Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Behavior

Funksjonell Magnetic Resonance Imaging (fMRI) med auditiv stimulering i Songbirds

Published: June 3, 2013 doi: 10.3791/4369

Summary

Denne artikkelen viser en optimalisert prosedyre for avbildning av de nevrale substrater av auditiv stimulering i songbird hjernen ved hjelp av funksjonell Magnetic Resonance Imaging (fMRI). Den beskriver utarbeidelsen av lyd stimuli, plassering av faget og oppkjøp og påfølgende analyse av fMRI data.

Abstract

Nevrobiologi av fuglesang, som en modell for menneskelig tale, er en uttalt område av forskning i atferdsmessige nevrovitenskap. Mens elektrofysiologiske og molekylære metoder tillate etterforskningen av enten ulike stimuli på noen nevroner, eller en stimulans i store deler av hjernen, oksygentilførsel i blodet nivå avhengig (BOLD) funksjonell Magnetic Resonance Imaging (fMRI) kan kombinere både fordeler, dvs. sammenligne nevrale aktivering indusert av ulike stimuli i hele hjernen samtidig. fMRI i sangfugler er utfordrende på grunn av den lille størrelsen på sine hoder og fordi deres ben og spesielt deres skallen omfatter en rekke luft hulrom, indusere viktige mottakelighet gjenstander. Gradient-ekko (GE) BOLD fMRI har blitt brukt til sangfugler 1-5 (for en gjennomgang, se 6). Disse studiene fokuserte på de primære og sekundære auditive hjerneområder, som er områder uten mottakelighet gjenstander. Men fordi processes av interesse kan forekomme utover disse regionene, er hele hjernen BOLD fMRI nødvendig å bruke en MR-sekvens mindre utsatt for disse gjenstandene. Dette kan oppnås ved hjelp av spinn-ekko (SE) BOLD fmri 7,8. I denne artikkelen beskriver vi hvordan du bruker denne teknikken i sebra finker (Taeniopygia guttata), som er små sangfugler med en kroppsvekt på 15-25 g grundig studert i atferdsmessige nevrovitenskap av fuglesang. Hovedtema for fMRI studier på sangfugler er sang oppfatning og sang læring. Den auditive natur stimuli kombinert med svak BOLD følsomhet SE (i forhold til GE) baserte fMRI sekvenser gjør gjennomføringen av denne teknikken svært utfordrende.

Protocol

En. Utarbeidelse av Auditory Stimuli

  1. Først registrere lyd-stimuli samtidig som spilles inne i boringen i 7T MR-systemet. Boringen er i lukkede rom som kan forvrenge auditive stimuli som resulterer i forbedring av visse auditive frekvenser. Figur 1 viser frekvensen forbedret og undertrykte som vist av våre innspillinger av hvit støy som er gjort på stedet av fuglens hode innenfor magnet fødte ved hjelp av en fiberoptisk mikrofon (Optimic 1160, Optoacoustics). For å kompensere dette nymotens teknologi, er en equalizer-funksjon brukes på hvert stimulus bruke WaveLab programvare. For vår spesielle oppsett, består funksjonen av en Gaussian kernel med følgende parametre: maksimal amplitude:-20dB, sentrert på 3750 Hz, bredde: 0,05 oktaver (tilsvarende området 2,500-5,000 Hz for vårt system).
  2. Sangen stimuli er sammensatt av flere individuelle sang motiver av hver fugl flettet med perioder med stillhet. Drasjonen av disse tause perioder blir justert slik at den totale mengden av lyd og stillhet identisk fremfor alle stimuli. Denne konstruksjonen sparer den naturlige intra-individuelle og inter-individuell variasjon på sangen lengde. Den totale lengde av hver stimulus er 16 sek. Intensiteten av hver sang er normalisert i forhold matchet rot-middel-kvadrat og høy-pass filtrert på 400 Hz før de blir integrert i hele stimulus (sang og stille perioder). Disse manipulasjoner er gjort ved hjelp Praat programvare.
  3. Eksperimentet består av en ON / OFF blokkdesign vekslende auditiv stimulering perioder (ON blokker) med hvileperioder (OFF blokker) (figur 2). Hver blokk (PÅ og AV) varer i 16 sek, noe som tilsvarer oppkjøpet tiden av to bilder (se nedenfor for erverv). Hver stimulus typen presenteres 25 ganger, noe som resulterer i oppkjøpet av 50 bilder per stimulans og per emne. Presentasjonen rekkefølgen av forholdene bør være randomisert innen og mellomfag. Denne randomiserte rekkefølgen på stimuli kan kodes inn Presentation programvare.

2. Subject Forberedelse

2.1 Tema og gruppestørrelse

Her presenterer vi en protokoll spesielt tilpasset bruk av (voksen) sebra finker. Valget av arten avhenger av den vitenskapelige spørsmålet. Imidlertid kan andre hensyn som fuglen robusthet til anestesi også tas i betraktning. Sebra finker (Taeniopygia guttata) skal være plassert i fuglebur under en 12 timers lys: 12 hr mørk daglengde og har tilgang til mat og vann ad libitum gjennom hele studien. Minimalt antall individer per eksperimentet er 15 år. Dette tallet tar hensyn til følsomheten av spin-echo fMRI og den naturlige inter-individuell variasjon av biologiske fenomener målt i forsøket.

2.2 Installasjon av oppsett og klargjøring av dyr

(For spesifikasjonav brukt utstyr, henviser vi til listen over spesifikke reagenser og utstyr på slutten av denne artikkelen)

  1. Installer nebb maske på MR seng av en 7T MR-systemet og koble den til gass kontrolleren enhet med plastrør. Åpne både oksygen og nitrogen gassflasker og slå på gassen controller enhet (flow rate oksygen: 200 cc / min; nitrogen: 400 cc / min).

Som nevnt ovenfor, er et 7T MR-systemet som brukes i den fremlagte oppsettet. Andre MR-systemer med forskjellige feltstyrker er også mulig, men på 7T et godt kompromiss oppnås mellom signal-til-støy-forhold og grad av følsomhet gjenstander (se diskusjon). Ved høyere feltstyrker signal-til-støy-forholdet vil øke sammen med graden av følsomhet gjenstander.

  1. Slå på tilbakemeldinger styrt system og varm luftstrøm enhet.
  2. Anaesthetize sebra Finch med 3% isofluran i en blanding av oksygen og nitrogen ved å introdusere sitt nebbinn i masken og holde hodet nede til fuglen er fullt bedøvet. Dette kan kontrolleres ved å trekke foten mykt: når fuglen er fullstendig bedøvet foten ikke vil bli tilbaketrukket av fuglen. I tillegg vil øynene til fuglen bli delvis stengt.
  3. Introduser cloacal temperatur probe for å skjerme kroppstemperaturen og overvåke pustefrekvens ved å plassere en pneumatisk sensoren under Sebrafink magen. Jakken lukkes for å holde tilbake legemet av fuglen (figur 3).
  4. Oppretthold pustefrekvens innen området 40 - 100 pust per minutt og holde kroppstemperaturen konstant innenfor et smalt område på 40 ± 0,5 ° C. Når puste hold for lav / høy, justere nivået av anestesi (% isofluran) tilsvarende. Når problemet vedvarer, bør forsøket stoppes og dyret fjernet fra oppsettet for å gjenopprette.
  5. Plasser de ikke-magnetiske dynamiske høyttalere på hver side av Sebrafink hodet og contilkoble dem til forsterkeren. Pass på at ledningene til høyttalerne blir ledet bort fra temperatur probe, fordi det kan påvirke temperaturen når for nær.
  6. Plasser overflaten RF-spolen på toppen av Sebrafink hode og plasser Sebrafink i midten av magneten (og automatisk midten av sendespolen som befinner seg i midten av magneten).
  7. Reduser anestesi nivå til 1,5% isofluran blandet med oksygen og nitrogen.

3. Data Acquisition

  1. Tilegne seg et sett med en sagittal, en horisontal og en koronale gradient-ekko (GE) speider bilde (tri-pilot sekvens) og sett med horisontale, koronale og sagittal multi-slice bilder (pilotering T 2-vektede raske oppkjøp avslapning-enhanced ( sjelden) SE-sekvens) for å bestemme posisjonen til hjernen hos magneten (figur 4).
  2. Reduser støy av stigninger ved å øke sine rampetidene til 1000 mS.
  3. <li> Klargjør fMRI sekvens: RARE T 2-vektet sekvens, effektiv TE: 60 ms, TR: 2000 ms, RARE faktor: 8, FOV: 16 mm, matrix størrelse: 64 x 32, orientering: sagittal, slice tykkelse: 0,75 mm, Inter-slice gap tykkelse: 0,05 mm, 15 skiver som dekker nesten hele hjernen (figur 4).
  4. Velg den auditive protokollen (auditive stimuli og tidspunkt for stimulans levering) i presentasjonen programvare. Denne protokollen består av en sekvens av kommandoer - for initiering av spesifikke auditive stimuli - som er utført på et bestemt scan-nummer. På hver repetisjon innenfor fMRI sekvens, vil skanneren programvaren sende en trigger til auditiv presentasjon programvare som igjen registrerer scan nummer og utfører den tilsvarende kommandoen.
  5. For å sikre at det auditive presentasjonen programvaren ikke glipp av noen trigger fra skanneren, er det auditive protokollen startet først. Når protokollen er fullastet, er fMRI sekvensen startet.
  6. Hver fMRI eksperiment kommer etter oppkjøpet av 12 dummy bildene slik at signalet tilskrives skannerstøy å nå en stabil tilstand før du starter auditiv stimulering.
  7. Etter oppkjøpet zero-fill dataene til 64 x 64.
  8. Ta en første (foreløpig) titt på resultatene ved hjelp av funksjonell Tool av Paravision (opsjon Processing / Funksjonell Imaging). Beregn differensial BOLD respons mellom alle på blokker og baseline (OFF blokker). Denne analysen gir en første indikasjon på kvaliteten av forsøket. Hvis ingen aktivering er sett i de primære auditive områdene på dette stadiet, gjorde fuglen trolig ikke høre / behandlet de auditive stimuli på grunn av tekniske problemer med stimulus presentasjon, anestesi nivå, etc. Oppsettet bør verifiseres og målingen gjentas.
  9. Kjør en anatomisk 3D RARE T2-vektet sekvens i samme retning som de tidligere fMRI skanninger og med effektiv TE: 60 ms, TR: 2000 ms, RARE faktor: 8, FOV: 16 mm, matrix størrelse: 256 x 128 x 64.
  10. Zero-fylle dataene til 256 x 256 x 256.
  11. Ta Sebrafink fra MR sengen og la den komme fra anestesi i et bur under en rød lampe. Normalt går til gjenvinning av en sebra Finch etter isoflurananestesi relativt rask (maksimalt 5 min). Etter bare noen få minutter, vil fuglene prøve å stå opp og når fuglen er fullt restituert, vil det sette seg på en gren i stedet for å sitte på bunnen av buret. Varigheten av anestesi er ca 2 timer for den foreliggende eksperiment. Den maksimale tiden av isoflurananestesi brukt til sebra finker i vårt laboratorium er 6 timer, hvoretter fuglene også reverseres innen 5 min.

4. Data Processing

  1. Konverter MR-data inn Analyser eller Nifti format.
  2. Fordi SPM er utviklet for å behandle fMRI data ervervet hos mennesker, er at for voxels på rundt 2 mm. Tallrike SPM innstillingene er tilpasset denne omtrentlige voxel størrelse. Hvis man ikke want å endre alle disse innstillingene, er den enkleste måten å fortsette å kunstig øke voxel størrelse på fugl fMRI data. Juster voxel størrelse i overskriften ved å multiplisere den virkelige voxel størrelse med 10 bruker MRIcro. Det bør bemerkes, at en slik justering ikke påvirker dataene i seg selv, uten resampling eller andre endringer i dataene blir anvendt.

Et alternativ til dette er bruken av 'SPMMouse' som er en verktøykasse som tillater SPM å åpne og analysere filer i alle voksel dimensjon. Verktøyet lar SPM 'glass hjerner "som skal opprettes fra et bilde, og justerer automatisk mislighold lengdeskalaer basert på hodene av bildefiler eller brukertilpassede data. Derfor fungerer denne verktøykassen i motsatt vei enn det vi foreslår. I stedet for å endre voxel størrelsen på bildene til å passe i SPM, er standardinnstillingene for SPM endret til å bruke bilder med forskjellige Voxel størrelser.

  1. Juster de fMRI data. Co-registrere anatomisk 3D datasettet til than fMRI tidsserier. Normalisere 3D-data (og co-registrerte fMRI tidsserier) til Sebrafink hjernen MRI atlas. Påfør transformasjonsmatrisa til fMRI datasettet. Dette kan gjøres ved hjelp av Statistisk Parametric Mapping (SPM) 8-programvaren.
  2. Glatt data med en 0,5-mm bredde Gaussian kernel hjelp SPM8.
  3. Utføre statistiske voxel-baserte analyser ved bruk SPM8. Modell dataene som en boks-bil (ingen hemodynamiske respons funksjon). Anslå modellparametre med den klassiske Restricted Maximum Likelihood algoritme. Beregn middelverdien effekten av hver auditiv stimulans i hvert fag (fast-effekt analyse) og deretter beregne statistikk som ønsket for gruppe analyser (mixed-effekt analyser).
  4. Projisere statistisk parametrisk kartet på Sebrafink atlas (figur 5) 9 i SPM8 å lokalisere de funksjonelle aktiveringer (figur 6).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Vi her visuelt presenterte en optimalisert sekvens av prosedyrer for vellykket avbildning av nevrale substrater av auditive stimuli i Sebrafink hjernen. For det første, den beskrevne prosedyre for utarbeidelse av auditive stimuli fører til stimuli som kan bli innlemmet i en ON / OFF blokk paradigmet (figur 2) og som er normalisert for å eliminere potensielle forskjeller i lydtrykk som kan fremkalle en differensial respons i hjernen . Etter å forberede Sebrafink for MRI skanning og plassere den inn i boringen av magneten (figur 1), kan fMRI bli kjøpt opp. I tillegg er en 3D høyoppløselig bilde tatt for å normalisere dataene til Sebrafink atlas ni. Endelig tillater pre-prosessering og statistisk analyse av data visualisering av resultatene oppnådd (figur 6).

69/4369fig1.jpg "alt =" Figur 1 "fo: content-width =" 4.5in "fo: src =" / files/ftp_upload/4369/4369fig1highres.jpg "/>
Figur 1. Spectrograms av hvit støy registrert for å etablere frekvensbånd som er forbedret / undertrykt innenfor magnet fødte. A. Hvit støy utenfor magnet fødte. B. White støy registrert på plasseringen av fuglens hode inne i magneten bar. C. Hvit støy etter påføring av equalizer-funksjonen for å korrigere for forbedrede / undertrykt frekvensbånd.

Figur 2
Figur 2. Oversikt over ON / OFF blokk paradigme der auditiv stimulering perioder vekslet med hvileperioder. Hver blokk (stimulus / hvile) varer 16 sek hvor to bildene er kjøpt. De ulike stimuli består av representative motiver av fuglesang eller andre typer lydavhengig av eksperimentet. Disse motivene er sammensatt og flettet med stille perioder, og varigheten av de tause perioder er justert slik at den totale mengden av lyd og stillhet identisk fremfor alle stimuli.

Figur 3
Figur 3. . Oppsett for auditiv fMRI i små sangfugler A. Animal seng Innfelt:. Detaljert skjematisk oversikt over plassering av fuglen i dyret seng av skanneren: B. RF hodet spiral, C. Beak maske med D. tilførsel av bedøvelse gass, E. ikke-magnetiske hodetelefoner, F. pneumatisk pute sensor til å overvåke pustefrekvens, G. cloacal temperatur probe, H. tilbakemeldinger kontrollert varmeapparat system for å holde kroppenTemperaturen på fugl stabilt under målingen. Klikk her for å se større figur .

Figur 4
Figur 4. Slice geometri for hel-hjerne fMRI imaging. Sammensetning av skjermbilder fra geometri redaktør i ParaVision programvare. Tidligere ervervede aksial, sagittal og koronale RARE pilotering bildene brukes til å definere stykket orientering for fMRI skanning.

Figur 5
Figur 5. Lateral visningen av et 3D-representasjon av venstre hemisfære med beskrevne strukturer fra den Sebrafink 9 atlas, projisert på sin mid-sagittal skive. Fargekoden av avgrenset kjerner blir presentert til høyre. Disse delineated strukturer er en del av den vokale motor vei: HVC, nucleus robustus arcopallii (RA), nXII pars tracheosyringealis (nXIIts), den fremre forhjerne vei: nucleus lateralis magnocellularis pars lateralis (læringskretsen), område X (X), den auditive system: felt L, nucleus ovoidalis (Ov), nucleus mesencephalicus lateralis Pars dorsalis (mld); luktsystemet: luktelappen (OB), og det visuelle systemet: nucleus entopalliallis (E), Tectum opticum (Teo).

Figur 6
Figur 6. Eksempel på en fMRI BOLD respons i den primære auditive regionen, Felt L, og tilstøtende sekundære auditive regioner fremkalt av ulike auditive stimuli i forhold til resten tilstand. Bildene består av statistiske parametriske kart oppå høyoppløselige anatomiske bilder fra Sebrafink hjernen atlas ni. T-verdier er fargekodet i samsvar med denskala som vises i figuren, og kun voksler hvori t-test ble funnet å være signifikant (p <0,001) er vist.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

I denne rapporten beskriver vi en optimalisert protokoll for detaljert in vivo karakterisering av nevrale substrater av auditiv stimulering i bedøvede sebra finker.

I tråd med presenterte protokollen, de fleste av funksjonelle hjerneaktivitet hos dyr ved hjelp BOLD fMRI, anaesthetize dyrene under oppkjøpet. Opplæring dyr for å venne dem til magneten miljø og skanneren støy under studieopphold er også mulig, men ganske tidkrevende og utfordrende, og derfor sjelden brukt.

Selv om anestesi reduserer stress-induserte effekter på fysiologiske responser av interesse og forenkler dyr håndtering, dens effekt både på nevrale respons og på overføring funksjon mellom nevral aktivitet og BOLD respons målt i fMRI er en on-going og viktig forskningstema . Derfor effektene av anestesi på BOLD responsen under auditory stimulering i sebra finker ble undersøkt i vår lab to. Følgelig tre brukte bedøvelse i sebra finker - medetomodine, isofluran og uretan - opptrer på forskjellige nervesystemer, ble studert. Resultatene indikerte at auditiv stimulering resulterte i klare BOLD-svar med alle tre anestetika, men at små forskjeller inntraff mellom de tre reagenser i forhold til f.eks utvidelse av området av aktiveringen. Basert på resultatene av denne undersøkelsen, og på det faktum at isofluran er den mest vanlig bedøvelse i kliniske anvendelser som den har den store fordelen av å ha forholdsvis hurtig gjenvinning og mindre bivirkninger, og således har det høyeste potensial for bruk i longitudinelle studier, ble isofluran bedøvelsen av valget for Sebrafink fMRI ved vårt laboratorium.

I denne protokollen bruker vi spin-echo (SE) fMRI i stedet for den mer tradisjonelle gradient-ekko (GE) fMRI. Sammenlignet med GE fMRI, har SE fMRIden store fordelen av å gi signal til hele hjernen som det ikke er signal dropout i bildene. En annen fordel med SE BOLD fMRI er det bedre romlig spesifisitet 10,11. Faktisk, ved høyt magnetisk felt, er det intravaskulære komponenten av signalet SE BOLD reduseres (på grunn av en lengre TE) og den ekstravaskulære komponenten fra store fartøyer er undertrykt (ved 180 ° puls refokusert av SE MR-sekvens). Den SE BOLD-signalet domineres således av en nøyaktig ekstravaskulær signal som stammer fra små fartøy 12-14. Den viktigste begrensning av SE fMRI er dens relativt svak følsomhet, som krever optimalisert sekvenser og optimaliserte stimulering paradigmer. Kontrasten til støy-forhold (CNR) øker med feltstyrke 15. En lang TE øker også CNR, men kompromitterer signal-til-støy-forhold 12,13,15. Den optimale TE tilsvarer vanligvis en tid som er lik eller lengre enn den T 2 verdien av vevet. Vi har vist at det på 7T,en verdi TE 60 msek gir en CNR og et signal-til-støy-forhold er tilstrekkelig til å detektere signifikante forskjeller i fet responser utløst av forskjellige stimuli (Poirier, 2010).

Sammenlignet med GE T2 *-vektet kontrast, SE T2-vektet kontrast krever en lang TR (1,500-2,000 msek på 7T). For å kunne image 15 skiver, brukte vi en TR av 2000 millisekunder. For å holde oppkjøpet tid til en rimelig grense, SE MR sekvenser må skje raskere. Dette er vanligvis oppnås ved hjelp av ekko planar imaging (EPI) prøvetaking ordningen 10,16-19. Imidlertid induserer EPI bildefordreining som øker med størrelsen av det magnetiske feltet, og forurenser BOLD signal med T2 * effekter (noe som gjør signalet sterkere, men mindre spesifikk). EPI produserer også en veldig intens akustisk støy, noe som gjør det mindre relevant for bruk i å undersøke auditive stimuli. Dermed har vi brukt en sjelden sekvens med en matrise størrelse på 64 x 32, noe som resulterte i et oppkjøp tiden av 8 sek. Dette temporal Resolution er fortsatt kompatibel med den svake BOLD respons indusert av blokk design, men for treg til nøyaktig prøve den tiden løpet av BOLD respons eller å bruke event-relaterte design. Med denne sekvens, vi således oppnådde en ren T2-vektede SE signal, som er karakterisert ved en meget god romlig spesifisitet, sensitivitet en tilstrekkelig høy for å detektere BOLD differensielle responser og en tidsmessig oppløsning er kompatibel med den brukte stimulus paradigmet 20,21.

Fordeler og begrensninger ved bruk av fMRI i Songbirds

I løpet av de siste tiårene har fMRI blitt en av de mest populære Bildediagnostiske teknikker i klinisk kognitiv nevrovitenskap for studiet av hjernens aktivitet under ulike oppgaver som spenner fra enkle sensoriske-motor til svært kognitive oppgaver. I preklinisk forskning, er denne metoden er imidlertid fortsatt bare knapt brukt. Mangelen på fMRI eksperimenter utført i små dyr, og spesielt sangfugler hittil muligensrelaterer seg til det faktum at anestesi eller sedasjon er nødvendig for å oppnå fullstendig immobilisering av fagene (se diskusjon ovenfor). Derfor er dette ansett som den store ulempen med den teknikk og begrenser typen spørsmål som kan adresseres. Men selv om fMRI krever anestesi og BOLD signal i hovedsak reflekterer lokale felt potensialer og dermed skiller seg fra de aksjonspotensialer målt i elektrofysiologisk og umiddelbare tidlig genet (IEG) studier (f.eks 22), BOLD fMRI har bekreftet mange resultater oppnådd ved disse teknikkene.

Til dags dato de mest populære teknikkene i songbird nevrovitenskap er fortsatt aktivitet-avhengig uttrykk for IEG og elektrofysiologiske opptak av single-eller multi-unit aktivitet. Disse teknikkene dra nytte av en svært høy romlig oppløsning (5-30 mikrometer; cellenivå). De er imidlertid meget inngripende eller til og med dødelig. I tillegg er elektrofysiologiske teknikker begrenset av det antall lokationer som kan prøves i ett eksperiment og krever derfor a priori hypoteser om lokalisering av den neuronale substrat som er involvert i den undersøkte prosessen. I kontrast, tillater BOLD fmri en hel-hjerne tilnærming - med en romlig oppløsning på 250 mikrometer - og kan således anvendes for å utføre antagelsen-frie eksperimenter. Til slutt, og viktigst, gjør det mulig for ikke-invasiveness av MRI gjentatte langsgående tiltak på de samme fagene, som åpner et stort spekter av nye muligheter.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Ingen interessekonflikter erklært.

Acknowledgments

Denne forskningen ble støttet med tilskudd fra Research Foundation - Flandern (FWO, prosjekt Nr G.0420.02 og G.0443.11N), Hercules Foundation (tilskudd Nr AUHA0012), Samordnet Forskning Actions (GOA finansiering) fra Universitetet i Antwerpen, og delvis sponset av EU - FP6 prosjekt Dimi, LSHB-CT-2005-512146 og EC - FP6 prosjekt EMIL LSHC-CT-2004-503569 til A.VdL. G.DG og CP er postdoktorer av Research Foundation - Flandern (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/

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. 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).
  3. 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).
  4. 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).
  5. 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).
  6. 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).
  7. Poirier, C., Van der Linden, A. M. Spin echo BOLD fMRI on songbirds. Methods Mol. Biol. 771, 569-576 (2011).
  8. 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).
  9. Poirier, C., et al. A three-dimensional MRI atlas of the zebra finch brain in stereotaxic coordinates. Neuroimage. 41, 1-6 (2008).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. Poirier, C., et al. Own song selectivity in the songbird auditory pathway: suppression by norepinephrine. PloS ONE. 6, e20131 (2011).
  22. 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).

Tags

Atferd Neuroscience nevrobiologi molekylærbiologi medisin biofysikk fysiologi anatomi funksjonell MRI fMRI Magnetic Resonance Imaging MRI oksygentilførsel i blodet nivå avhengig fMRI BOLD fMRI Brain Songbird sebra finker, Auditiv stimulering stimuli dyremodell bildebehandling
Funksjonell Magnetic Resonance Imaging (fMRI) med auditiv stimulering i Songbirds
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Van Ruijssevelt, L., De Groof, G.,More

Van Ruijssevelt, L., De Groof, G., Van der Kant, A., Poirier, C., Van Audekerke, J., Verhoye, M., Van der Linden, A. Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) with Auditory Stimulation in Songbirds. J. Vis. Exp. (76), e4369, doi:10.3791/4369 (2013).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter