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Behavior

Songbirds में श्रवण उत्तेजना के साथ कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (fMRI)

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

Summary

यह लेख कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (fMRI) का उपयोग songbird मस्तिष्क में श्रवण उत्तेजना के तंत्रिका substrates की इमेजिंग के लिए एक अनुकूलित प्रक्रिया से पता चलता है. यह ध्वनि उत्तेजनाओं, विषय की स्थिति और fMRI डेटा के अधिग्रहण और बाद के विश्लेषण की तैयारी का वर्णन करता है.

Abstract

birdsong के तंत्रिका जीव विज्ञान, मानव भाषण के लिए एक मॉडल के रूप में, व्यवहार तंत्रिका विज्ञान में अनुसंधान के लिए एक स्पष्ट क्षेत्र है. इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी और आणविक दृष्टिकोण कुछ न्यूरॉन्स, या मस्तिष्क, निर्भर रक्त oxygenation स्तर (बोल्ड) कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (fMRI) के बड़े हिस्से में एक उत्तेजना पर या तो विभिन्न उत्तेजनाओं की जांच दोनों फायदे के संयोजन की अनुमति देता है की अनुमति है, जबकि तंत्रिका सक्रियण तुलना यानी एक ही बार में पूरे मस्तिष्क में विभिन्न उत्तेजनाओं से प्रेरित. songbirds में fMRI क्योंकि उनके दिमाग के छोटे आकार की और उनकी हड्डियों क्योंकि चुनौती दे रहा है और विशेष रूप से उनकी खोपड़ी महत्वपूर्ण संवेदनशीलता कलाकृतियों उत्प्रेरण, कई हवा cavities को शामिल. ढाल गूंज (जीई) बोल्ड fMRI का सफलतापूर्वक songbirds 1-5 (एक समीक्षा के लिए, 6 देखें) करने के लिए लागू किया गया है. इन अध्ययनों संवेदनशीलता कलाकृतियों से मुक्त क्षेत्र है जो प्राथमिक और माध्यमिक श्रवण मस्तिष्क क्षेत्रों पर ध्यान केंद्रित किया. हालांकि, क्योंकि procब्याज की esses इन क्षेत्रों से परे हो सकता है, पूरे मस्तिष्क बोल्ड fMRI के इन कलाकृतियों को कम करने के लिए अतिसंवेदनशील एक एमआरआई अनुक्रम का उपयोग करने की आवश्यकता है. इस स्पिन गूंज (एसई) बोल्ड fMRI 7,8 का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है. इस अनुच्छेद में, हम बड़े पैमाने पर birdsong के व्यवहार न्यूरो में अध्ययन 15-25 ग्राम के एक वजन के साथ छोटे songbirds हैं जो ज़ेबरा फिन्चेस में इस तकनीक (Taeniopygia guttata), का उपयोग करने का वर्णन कैसे. songbirds पर fMRI अध्ययन का मुख्य विषय गीत की धारणा और गाना सीख रहा है. एसई के कमजोर बोल्ड संवेदनशीलता (जीई की तुलना में) आधारित fMRI के दृश्यों को इस तकनीक के कार्यान्वयन बहुत चुनौतीपूर्ण बना देता है के साथ संयुक्त उत्तेजनाओं के श्रवण प्रकृति.

Protocol

1. श्रवण उत्तेजनाओं की तैयारी

  1. 7T एमआर प्रणाली के बोर के अंदर खेला जा रहा है, जबकि ध्वनि उत्तेजनाओं रिकॉर्ड पहले. बोर कुछ श्रवण आवृत्तियों की वृद्धि में जिसके परिणामस्वरूप श्रवण उत्तेजनाओं विकृत कर सकते हैं कि एक सीमित स्थान है. चित्रा 1 बढ़ाया और के रूप में चुंबक के भीतर पक्षी के सिर के स्थान पर बने सफेद शोर के बारे में हमारी रिकॉर्डिंग से पता चला दबा आवृत्तियों का उपयोग कर एक बोर से पता चलता है फाइबर ऑप्टिक माइक्रोफोन (Optimic 1160, Optoacoustics). इस कृत्रिम वृद्धि की भरपाई करने के लिए, एक तुल्यकारक समारोह WaveLab सॉफ्टवेयर का उपयोग कर प्रोत्साहन के लिए लागू किया जाता है. अधिकतम आयाम: हमारे विशेष स्थापना के लिए, समारोह निम्नलिखित मानकों के साथ एक गाऊसी कर्नेल के होते-20dB: 0.05 सप्तक (हमारे सिस्टम के लिए सीमा 2,500-5,000 हर्ट्ज के लिए इसी) 3,750 हर्ट्ज, चौड़ाई पर केन्द्रित.
  2. गीत उत्तेजनाओं मौन के समय के साथ interleaved प्रत्येक पक्षी के कई व्यक्तिगत गीत रूपांकनों से बना रहे हैं. घइन मूक अवधि के uration ध्वनि और सभी उत्तेजनाओं से अधिक समान चुप्पी की कुल राशि रखने के लिए निकाला जाता है. इस निर्माण गीत लंबाई के प्राकृतिक अंतर व्यक्तिगत और अंतर - व्यक्तिगत परिवर्तनशीलता का संरक्षण. प्रत्येक उत्तेजना की कुल लंबाई 16 सेकंड है. प्रत्येक गीत की तीव्रता के संदर्भ में सामान्यीकृत है पूरा प्रोत्साहन (गीत और चुप अवधि) में एकीकृत किया जा रहा से पहले 400 हर्ट्ज पर फ़िल्टर किया रूट मतलब वर्ग और उच्च पास मिलान. ये जोड़तोड़ Praat सॉफ्टवेयर का उपयोग किया जाता है.
  3. प्रयोग पर आराम / अवधि (ब्लॉक रवाना) (चित्रा 2) के साथ ब्लॉक डिजाइन बारी श्रवण उत्तेजना अवधि (ब्लॉक पर) बंद एक के होते हैं. प्रत्येक ब्लॉक (बंद और पर) 2 छवियों के अधिग्रहण के समय (अधिग्रहण के लिए नीचे देखें) से मेल खाती है जो 16 सेकंड तक रहता है. प्रत्येक उत्तेजना प्रकार प्रोत्साहन प्रति और विषय के प्रति 50 छवियों के अधिग्रहण में है, जिसके परिणामस्वरूप 25 बार प्रस्तुत किया है. शर्तों की प्रस्तुति के क्रम के भीतर और बीच बेतरतीब होना चाहिएविषयों. उत्तेजनाओं के इस यादृच्छिक क्रम प्रस्तुति सॉफ्टवेयर में कोडित किया जा सकता है.

2. विषय की तैयारी

2.1 विषय और समूह आकार

यहाँ हम विशेष रूप से (वयस्क) ज़ेबरा फिन्चेस के उपयोग के लिए अनुकूलित एक प्रोटोकॉल उपस्थित थे. प्रजातियों के चुनाव वैज्ञानिक सवाल पर निर्भर करता है. हालांकि, संज्ञाहरण के लिए पक्षी मजबूती जैसे अन्य कारणों से भी ध्यान में रखा जा सकता है. ज़ेबरा फिन्चेस (Taeniopygia guttata) एक 12 घंटा प्रकाश के तहत aviaries में रखा जाना चाहिए: 12 घंटे अंधेरे photoperiod और अध्ययन के दौरान भोजन और पानी यथेच्छ लिए उपयोग किया है. प्रयोग के प्रति व्यक्तियों की न्यूनतम संख्या 15 है. इस संख्या को ध्यान में स्पिन गूंज fMRI और प्रयोग में मापा जैविक घटना की प्राकृतिक अंतर - व्यक्तिगत परिवर्तनशीलता की संवेदनशीलता लेता है.

2.2 सेटअप की स्थापना और पशुओं की तैयारी

(विवरण के लिएइस्तेमाल उपकरणों की, हम) इस लेख के अंत में विशिष्ट अभिकर्मकों और उपकरणों की सूची देखें

  1. एक 7T एमआर प्रणाली की एमआरआई बिस्तर पर चोंच मुखौटा स्थापित करें और प्लास्टिक की ट्यूब के साथ गैस नियंत्रक डिवाइस से कनेक्ट. ऑक्सीजन और नाइट्रोजन गैस की बोतलों और गैस नियंत्रक डिवाइस (:;: 400 सीसी / मिनट नाइट्रोजन 200 सीसी / मिनट प्रवाह दर ऑक्सीजन) पर स्विच दोनों खोलें.

जैसा कि ऊपर कहा, एक 7T एमआर प्रणाली प्रस्तुत सेटअप में प्रयोग किया जाता है. विभिन्न क्षेत्र ताकत के साथ अन्य एमआर सिस्टम भी संभव हो रहे हैं, लेकिन 7T पर एक अच्छा समझौता संकेत करने वाली शोर अनुपात और संवेदनशीलता कलाकृतियों की डिग्री (चर्चा देखने के लिए) के बीच पहुंच गया है. उच्च क्षेत्र ताकत में संकेत करने वाली शोर अनुपात संवेदनशीलता कलाकृतियों की डिग्री के साथ एक साथ वृद्धि होगी.

  1. प्रतिक्रिया नियंत्रित प्रणाली और गर्म airflow के डिवाइस पर स्विच करें.
  2. अपनी चोंच शुरू करने से ऑक्सीजन और नाइट्रोजन का एक मिश्रण में isoflurane 3% के साथ ज़ेबरा चिड़िया बेहोश करनानकाब में और पक्षी पूरी तरह anesthetised है जब तक सिर नीचे पकड़े. यह धीरे पैर खींच द्वारा सत्यापित किया जा सकता: पक्षी पूरी तरह से बेहोश है जब पैर पक्षी से मुकर नहीं किया जाएगा. इसके अलावा, पक्षी की आंखों को आंशिक रूप से बंद कर दिया जाएगा.
  3. ज़ेबरा चिड़िया पेट के नीचे एक साँस का सेंसर रखने से शरीर का तापमान स्क्रीन और साँस लेने की दर पर नजर रखने के cloacal तापमान जांच का परिचय दें. पक्षी के शरीर (चित्रा 3) को नियंत्रित करने के लिए जैकेट बंद करें.
  4. 40 की सीमा के भीतर सांस लेने की दर को बनाए रखें - प्रति मिनट 100 साँस और 40 ± 0.5 डिग्री सेल्सियस के एक सीमित दायरे के भीतर शरीर के तापमान को स्थिर रखने के सांस लेने की सीमा भी उच्च / कम हो गया है, उसके अनुसार संज्ञाहरण (isoflurane%) के स्तर को समायोजित. यदि समस्या बनी रहती है, जब प्रयोग ठीक करने के क्रम में बंद कर दिया और जानवरों की स्थापना से हटा दिया जाना चाहिए.
  5. ज़ेबरा चिड़िया सिर और चुनाव के दोनों तरफ गैर चुंबकीय गतिशील वक्ताओं स्थित करेंएम्पलीफायर उन्हें nect. बहुत करीब है जब यह पढ़ने के तापमान को प्रभावित कर सकते हैं क्योंकि वक्ताओं का तार, तापमान जांच से दूर का नेतृत्व कर रहे हैं सुनिश्चित करें.
  6. ज़ेबरा चिड़िया सिर और चुंबक (और चुंबक के बीच में स्थित है जो संचारित कुंडली के स्वतः केंद्र) के केंद्र में स्थिति ज़ेबरा चिड़िया के शीर्ष पर सतह आरएफ कुंडल रखें.
  7. ऑक्सीजन और नाइट्रोजन के साथ मिश्रित isoflurane के 1.5% के लिए संज्ञाहरण स्तर कम करें.

3. डाटा अधिग्रहण

  1. 1 क्षैतिज 1 बाण के समान है, और 1 राज्याभिषेक ढाल गूंज (जीई) स्काउट छवि (सप्ताह में तीन पायलट अनुक्रम) और, क्षैतिज राज्याभिषेक और बाण के समान बहु - टुकड़ा छवियों (टी (2 भारित तेजी से अधिग्रहण छूट बढ़ाकर विमान का संचालन के सेट का एक सेट मोल दुर्लभ) एसई अनुक्रम) चुंबक में मस्तिष्क (चित्रा 4) की स्थिति निर्धारित करने के लिए.
  2. 1000 μs को उनके रैंप गुना वृद्धि से ढ़ाल के शोर में कमी.
    3. <दुर्लभ टी 2 भारित अनुक्रम, ते प्रभावी: 60 मिसे, टी.आर.: 2,000 मिसे, दुर्लभ पहलू: 8, FOV: 16 मिमी, मैट्रिक्स का आकार: 64 x 32, अभिविन्यास: बाण के समान, टुकड़ा मोटाई: 0.75 ली> fMRI के अनुक्रम तैयार मिमी, इंटर टुकड़ा अंतराल मोटाई: 0.05 मिमी, लगभग पूरे मस्तिष्क (चित्रा 4) को कवर 15 स्लाइस.
  3. प्रस्तुति सॉफ्टवेयर में श्रवण प्रोटोकॉल (श्रवण उत्तेजनाओं और प्रोत्साहन प्रसव के समय) का चयन करें. इस प्रोटोकॉल के आदेशों के एक दृश्य के होते हैं - एक विशिष्ट स्कैन संख्या में क्रियान्वित कर रहे हैं - जो विशिष्ट श्रवण उत्तेजनाओं की दीक्षा के लिए. FMRI के अनुक्रम में हर पुनरावृत्ति पर, स्कैनर सॉफ्टवेयर बारी में स्कैन संख्या रजिस्टरों और इसी आदेश निष्पादित करता है जो श्रवण प्रस्तुति सॉफ्टवेयर के लिए एक ट्रिगर भेज देंगे.
  4. श्रवण प्रस्तुति सॉफ्टवेयर स्कैनर से किसी ट्रिगर याद नहीं है यह सुनिश्चित करने के लिए, श्रवण प्रोटोकॉल पहले शुरू की है. प्रोटोकॉल पूरी तरह से भरी हुई है एक बार, fMRI के अनुक्रम शुरू कर दिया है.
  5. प्रत्येक fMRI का प्रयोग संकेत श्रवण उत्तेजना शुरू करने से पहले एक स्थिर अवस्था तक पहुँचने के लिए स्कैनर शोर को जिम्मेदार ठहराया अनुमति देने के लिए 12 डमी छवियों के अधिग्रहण से पहले है.
  6. अधिग्रहण के बाद 64 एक्स 64 को डेटा शून्य को भरने.
  7. Paravision के कार्यात्मक उपकरण (विकल्प प्रसंस्करण / कार्यात्मक इमेजिंग) का उपयोग कर परिणाम में पहली बार एक (प्रारंभिक) देख लो. ब्लॉक और आधारभूत (ब्लॉक बंद) पर सब के बीच अंतर बोल्ड प्रतिक्रिया की गणना. इस विश्लेषण के प्रयोग की गुणवत्ता का एक पहला संकेत देता है. कोई सक्रियण इस स्तर पर प्राथमिक श्रवण क्षेत्रों में देखा जाता है, पक्षी शायद उत्तेजना प्रस्तुति, संज्ञाहरण स्तर, आदि सेटअप सत्यापित किया जाना चाहिए और दोहराया माप के साथ तकनीकी समस्याओं के कारण श्रवण उत्तेजनाओं सुना / संसाधित नहीं किया.
  8. पिछले fMRI स्कैन के रूप में एक ही उन्मुखीकरण में और प्रभावी ते साथ एक संरचनात्मक 3D दुर्लभ टी 2 भारित अनुक्रम भागो: 60 मिसे, टी.आर.: 2,000 मिसे, दुर्लभ पहलू: 8, एफOV: 16 मिमी, मैट्रिक्स का आकार: 256 x 128 x 64.
  9. 256 x 256 x 256 करने के लिए डेटा शून्य को भरने.
  10. एमआरआई बिस्तर से ज़ेबरा चिड़िया ले लो और यह एक लाल दीपक के नीचे एक पिंजरे में संज्ञाहरण से ठीक करते हैं. आम तौर पर, isoflurane संज्ञाहरण के बाद एक ज़ेबरा चिड़िया की वसूली (अधिक से अधिक 5 मिनट) अपेक्षाकृत तेजी से चला जाता है. केवल कुछ ही मिनट के बाद, पक्षियों के लिए खड़े करने की कोशिश करेंगे और पक्षी पूरी तरह से ठीक हो जाने के बाद, यह बजाय पिंजरे के तल पर बैठे की एक शाखा पर बसेरा होगा. संज्ञाहरण की अवधि वर्तमान प्रयोग के लिए लगभग 2 घंटे है. isoflurane संज्ञाहरण की अधिकतम समय हमारी प्रयोगशाला में ज़ेबरा फिन्चेस के लिए लागू पक्षी भी 5 मिनट के भीतर बरामद किया, जिसके बाद 6 घंटा है.

4. डेटा संसाधन

  1. विश्लेषण या Nifti प्रारूप में एमआर डेटा कन्वर्ट.
  2. एसपीएम मानव में अधिग्रहीत fMRI डेटा को प्रोसेस करने के लिए विकसित किया गया है, कि लगभग 2 मिमी की voxels के लिए है. कई एसपीएम सेटिंग्स इस अनुमानित voxel आकार के लिए अनुकूलित कर रहे हैं. एक w नहीं करता हैचींटी इन सभी सेटिंग्स बदलने के लिए, आगे बढ़ने के लिए सबसे आसान तरीका कृत्रिम पक्षी fMRI डेटा के voxel आकार को बढ़ाने के लिए है. MRIcro का उपयोग कर 10 से असली voxel आकार गुणा करके शीर्षक में voxel आकार समायोजित करें. यह इस तरह के समायोजन में ही डेटा, कोई resampling या डेटा लागू किया जाता है के लिए किसी भी अन्य संशोधनों को प्रभावित नहीं करता है, ध्यान दिया जाना चाहिए.

इस के लिए एक वैकल्पिक एसपीएम किसी voxel के आयाम की फ़ाइलों को खोलने के लिए और विश्लेषण करने की अनुमति एक साधन है जो 'SPMMouse' का इस्तेमाल होता है. उपकरण एसपीएम 'कांच दिमाग' किसी छवि से पैदा किए जाने की अनुमति देता है, और स्वचालित रूप से चूक छवि फ़ाइलों या उपयोगकर्ता द्वारा दर्ज डेटा के हेडर पर आधारित तराजू लंबाई समायोजित करता है. इसलिए, इस उपकरण बॉक्स हम क्या प्रस्ताव से उलटी दिशा में काम करता है. इसके बजाय एसपीएम में फिट करने के लिए छवियों का voxel आकार बदलने की, एसपीएम की डिफ़ॉल्ट सेटिंग्स अलग voxel आकार के साथ छवियों का उपयोग करने के लिए बदल रहे हैं.

  1. FMRI डेटा फिर से संगठित करना. टी को सह रजिस्टर संरचनात्मक 3 डी डाटासेटवह fMRI के समय श्रृंखला. ज़ेबरा चिड़िया मस्तिष्क एमआरआई एटलस के लिए 3 डी डेटा (और सह पंजीकृत fMRI के समय श्रृंखला) मानक के अनुसार. FMRI डाटासेट परिवर्तन मैट्रिक्स लागू करें. यह सब सांख्यिकीय पैरामीट्रिक मानचित्रण (एसपीएम) 8 सॉफ्टवेयर का उपयोग किया जा सकता है.
  2. SPM8 का उपयोग कर एक 0.5 मिमी चौड़ाई गाऊसी कर्नेल के साथ डेटा चिकना.
  3. SPM8 को सांख्यिकीय voxel आधारित विश्लेषण बाहर ले. मॉडल एक बॉक्स कार (कोई hemodynamic प्रतिक्रिया समारोह) के रूप में डेटा. शास्त्रीय प्रतिबंधित अधिकतम संभावना एल्गोरिथ्म के साथ मॉडल मापदंडों का अनुमान है. प्रत्येक विषय में प्रत्येक श्रवण उत्तेजना का मतलब प्रभाव की गणना (फिक्स्ड प्रभाव विश्लेषण) और फिर (मिश्रित प्रभाव का विश्लेषण करती है) के रूप में समूह के विश्लेषण के लिए कामना आँकड़े गणना.
  4. कार्यात्मक सक्रियण (चित्रा 6) स्थानीय बनाना ज़ेबरा चिड़िया एटलस पर सांख्यिकीय पैरामीट्रिक नक्शा (चित्रा 5) SPM8 में 9 परियोजना.

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Representative Results

हम यहाँ नेत्रहीन ज़ेबरा चिड़िया मस्तिष्क में श्रवण उत्तेजनाओं की तंत्रिका substrates के सफल इमेजिंग के लिए प्रक्रियाओं की एक अनुकूलित अनुक्रम प्रस्तुत किया. सबसे पहले, उत्तेजनाओं में श्रवण उत्तेजनाओं परिणाम की तैयारी के लिए वर्णित प्रक्रिया पर / ब्लॉक प्रतिमान रवाना एक (चित्रा 2) में शामिल किया जा सकता है और मस्तिष्क में एक अंतर प्रतिक्रिया पैदा कर सकता है कि ध्वनि दबाव स्तर में संभावित मतभेद खत्म करने के लिए सामान्यीकृत कर रहे हैं कि . एमआरआई स्कैन करने के लिए ज़ेबरा चिड़िया की तैयारी और चुंबक के बोर (चित्रा 1) में यह स्थिति के बाद, fMRI का अधिग्रहण किया जा सकता है. इसके अतिरिक्त, एक 3 डी उच्च संकल्प छवि ज़ेबरा चिड़िया एटलस 9 से डेटा को सामान्य करने के क्रम में लिया जाता है. अंत में, डेटा की पूर्व प्रसंस्करण और सांख्यिकीय विश्लेषण प्राप्त परिणामों (चित्रा 6) के दृश्य की अनुमति देता है.

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चित्रा 1. सफेद शोर के spectrograms चुंबक अंदर पक्षी के सिर के स्थान पर दर्ज बोर. चुंबक बाहर ए व्हाइट शोर बोर. बी व्हाइट शोर बोर चुंबक भीतर बढ़ाया / दबा रहे हैं कि आवृत्ति बैंड की स्थापना के क्रम में दर्ज की गई. सी. व्हाइट बढ़ाया / दबा आवृत्ति बैंड के लिए सही करने के लिए तुल्यकारक समारोह के आवेदन के बाद शोर.

चित्रा 2
चित्रा 2. पर / श्रवण उत्तेजना अवधि के बाकी समय के साथ alternated रहे हैं जिसमें ब्लॉक प्रतिमान बंद का अवलोकन. प्रत्येक ब्लॉक (प्रोत्साहन / आराम) 2 छवियों का अधिग्रहण किया जाता है, जिसके दौरान 16 सेकंड तक रहता है. विभिन्न उत्तेजनाओं birdsong के प्रतिनिधि रूपांकनों या ध्वनि के अन्य प्रकार से मिलकर बनता हैप्रयोग पर निर्भर करता है. ये रूपांकनों concatenated और interleaved चुप समय के साथ और चुप अवधि की अवधि ध्वनि और सभी उत्तेजनाओं से अधिक समान चुप्पी की कुल राशि रखने के लिए निकाला जाता है कर रहे हैं.

चित्रा 3
चित्रा 3. . छोटे songbirds में श्रवण fMRI के लिए सेटअप ए पशु बिस्तर इनसेट:. स्कैनर के पशु बिस्तर में पक्षी की स्थिति की विस्तृत योजनाबद्ध सिंहावलोकन: बी आरएफ सिर कुंडल, संवेदनाहारी गैस के डी. आपूर्ति के साथ सी चोंच मुखौटा, ई. गैर चुंबकीय हेडफोन, शरीर रखने के लिए श्वसन दर, जी cloacal तापमान जांच, एच. प्रतिक्रिया नियंत्रित हीटर प्रणाली की निगरानी के लिए एफ वायवीय तकिया सेंसरमाप के दौरान पक्षी स्थिर का तापमान. बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें .

चित्रा 4
4 चित्रा. पूरे मस्तिष्क fMRI इमेजिंग के लिए स्लाइस ज्यामिति. ParaVision सॉफ्टवेयर में ज्यामिति संपादक से स्क्रीनशॉट की संरचना. इससे पहले अधिग्रहीत अक्षीय, बाण के समान और राज्याभिषेक दुर्लभ विमान का संचालन छवियों fMRI स्कैन के लिए टुकड़ा अभिविन्यास परिभाषित करने के लिए उपयोग किया जाता है.

चित्रा 5
चित्रा 5. इसके मध्य बाण के समान टुकड़ा पर पेश ज़ेबरा चिड़िया एटलस 9 से चित्रित संरचनाओं के साथ बाएँ गोलार्द्ध के 3D प्रतिनिधित्व के पार्श्व दृश्य. चित्रित नाभिक का रंग कोड सही पर प्रस्तुत किया है. ये delineatएड संरचनाओं मुखर मोटर मार्ग का हिस्सा हैं: HVC, नाभिक robustus arcopallii (आरए), nXII पार्स tracheosyringealis (nXIIts); पूर्वकाल अग्रमस्तिष्क मार्ग: नाभिक lateralis magnocellularis पार्स lateralis (LMAN), क्षेत्र एक्स (एक्स), श्रवण प्रणाली: क्षेत्र एल, नाभिक ovoidalis (ओवर), नाभिक mesencephalicus lateralis पार्स पीठ सम्बन्धी (एमएलडी), घ्राण प्रणाली: घ्राण बल्ब (ओ), और दृश्य प्रणाली: नाभिक entopalliallis (ई), tectum opticum (Teo).

चित्रा 6
6 चित्रा. प्राथमिक श्रवण क्षेत्र, फील्ड एल, और विभिन्न श्रवण उत्तेजनाओं के द्वारा पैदा की आसन्न माध्यमिक श्रवण क्षेत्रों में एक fMRI बोल्ड प्रतिक्रिया का उदाहरण बाकी हालत की तुलना में. छवियों ज़ेबरा चिड़िया मस्तिष्क से उच्च संकल्प संरचनात्मक छवियों पर आरोपित सांख्यिकीय पैरामीट्रिक नक्शे से मिलकर एटलस 9. टी मूल्यों के अनुसार कोडित रंग हैंटी परीक्षण महत्वपूर्ण (पी <0.001) हो पाया था, जिसमें आंकड़ा और केवल voxels में प्रदर्शित पैमाने पर प्रदर्शित कर रहे हैं.

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Discussion

इस रिपोर्ट में, हम anaesthetized ज़ेबरा फिन्चेस में श्रवण उत्तेजना के तंत्रिका substrates के vivo लक्षण वर्णन में विस्तृत के लिए एक अनुकूलित प्रोटोकॉल का वर्णन है.

प्रस्तुत प्रोटोकॉल के साथ लाइन में, बोल्ड fMRI का उपयोग पशुओं में कार्यात्मक मस्तिष्क सक्रियण अध्ययन के बहुमत, अधिग्रहण के दौरान जानवरों को बेहोश करना. अध्ययन अवधि के दौरान चुंबक पर्यावरण और स्कैनर शोर करने के लिए उन्हें accustom करने के लिए प्रशिक्षण जानवरों को भी समय लेने वाली और चुनौतीपूर्ण है और इसलिए शायद ही कभी नियोजित संभव बल्कि है.

संज्ञाहरण ब्याज की शारीरिक प्रतिक्रियाओं पर तनाव प्रेरित प्रभाव को कम करता है और तंत्रिका प्रतिक्रिया पर और तंत्रिका गतिविधि और fMRI में मापा बोल्ड प्रतिक्रिया के बीच हस्तांतरण समारोह पर दोनों जानवर से निपटने, उसके प्रभाव की सुविधा हालांकि एक सतत् और महत्वपूर्ण शोध विषय है . इसलिए, aud दौरान बोल्ड प्रतिक्रिया पर संज्ञाहरण के प्रभावज़ेबरा फिन्चेस में itory उत्तेजना हमारी प्रयोगशाला 2 में जांच की गई. तदनुसार, ज़ेबरा फिन्चेस में तीन व्यापक रूप से इस्तेमाल एनेस्थेटिक्स - medetomodine, isoflurane और urethane - अलग न्यूरोट्रांसमीटर सिस्टम पर अभिनय का अध्ययन किया गया. परिणाम श्रवण उत्तेजना सभी तीन anesthetics के साथ स्पष्ट बोल्ड प्रतिक्रिया में कहा कि परिणाम संकेत दिया, लेकिन वह मामूली अंतर सक्रियण के क्षेत्र के विस्तार के उदाहरण के संबंध में तीन अभिकर्मकों के बीच हुई. इस अध्ययन के परिणामों पर है और यह अपेक्षाकृत तेजी से वसूली और मामूली साइड इफेक्ट होने के महान लाभ है और इस प्रकार अनुदैर्ध्य अध्ययन में इस्तेमाल के लिए उच्चतम क्षमता है के रूप में isoflurane के नैदानिक ​​अनुप्रयोगों में सबसे आम संवेदनाहारी है कि इस तथ्य के आधार पर, isoflurane बन गया हमारी प्रयोगशाला में ज़ेबरा चिड़िया fMRI के लिए पसंद की संवेदनाहारी.

इस प्रोटोकॉल में हम स्पिन गूंज (एसई) fMRI के बजाय और अधिक परंपरागत ढाल गूंज (जीई) fMRI का उपयोग करें. जीई fMRI की तुलना में, एसई fMRI हैवहाँ के रूप में पूरे मस्तिष्क को संकेत उपलब्ध कराने के महान लाभ छवियों में कोई संकेत ख़ारिज किया है. एसई बोल्ड fMRI का एक अन्य लाभ यह है कि इसके बेहतर स्थानिक विशिष्टता 10,11 है. दरअसल, उच्च चुंबकीय क्षेत्र में, एसई बोल्ड संकेत के intravascular घटक कम है (क्योंकि एक लंबे ते की) और बड़े जहाजों से extravascular घटक (एसई एमआरआई अनुक्रम की 180 ° refocusing नाड़ी द्वारा) को दबा दिया जाता है. एसई बोल्ड संकेत इस प्रकार छोटे जहाजों 12-14 उद्भव एक सटीक extravascular संकेत का बोलबाला है. एसई fMRI के मुख्य सीमा अनुकूलित दृश्यों और अनुकूलित उत्तेजना मानदंड की आवश्यकता होती है, इसके अपेक्षाकृत कमजोर संवेदनशीलता है. शोर अनुपात (सीएनआर) के विपरीत क्षेत्र ताकत 15 के साथ बढ़ जाती है. एक लंबे ते भी सीएनआर बढ़ जाती है, लेकिन संकेत करने वाली शोर अनुपात 12,13,15 समझौता. इष्टतम ते आमतौर के बराबर या ऊतकों की टी 2 मूल्य की तुलना में अब एक समय से मेल खाती है. हम जानते हैं कि, 7T में, पता चला है60 मिसे के एक ते मूल्य एक सीएनआर और विभिन्न उत्तेजनाओं से चालू होने बोल्ड प्रतिक्रियाओं में काफी अंतर (Poirier, 2010) का पता लगाने के लिए पर्याप्त एक संकेत करने वाली शोर अनुपात प्रदान करता है.

जीई की तुलना में टी 2 * भारित विपरीत, एसई टी 2 भारित विपरीत एक लंबे टी.आर. (7T में 1,500-2,000 मिसे) की आवश्यकता है. छवि 15 स्लाइस के लिए सक्षम होने के लिए, हम 2,000 मिसे के एक टी.आर. इस्तेमाल किया. एक उचित सीमा पर अधिग्रहण के समय रखने के लिए, एसई एमआरआई दृश्यों तेजी की जरूरत है. यह आमतौर पर गूंज तलीय इमेजिंग (ईपीआई) नमूने योजना 10,16-19 का उपयोग कर हासिल की है. हालांकि, महामारी चुंबकीय क्षेत्र की भयावहता के साथ वृद्धि हुई है, और टी 2 * प्रभाव (संकेत मजबूत लेकिन कम विशिष्ट बनाने) के साथ बोल्ड संकेत contaminates कि छवि विकृतियों लाती है. महामारी भी श्रवण उत्तेजनाओं की जांच में इस्तेमाल के लिए यह कम प्रासंगिक बना रही है, एक बहुत ही गहन ध्वनिक शोर पैदा करता है. हम इस प्रकार 64 के एक मैट्रिक्स आकार 8 सेकंड के एक अधिग्रहण के समय में हुई है, जो एक्स 32, के साथ एक दुर्लभ अनुक्रम इस्तेमाल किया. यह अस्थायी resolutआयन अभी भी ब्लॉक डिजाइन से प्रेरित सुस्त बोल्ड प्रतिक्रिया के साथ संगत है, लेकिन बहुत सही बोल्ड प्रतिक्रिया का समय बेशक नमूना करने के लिए धीमी गति से या घटना से संबंधित डिजाइन का उपयोग करने के लिए. इस दृश्य के साथ, हम इस तरह एक बहुत अच्छा स्थानिक विशिष्टता, अंतर बोल्ड प्रतिक्रियाओं का पता लगाने के लिए पर्याप्त उच्च संवेदनशीलता और इस्तेमाल प्रोत्साहन प्रतिमान 20,21 साथ संगत एक अस्थायी समाधान की विशेषता है जो एक शुद्ध टी 2 भारित एसई संकेत प्राप्त की.

Songbirds में fMRI का उपयोग करने के लाभ और सीमाएं

पिछले दशक के दौरान, fMRI का सरल संवेदी मोटर से अत्यधिक संज्ञानात्मक कार्यों को लेकर विभिन्न कार्यों के दौरान मस्तिष्क की गतिविधियों के अध्ययन के लिए नैदानिक ​​संज्ञानात्मक तंत्रिका विज्ञान में सबसे लोकप्रिय न्यूरोइमेजिंग तकनीकों में से एक बन गया है. पूर्व नैदानिक ​​अनुसंधान में, इस विधि, तथापि, अभी भी केवल शायद ही प्रयोग किया जाता है. fMRI के प्रयोगों की कमी छोटे जानवरों में पूरी की और विशेष रूप से songbirds संभवतः तारीख करने के लिएसंज्ञाहरण या बेहोश करने की क्रिया पूर्ण विषयों की स्थिरीकरण (ऊपर चर्चा देखें) प्राप्त करने के लिए आवश्यक है कि इस तथ्य से संबंधित है. इसलिए, इस तकनीक की बड़ी खामी माना जाता है और संबोधित किया जा सकता है कि प्रश्न के प्रकार को प्रतिबंधित करता है. FMRI के संज्ञाहरण की आवश्यकता है और हालांकि, हालांकि बोल्ड संकेत मुख्य रूप से स्थानीय क्षेत्र क्षमता को दर्शाता है और इस प्रकार electrophysiological और तत्काल जल्दी जीन में मापा कार्रवाई क्षमता से अलग (IEG) अध्ययन (जैसे 22), बोल्ड fMRI इन तकनीकों से प्राप्त कई परिणामों की पुष्टि की है.

तिथि करने के लिए, songbird तंत्रिका विज्ञान में सबसे लोकप्रिय तकनीक अभी भी एकल या बहु इकाई गतिविधि की IEG और electrophysiological रिकॉर्डिंग की गतिविधि पर निर्भर अभिव्यक्ति कर रहे हैं. इन तकनीकों में एक बहुत ही उच्च स्थानिक संकल्प (; सेलुलर स्तर 5-30 माइक्रोन) से लाभ. हालांकि, वे बेहद आक्रामक या भी घातक हैं. इसके अतिरिक्त, electrophysiological तकनीकों लो की संख्या से सीमित हैंइस प्रकार एक प्रयोग में जांचा जा सकता है कि फैटायनों जांच की प्रक्रिया में शामिल न्यूरोनल सब्सट्रेट के स्थानीयकरण के बारे में एक प्राथमिकताओं परिकल्पना की आवश्यकता होती है. 250 माइक्रोन की एक स्थानिक संकल्प के साथ - - इसके विपरीत, बोल्ड fMRI के एक पूरे मस्तिष्क दृष्टिकोण की अनुमति देता है और इस प्रकार की धारणा से मुक्त प्रयोगों प्रदर्शन करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. अंत में और सबसे महत्वपूर्ण बात, एमआरआई की गैर invasiveness नई संभावनाओं की एक बड़ी रेंज खोलता है जो समान विषयों पर दोहराया अनुदैर्ध्य उपाय सक्षम बनाता है.

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Disclosures

ब्याज की कोई संघर्ष की घोषणा की.

Acknowledgments

यह शोध रिसर्च फाउंडेशन से अनुदान द्वारा समर्थित किया गया था - फ़्लैंडर्स (FWO, परियोजना Nr G.0420.02 और G.0443.11N), एंटवर्प विश्वविद्यालय से हरक्यूलिस फाउंडेशन (अनुदान Nr AUHA0012), ठोस रिसर्च प्रक्रिया (गोवा धन), और आंशिक रूप से चुनाव आयोग द्वारा प्रायोजित - FP6 परियोजना Dimi, LSHB सीटी-2005-512146 और चुनाव आयोग - FP6 परियोजना एमिल A.VdL को LSHC सीटी-2004-503569. फ़्लैंडर्स (FWO) - G.DG और सी.पी. रिसर्च फाउंडेशन के Postdoctoral फैलो हैं.

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/

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References

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Songbirds में श्रवण उत्तेजना के साथ कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (fMRI)
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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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