im Vergleich zu GE T2 *-gewichteten Kontrast, SE T2-gewichteten Kontrast erfordert eine lange TR (1500-2000 ms bei 7T). Um der Lage sein, Bild 15 Scheiben, verwendeten wir eine TR von 2000 ms. Um die Messzeit zu einem vernünftigen Grenzen zu halten, müssen SE MRT Sequenzen beschleunigt werden. Dies wird in der Regel erreicht mit dem Echo-Planar-Imaging (EPI) Stichprobenplan 10,16-19. Allerdings induziert EPI Bildverzerrungen, die Erhöhung der Größe des Magnetfeldes und die BOLD-Signal mit T2 *-Effekte (was das Signal stärker, aber weniger spezifisch) verunreinigt. EPI produziert auch einen sehr intensiven Geräuschentwicklung, so dass es weniger relevant für den Einsatz bei der Untersuchung auditive Reize. Daher führen wir hiermit RARE-Sequenz mit einer Matrix-Größe von 64 x 32, die in einer Messzeit von 8 sec geführt. Diese zeitliche resolutIon ist noch kompatibel mit der schleppenden Reaktion von BOLD Block Designs induziert, aber zu langsam, um genau zu probieren den zeitlichen Verlauf des BOLD Antwort oder Event-Related Designs verwenden. Mit dieser Sequenz wir so erhaltene reine T2-gewichtete SE-Signal, das durch eine sehr gute räumliche Spezifität, Sensitivität einer ausreichend hoch, um Differential BOLD Antworten erkennen und einer zeitlichen Auflösung kompatibel mit dem verwendeten Stimulus Paradigma 20,21 gekennzeichnet ist.
Vorteile und Grenzen des Einsatzes von fMRI in Singvögel
In den letzten Jahrzehnten hat sich fMRI zu einem der beliebtesten bildgebender Verfahren in klinischen kognitiven Neurowissenschaften für die Untersuchung der Aktivität des Gehirns während der verschiedenen Aufgaben, die von einfachen sensomotorischen zu stark kognitiven Aufgaben. In der präklinischen Forschung, wird diese Methode jedoch nur noch wenig genutzt. Die Knappheit der fMRI Experimenten abgeschlossen bei Kleintieren und insbesondere Singvögel möglicherweise heutebezieht sich auf die Tatsache, dass Anästhesie oder Sedierung benötigt, um eine vollständige Immobilisierung der Fächer (siehe obige Diskussion) zu erreichen. Daher wird dies als der größte Nachteil des Verfahrens und begrenzt die Art der Fragen, die adressiert werden können. Doch obwohl fMRI erfordert Anästhesie und das BOLD-Signal spiegelt vor allem lokale Feld Potenziale und unterscheidet sich somit von der Aktionspotentiale in elektrophysiologischen und frühen Gen gemessen (IEG) Studien (z. B. 22), BOLD fMRI hat viele Ergebnisse von diesen Techniken erhalten bestätigt.
Bis heute sind die beliebtesten Techniken in Singvogel Neurowissenschaften noch Aktivitäts-abhängigen Expression des IEG und elektrophysiologische Aufnahmen von Single-oder Multi-Unit-Aktivität. Diese Techniken von einer sehr hohen räumlichen Auflösung (; zellulärer Ebene 5-30 um) profitieren. Sie sind jedoch sehr invasiv oder sogar tödlich sein. Zusätzlich werden elektrophysiologischen Techniken der Anzahl von lo begrenztKationen, die in einem Experiment abgetastet werden und erfordern daher eine priori Hypothesen über die Lokalisierung des neuronalen Substrat in dem untersuchten Prozess. Im Gegensatz dazu ermöglicht BOLD fMRI eine Whole-Brain-Ansatz - mit einer räumlichen Auflösung von 250 um - und kann somit zur Annahme-freie Experimente durchzuführen. Schließlich und vor allem ermöglicht die nicht-invasive MRT wiederholt Längs-Maßnahmen auf die gleichen Themen, die eine große Auswahl an neuen Möglichkeiten eröffnet.
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Disclosures
Keine Interessenskonflikte erklärt.
Acknowledgments
Diese Forschung wurde unterstützt durch Zuschüsse aus der Forschungsgemeinschaft - Flandern (FWO, Projekt-Nr G.0420.02 und G.0443.11N), der Hercules Foundation (grant Nr AUHA0012) Konzertierte Aktionen Forschung (GOA Finanzierung) von der Universität von Antwerpen, und teilweise durch EG gesponsert - FP6 Projekt DiMI, LSHB-CT-2005-512146 und EC - FP6 Projekt EMIL LSHC-CT-2004-503569 zu A.VdL. G.DG und CP sind Postdoktoranden der Research Foundation - Flanders (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
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