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Behavior

Resonancia magnética funcional (fMRI) con estimulación auditiva en Songbirds

Published: June 3, 2013 doi: 10.3791/4369
Automatic Translation
1, 1, 1, 1, 1, 1, 1
1Bio-Imaging Lab, University of Antwerp

Summary

En este artículo se muestra un procedimiento optimizado para obtener imágenes de los sustratos neurales de estimulación auditiva en el cerebro de un pájaro usando resonancia magnética funcional (fMRI). Se describe la preparación de los estímulos de sonido, el posicionamiento del sujeto y la adquisición y el análisis posterior de los datos de resonancia magnética funcional.

Abstract

La neurobiología del canto de los pájaros, como un modelo para el habla humana, es una zona marcada de la investigación en neurociencia conductual. Mientras que los enfoques de electrofisiología y moleculares permiten la investigación de cualquiera de los diferentes estímulos en pocas neuronas, o un estímulo en grandes partes del cerebro, el nivel de oxigenación de la sangre dependiente (BOLD), la resonancia magnética funcional (fMRI) permite combinar ambas ventajas, es decir, comparar la activación neural inducida por diferentes estímulos en todo el cerebro a la vez. fMRI en pájaros cantores es difícil debido al pequeño tamaño de sus cerebros y porque sus huesos y especialmente de su cráneo comprenden numerosas cavidades de aire, provocando importantes artefactos de susceptibilidad. Gradiente eco (GE) BOLD fMRI se ha aplicado con éxito a los pájaros cantores 1-5 (para una revisión, ver 6). Estos estudios se centraron en las áreas cerebrales auditivas primarias y secundarias, que son regiones libres de artefactos de susceptibilidad. Sin embargo, debido a proccesos de interés pueden producirse más allá de estas regiones, se requiere toda BOLD fMRI del cerebro usando una secuencia de MRI menos susceptibles a estos artefactos. Esto se puede lograr mediante el uso de eco de espín (SE) BOLD fMRI 7,8. En este artículo se describe cómo utilizar esta técnica en los pinzones cebra (Taeniopygia guttata), que son pequeños pájaros con un peso corporal de 15 a 25 g ampliamente estudiado en neurociencias del comportamiento de los pájaros. El tema principal de los estudios de resonancia magnética funcional en los pájaros cantores es la percepción de la canción y aprendizaje de la canción. La naturaleza auditiva de los estímulos combinados con la débil sensibilidad BOLD de SE (en comparación con GE) basadas en secuencias de resonancia magnética funcional hace que la aplicación de esta técnica muy difícil.

Protocol

1. Preparación de los estímulos auditivos

  1. Primera grabar el sonido-estímulos mientras se está reproduciendo en el interior del ánima del sistema MR 7T. El agujero es de un espacio confinado que puede distorsionar los estímulos auditivos que resultan en la mejora de ciertas frecuencias auditivas. Figura 1 muestra las frecuencias mejorado y suprimido como se muestra por nuestras grabaciones de ruido blanco hecho en la ubicación de la cabeza del ave dentro de la cavidad del imán utilizando un micrófono de fibra óptica (Optimic 1160, Optoacoustics). Para compensar esta mejora artificial, una función de ecualizador se aplica a cada estímulo usando software de WaveLab. Para nuestra configuración en particular, la función se compone de un núcleo gaussiano con los siguientes parámetros: la amplitud máxima:-20dB, centrada en 3750 Hz, anchura: 0,05 octavas (correspondiente a la gama de 2,500-5,000 Hz para nuestro sistema).
  2. Los estímulos de canciones se componen de varios motivos de canciones individuales de cada ave intercalados con períodos de silencio. El dración de estos períodos de silencio se ajusta para mantener la cantidad total de sonido y el silencio idénticas para todos los estímulos. Esta construcción conserva la variabilidad intra-individual e inter-individual natural de duración de la canción. La longitud total de cada estímulo es 16 seg. La intensidad de cada canción se normaliza en términos de emparejado raíz cuadrada de la media y filtrado paso alto a 400 Hz antes de ser integrado en el estímulo completa (canción y períodos de silencio). Estas manipulaciones se realizaron utilizando el software Praat.
  3. El experimento consiste en un ON / OFF de diseño alternando periodos de estimulación auditiva bloque (en los bloques) con períodos de reposo (apagado bloques) (Figura 2). Cada bloque (ON y OFF) dura 16 segundos, que corresponde al tiempo de adquisición de imágenes 2 (ver más abajo para la adquisición). Cada tipo de estímulo se presenta 25 veces, lo que resulta en la adquisición de 50 imágenes por estímulo y por sujeto. El orden de presentación de las condiciones que debe ser al azar dentro y entresujetos. Esta orden aleatorio de los estímulos puede ser codificado en el software de presentación.

2. Asunto Preparación

2.1 Sujeto y el tamaño del grupo

Aquí presentamos un protocolo adaptado específicamente para el uso de (adulto) pinzones cebra. La elección de la especie depende de la pregunta científica. Sin embargo, otras consideraciones como la robustez de aves a la anestesia también pueden tenerse en cuenta. Zebra pinzones (Taeniopygia guttata) deben ser alojados en aviarios bajo una luz de 12 horas: 12 horas de oscuridad y tener acceso a alimentos y agua ad libitum durante todo el estudio. El número mínimo de personas por experimento es 15. Este número tiene en cuenta la sensibilidad de la fMRI de espín-eco y la variabilidad inter-individual natural de los fenómenos biológicos medidos en el experimento.

2.2 Instalación de la instalación y preparación del animal

(Para la especificaciónde los equipos utilizados, nos referimos a la lista de reactivos y equipos específicos al final de este artículo)

  1. Instale la máscara de pico en la cama de un sistema MRI MR 7T y conectarlo al dispositivo de control de gas con tubos de plástico. Abra las botellas de gas de nitrógeno y oxígeno y conectar el dispositivo de control de gas (oxígeno Caudal: 200 cc / min; nitrógeno: 400 cc / min).

Como se mencionó anteriormente, un sistema de RM 7T se utiliza en la configuración presentada. Otros sistemas de MR con diferentes intensidades de campo son también posibles, pero al 7T se alcanza un buen compromiso entre la relación de señal-a-ruido y el grado de artefactos de susceptibilidad (véase la discusión). A intensidades de campo más altas, la relación de señal-a-ruido aumentará junto con el grado de artefactos de susceptibilidad.

  1. Encienda el sistema controlado por retroalimentación y el dispositivo de flujo de aire caliente.
  2. Anestesiar el pinzón cebra con el 3% de isoflurano en una mezcla de oxígeno y nitrógeno mediante la introducción de su picoen la máscara y mantener la cabeza hacia abajo hasta que el ave está totalmente anestesiado. Esto puede ser verificada mediante tirando suavemente el pie: cuando el ave está completamente sedado el pie no se retraerá por el ave. Además, los ojos de las aves serán parcialmente cerrados.
  3. Introducir la sonda de temperatura cloacal para detectar la temperatura del cuerpo y controlar el ritmo de la respiración mediante la colocación de un sensor neumático debajo del vientre pinzón cebra. Cierre la chaqueta para frenar el cuerpo del ave (Figura 3).
  4. Mantener la tasa de respiración dentro del rango 40 - 100 respiraciones por minuto y mantener constante la temperatura corporal dentro de un estrecho rango de 40 ± 0,5 ° C. Cuando el rango de la respiración es demasiado baja / alta, ajuste el nivel de la anestesia (% isoflurano) en consecuencia. Cuando el problema persiste, el experimento debe ser detenido y el animal retira de la configuración con el fin de recuperar.
  5. Coloque los altavoces dinámicos no magnéticos en ambos lados de la cabeza y con pinzón cebraellos conecte al amplificador. Asegúrese de que los cables de los altavoces son dirigidos lejos de la sonda de temperatura, ya que puede influir en la lectura de la temperatura cuando se acerca demasiado.
  6. Coloque la bobina RF de superficie en la parte superior de la cabeza y el pinzón posición del pinzón cebra en el centro del imán (y de forma automática el centro de la bobina de transmisión, que está situado en el centro del imán) cebra.
  7. Reducir el nivel de anestesia a 1,5% de isoflurano mezclado con oxígeno y nitrógeno.

3. Adquisición de Datos

  1. Adquirir un conjunto de 1 sagital, 1 horizontal y 1 image explorador (GE) de eco de gradiente coronal (tri-piloto de la secuencia) y conjuntos de imágenes multi-corte horizontal, coronal y sagital (pilotaje en T2 adquisición rápida relajación mejorada ( RARO) secuencia SE) para determinar la posición del cerebro en el imán (Figura 4).
  2. Reducir el ruido de los gradientes aumentando sus tiempos de rampa a 1000 ms.
    3. <li> Preparar la secuencia de fMRI: RARE secuencia T 2 ponderada, eficaz TE: 60 ms, TR: 2000 ms, el factor RARE: 8, FOV: 16 mm, tamaño de la matriz: 64 x 32, orientación: sagital, grosor de corte: 0,75 mm, Inter-slice espesor de cámara: 0,05 mm, 15 rebanadas cubren casi todo el cerebro (Figura 4).
  3. Seleccione el protocolo auditiva (estímulos auditivos y el calendario de entrega de estímulo) en el software de presentación. Este protocolo consiste en una secuencia de comandos - para la iniciación de estímulos auditivos específicos - que se ejecutan en un escaneo de número específico. En cada repetición de la secuencia de resonancia magnética funcional, el software del escáner enviará un disparador para el software de presentación auditiva que a su vez registra el número de exploración y ejecuta el comando correspondiente.
  4. Para asegurarse de que el software de presentación auditiva no se le escapa ningún disparo desde el escáner, el protocolo auditiva se inicia por primera vez. Una vez que el protocolo está completamente cargado, se inicia la secuencia de resonancia magnética funcional.
  5. Cada experimento fMRI es precedida por la adquisición de 12 imágenes ficticias para permitir que la señal atribuida al ruido del escáner para llegar a un estado estable antes de comenzar la estimulación auditiva.
  6. Después de la adquisición de cero a llenar los datos a 64 x 64.
  7. Echa un primer vistazo (preliminar) de los resultados utilizando la herramienta funcional de Paravision (opcional Processing / Imágenes Funcionales). Calcular la respuesta BOLD diferencial entre todos en los bloques y la línea de base (OFF bloques). Este análisis da una primera indicación de la calidad del experimento. Si la activación no se ve en las áreas auditivas primarias en esta etapa, el ave tenía probablemente no escuchar / procesa los estímulos auditivos debido a problemas técnicos con la presentación del estímulo, nivel de anestesia, etc La configuración debe ser verificada y la medición repetida.
  8. Ejecutar una secuencia RARE 3D anatómica en T2 en la misma orientación que las resonancias magnéticas anteriores y con TE efectiva: 60 ms, TR: 2000 ms, el factor RARE: 8, FOV: 16 mm, tamaño de la matriz: 256 x 128 x 64.
  9. Cero-llenar los datos a 256 x 256 x 256.
  10. Tome el pinzón cebra de la cama MRI y dejar que se recupere de la anestesia en una jaula en una luz roja. Normalmente, la recuperación de un pinzón cebra después de la anestesia con isoflurano va relativamente rápido (máximo 5 minutos). Después de sólo unos minutos, los pájaros van a tratar de ponerse de pie y una vez que está totalmente recuperado del ave, que se posan en una rama en vez de sentarse en la parte inferior de la jaula. La duración de la anestesia es de aproximadamente 2 h durante el presente experimento. El tiempo máximo de la anestesia isoflurano aplica a los pinzones cebra en nuestro laboratorio es de 6 horas, después de lo cual las aves también se recuperaron dentro de los 5 min.

4. Proceso de datos

  1. Convertir el MR-data en Analizar o en formato Nifti.
  2. Debido a SPM ha sido desarrollado para procesar datos de la fMRI adquiridos en los seres humanos, que es para los voxels de alrededor de 2 mm. Numerosos ajustes SPM se adaptan a este tamaño voxel aproximada. Si uno no wANT para cambiar todos estos parámetros, la forma más sencilla de proceder es aumentar artificialmente el tamaño de voxel de datos de la fMRI aves. Ajuste el tamaño de voxel en la cabecera de multiplicar el tamaño de voxel real por 10 usando MRIcro. Cabe señalar, que tal ajuste no influye en los datos en sí misma, sin remuestreo o cualquier otra modificación se aplica a los datos.

Una alternativa a esto es el uso de 'SPMMouse ", que es una caja de herramientas que permite SPM para abrir y analizar archivos de cualquier dimensión voxel. La herramienta permite a los GDS 'cerebros' de vidrio que se crean a partir de cualquier imagen y ajusta automáticamente las escalas de longitud por defecto basados ​​en los encabezados de los archivos de imagen o datos introducidos por el usuario. Por lo tanto, esta caja de herramientas funciona en el sentido contrario de lo que nos proponemos. En lugar de cambiar el tamaño de voxel de las imágenes que se ajustan en SPM, la configuración predeterminada de SPM se cambian el uso de imágenes con diferentes tamaños de voxel.

  1. Vuelva a alinear los datos de la fMRI. Co-registro del conjunto de datos anatómicos en 3D para tque series de tiempo fMRI. Normalizar los datos en 3D (y la serie temporal fMRI co-registrado) el pinzón cebra resonancia magnética del cerebro atlas. Aplicar la matriz de transformación para el conjunto de datos fMRI. Todo esto se puede hacer usando Estadística Parametric Mapping (SPM) 8 software.
  2. Suavizar los datos con un ancho de 0,5 mm de núcleo gaussiano utilizando SPM8.
  3. Llevar a cabo análisis estadísticos basados ​​en voxel utilizando SPM8. Modelo de los datos como un cuadro-car (sin función de respuesta hemodinámica). Estimar los parámetros del modelo con el restringido algoritmo clásico de máxima verosimilitud. Calcule el efecto medio de cada estímulo auditivo en cada materia (análisis de efectos fijos) y luego calcular las estadísticas de los deseados grupo de análisis (análisis de efectos mixtos).
  4. Proyectar el mapa estadístico paramétrico en el pinzón cebra atlas (Figura 5) 9 en SPM8 para localizar las activaciones funcionales (Figura 6).

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Representative Results

Nosotros aquí presentamos visualmente una secuencia optimizada de los procedimientos de formación de imágenes exitosa de sustratos neurales de los estímulos auditivos en el cerebro del pinzón cebra. En primer lugar, el procedimiento descrito para la preparación de los estímulos auditivos resultados en los estímulos que se puede incorporar en un ON / OFF paradigma bloque (Figura 2) y que se normalizan para eliminar las posibles diferencias en nivel de presión de sonido que podría evocar una respuesta diferencial en el cerebro . Después de preparar el pinzón cebra para el escaneo MRI y posicionarla en el orificio del imán (Figura 1), fMRI puede ser adquirido. Además, una imagen de alta resolución en 3D se toma con el fin de normalizar los datos en el pinzón cebra atlas 9. Por último, el análisis de pre-procesamiento y estadístico de los datos permite la visualización de los resultados obtenidos (Figura 6).

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Figura 1. Espectrogramas de ruido blanco registrados a fin de establecer bandas de frecuencias que se han mejorado / suprimidos dentro del imán parió. A. El ruido blanco fuera de la cavidad del imán. B. El ruido blanco registrado en la ubicación de la cabeza del ave dentro de la cavidad del imán. C. Blanca el ruido después de la aplicación de la función de ecualizador para corregir las bandas de frecuencia mejoradas / supresión.

La figura 2
Figura 2. Descripción general de la ON / OFF paradigma de bloque en el que los períodos de estimulación auditiva se alternan con períodos de descanso. Cada bloque (estímulo / resto) dura 16 segundos durante el cual se adquieren imágenes 2. Los diferentes estímulos consisten en motivos representativos de canto de los pájaros u otros tipos de sonidodependiendo del experimento. Estos motivos se concatenan y se intercalan con períodos de silencio y la duración de los períodos de silencio se ajusta para mantener la cantidad total de sonido y el silencio idénticas para todos los estímulos.

Figura 3
Figura 3. . Configuración para fMRI auditiva en pequeños pájaros cantores A. cama animal Recuadro:. Vista general esquemática detallada de la colocación del ave en la cama de los animales el escáner: B. cabeza de bobina de RF, C. Pico máscara con D. suministro de gas anestésico, E. auriculares no magnéticos, F. sensor almohada neumática para controlar la velocidad de respiración, G. sonda de temperatura cloacal, H. sistema de calefacción controlado retroalimentación para mantener el cuerpotemperatura del establo de aves durante la medición. Haz clic aquí para ver más grande la figura .

Figura 4
La Figura 4. Geometría de la rebanada por imágenes fMRI del cerebro completo. Composición de capturas de pantalla de editor de la geometría en el software Paravision. Imágenes transversales pilotaje RARE sagital y coronal Previamente adquiridos se utilizan para definir la orientación del sector para la exploración fMRI.

La figura 5
Figura 5. Vista lateral de una representación 3D del hemisferio izquierdo con las estructuras delimitadas del pinzón cebra atlas 9, proyectado en su segmento medio sagital. El código de colores de los núcleos delineado se presenta a la derecha. Estos delineatestructuras ed forman parte de la vía motora vocal: HVC, núcleo robustus arcopallii (RA), NXII pars tracheosyringealis (nXIIts), la vía de cerebro anterior anterior: núcleo magnocelular pars lateralis lateralis (LMAN), zona X (X), el sistema auditivo: campo L, núcleo ovoidalis (Ov), núcleo mesencephalicus lateralis pars dorsalis (MLD); el sistema olfativo: bulbo olfatorio (OB), y el sistema visual: núcleo entopalliallis (E), tectum opticum (TEO).

La figura 6
La Figura 6. Ejemplo de una respuesta BOLD fMRI en la región auditiva primaria, Campo L y regiones auditivas secundarias adyacentes evocados por diferentes estímulos auditivos en comparación con el estado de reposo. Las imágenes consisten en mapas estadísticos paramétricos superpuestos en las imágenes anatómicas de alta resolución del cerebro del pinzón cebra atlas 9. T-valores están codificados por colores según elescala representada en la figura y sólo los voxels en la que se encontró que la prueba de la t para ser significativa (p <0,001) se muestran.

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Discussion

En este reporte se describe un protocolo optimizado para la detallada caracterización in vivo de sustratos neurales de estimulación auditiva en los pinzones cebra anestesiados.

De acuerdo con el protocolo presentado, la mayoría de los estudios de activación cerebral funcionales en animales utilizando fMRI BOLD, anestesiar a los animales durante la adquisición. Animales de capacitación para acostumbrarlos al entorno imán y el ruido del escáner durante los períodos de estudio también es posible, sino que consume tiempo y difícil y por lo tanto rara vez utilizado.

Aunque la anestesia minimiza los efectos inducidos por el estrés en las respuestas fisiológicas de interés y facilita la manipulación de los animales, su efecto tanto en la respuesta de los nervios y en la función de transferencia entre la actividad neuronal y la respuesta BOLD fMRI es medido en un tema de investigación en curso e importante . Por lo tanto, los efectos de la anestesia sobre la respuesta BOLD durante audestimulación itory en pinzones cebra se investigaron en el laboratorio 2. En consecuencia, tres anestésicos utilizados en los pinzones cebra - medetomodine, isoflurano y uretano - que actúan sobre diferentes sistemas de neurotransmisores, se estudiaron. Los resultados indicaron que la estimulación auditiva resultó en BOLD respuestas claras con todos los tres anestésicos, pero que las ligeras diferencias ocurrieron entre los tres reactivos en relación con, por ejemplo, la extensión de la zona de activación. Basándose en los resultados de este estudio y en el hecho de que el isoflurano es el anestésico más común en las aplicaciones clínicas, ya que tiene la gran ventaja de tener recuperación relativamente rápida y los efectos secundarios de menor importancia y por lo tanto tiene el potencial más alto para su uso en estudios longitudinales, isoflurano se convirtió el anestésico de elección para el pinzón cebra fMRI en nuestro laboratorio.

En este protocolo se utiliza resonancia magnética funcional de eco de espín (SE) en lugar de la (GE) fMRI de eco de gradiente más tradicional. En comparación con GE fMRI, SE fMRI tienela gran ventaja de proporcionar la señal a todo el cerebro ya que no hay pérdida de la señal en las imágenes. Otra ventaja de SE BOLD fMRI es su mejor especificidad espacial 10,11. En efecto, en alto campo magnético, se reduce el componente intravascular de la señal BOLD SE (debido a un largo TE) y el componente extravascular a partir de grandes vasos se suprime (por el 180 ° reorientación de pulso de la secuencia de resonancia magnética SE). La señal BOLD SE es, pues, dominado por una señal extravascular precisa proveniente de los pequeños vasos 12-14. La principal limitación de SE fMRI es su sensibilidad relativamente débil, lo que requiere secuencias optimizadas y paradigmas de estimulación optimizados. El contraste a ruido (CNR) aumenta con la intensidad de campo 15. Una larga TE también aumenta la CNR, pero compromete la relación de señal-a-ruido 12,13,15. El TE óptima por lo general corresponde a un tiempo igual o más largo que el valor de T 2 de los tejidos. Hemos demostrado que, en 7T,un valor TE de 60 ms proporciona una CNR y una relación de señal-a-ruido suficiente para detectar diferencias significativas en las respuestas BOLD desencadenadas por diferentes estímulos (Poirier, 2010).

En comparación con GE T2 * ponderado contrario, SE contraste T2 requiere un largo TR (1.500-2.000 ms en 7T). Para ser capaz de imagen 15 rebanadas, se utilizó un TR de 2.000 mseg. Para mantener el tiempo de adquisición en un límite razonable, SE secuencias de RM deben acelerarse. Esto se consigue normalmente utilizando el eco planar (EPI) esquema de muestreo 10,16-19. Sin embargo, el EPI induce distorsiones de imagen que aumentan con la magnitud del campo magnético, y contamina la señal BOLD con efectos T2 * (haciendo que la señal más fuerte, pero menos específica). EPI también produce un ruido acústico muy intensa, lo que es menos relevante para el uso en la investigación de estímulos auditivos. Por lo tanto se utilizó una secuencia RARE con un tamaño de matriz de 64 x 32, lo que resultó en un tiempo de adquisición de 8 seg. Este resoluc temporalión sigue siendo compatible con la respuesta BOLD lento inducido por diseños de bloque, pero demasiado lento para probar con precisión la evolución en el tiempo de la respuesta BOLD o de usar diseños relacionados con eventos. Con esta secuencia, hemos obtenido de este modo una señal SE ponderada en T2 puro, que se caracteriza por una muy buena especificidad espacial, una sensibilidad suficientemente alta para detectar BOLD respuestas diferenciales y una resolución temporal compatible con el paradigma estímulo utilizado 20,21.

Ventajas y limitaciones del uso de fMRI en Songbirds

Durante las últimas décadas, fMRI se ha convertido en una de las técnicas de neuroimagen más populares en neurociencia clínica cognitiva para el estudio de la actividad cerebral durante las diversas tareas que van desde la simple sensorio-motor para tareas altamente cognitivas. En la investigación preclínica, este método es, sin embargo, todavía se utiliza sólo apenas. La escasez de experimentos de resonancia magnética funcional completa en pequeños animales y pájaros cantores en particular, hasta la fecha, posiblemente,se relaciona con el hecho de que la anestesia o sedación se requiere para lograr la completa inmovilización de los sujetos (véase la discusión anterior). Por lo tanto, se considera el principal inconveniente de la técnica y restringe el tipo de preguntas que se pueden abordar. Sin embargo, a pesar de fMRI requiere anestesia y la señal BOLD refleja principalmente los potenciales de campo locales y por lo tanto se diferencia de los potenciales de acción se miden en gen temprano inmediato y electrofisiológico (IEG) estudios (22), BOLD fMRI ha confirmado muchos de los resultados obtenidos por estas técnicas.

Hasta la fecha, las técnicas más populares en songbird neurociencia siguen siendo expresión dependiente de la actividad de las grabaciones del IEG y electrofisiológicos de la actividad de una o varias unidades. Estas técnicas se benefician de una muy alta resolución espacial (5-30 micras; nivel celular). Sin embargo, son altamente invasiva o incluso letal. Además, las técnicas electrofisiológicas están limitadas por el número de locationes que pueden ser incluidos en la muestra en un experimento y por lo tanto requieren una hipótesis a priori acerca de la localización del sustrato neuronal implicada en el proceso investigado. Por el contrario, BOLD fMRI permite un enfoque de todo el cerebro - con una resolución espacial de 250 m - y por lo tanto se puede utilizar para llevar a cabo experimentos suposición libres. Por último y lo más importante, la no invasividad de la RM permite medidas longitudinales repetidas sobre los mismos temas, lo que abre un gran abanico de nuevas posibilidades.

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Disclosures

No hay conflictos de interés declarado.

Acknowledgments

Esta investigación fue financiada por becas de la Fundación de Investigación - Flandes (FWO, proyecto N º G.0420.02 y G.0443.11N), la Fundación Hércules (subvención Nr AUHA0012), acciones concertadas de investigación (financiación GOA) de la Universidad de Amberes, y en parte patrocinado por la CE - 6PM proyecto Dimi, LSHB-CT-2005 hasta 512146 y CE - 6PM proyecto EMIL LSHC-CT-2004-503569 de A.VdL. G.DG y CP son Postdoctorales de la Fundación de Investigación - Flandes (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).

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Resonancia magnética funcional (fMRI) con estimulación auditiva en Songbirds
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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).

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