Summary
Funktionelle Untersuchungen des Gehörs bei Säugetieren haben traditionell mit räumlich konzentriert Techniken wie elektrophysiologischen Ableitungen durchgeführt. Das folgende Protokoll beschreibt ein Verfahren zur Visualisierung von Großmuster hervorgerufen hämodynamischen Aktivität im auditorischen Kortex der Katze mit Hilfe der funktionellen Kernspintomographie.
Abstract
Aktuelle Kenntnisse der sensorischen Verarbeitung im Säuger auditorischen System wird hauptsächlich aus elektrophysiologischen Studien in einer Vielzahl von Tiermodellen, darunter Affen, Frettchen, Fledermäuse, Nagetiere und Katzen ab. Um geeignete Parallelen zwischen Mensch und Tier Modelle der auditorischen Funktion zu zeichnen, ist es wichtig, eine Brücke zwischen Mensch funktionelle Bildgebung Studien und Tierelektrophysiologische Studien zu etablieren. Die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) ist eine etablierte, minimal-invasive Methode zur Messung der breiten Muster der hämodynamischen Aktivität in verschiedenen Regionen der Großhirnrinde. Diese Technik wird häufig zur sensorischen Funktion im menschlichen Gehirn zu untersuchen, ist ein nützliches Werkzeug bei der Verknüpfung von Studien von auditiven Verarbeitung bei Menschen und Tieren und ist erfolgreich verwendet worden, um Gehörfunktion bei Affen und Nagetiere zu untersuchen. Das folgende Protokoll beschreibt eine experimentelle Verfahren zur Untersuchung der Gehörfunktion bei narkotisierten ErwachsenenKatzen durch Messung Stimulus-evozierte hämodynamischen Veränderungen im auditorischen Kortex mittels fMRT. Dieses Verfahren erleichtert den Vergleich der hämodynamischen Reaktionen auf verschiedene Modelle der Gehörfunktion so zu einem besseren Verständnis der speziesunabhängige Merkmale des Säuger auditorischen Cortex führt.
Introduction
Aktuelle Verständnis der auditiven Verarbeitung bei Säugetieren ist vor allem aus invasive elektrophysiologische Studien an Affen 1-5, Frettchen 6-10, 11-14 Fledermäuse, Nagetiere 15-19, 20-24 und Katzen ab. Elektrophysiologische Techniken verwenden üblicherweise extrazellulären Mikroelektroden, die Aktivität von einzelnen und mehreren Neuronen in einem kleinen Bereich der Umgebung der Elektrodenspitze Nervengewebe aufzunehmen. Gegründet funktionellen bildgebenden Verfahren, wie optische Bildgebung und der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRI), dienen als nützliche Ergänzung zu extrazelluläre Ableitungen durch eine makroskopische Perspektive der gleichzeitigen angetriebenen Aktivität über mehrere räumlich getrennte Bereiche des Gehirns. Intrinsic Signal optische Bildgebung erleichtert die Darstellung der evozierten Aktivität im Gehirn durch Messung der Aktivität bedingten Veränderungen in den Reflexionseigenschaften des Oberflächengewebes während fMRI nutzt die Blut-Sauerstoff-Niveau abhängig (BOLD)Im Gegensatz zum Stimulus-evozierte hämodynamischen Veränderungen in Hirnregionen, die bei einer bestimmten Aufgabe aktiv sind, zu messen. Die optische Bildgebung erfordert direkte Exposition der kortikalen Oberfläche, Maßnahmen Veränderungen in Oberflächengewebe Reflexion, die Stimulus-evozierte Aktivität 25 verbunden sind. Im Vergleich dazu ist fMRI nicht-invasive und nutzt die paramagnetischen Eigenschaften von sauerstoffarmes Blut, sowohl kortikalen Oberfläche 26-28 und Sulcus-basierte 27,29 evozierte Aktivität innerhalb einer intakten Schädel zu messen. Starke Korrelationen zwischen dem BOLD-Signal und neuronaler Aktivität in nicht-menschlichen Primaten visuellen Kortex 30 und in der menschlichen auditorischen Kortex 31 validieren fMRI als ein nützliches Werkzeug, um sensorische Funktion zu studieren. Seit fMRI wurde ausgiebig genutzt, um Funktionen der Hörbahn wie tonotopen Organisation 32-36, Lateralisa der auditiven Funktion 37, Muster der kortikalen Aktivierung, die Identifizierung von kortikalen Regionen 38, Auswirkungen von Schall studierenIntensität auf 39,40 Gehörantworteigenschaften, und die Eigenschaften des BOLD Reaktionszeit natürlich in 29,41 Mensch, Affe und Ratte Modelle, die Entwicklung einer geeigneten funktionellen Bildgebungsprotokoll zu Gehörfunktion bei der Katze studieren würde eine sinnvolle Ergänzung zu bieten die funktionelle Bildgebung Literatur. Während fMRI wurde auch verwendet, um verschiedene funktionale Aspekte des visuellen Kortex in der narkotisierten Katze 26-28,42 erkunden, haben nur wenige Studien diese Technik verwendet, um die sensorische Verarbeitung in Katze auditorischen Kortex zu untersuchen. Der Zweck der vorliegenden Protokolls ist es, eine effektive Methode der Verwendung von fMRT-Funktion im auditorischen Kortex der narkotisierten Katze quantifizieren zu etablieren. Die in dieser Handschrift skizzierten experimentellen Verfahren wurden erfolgreich eingesetzt, um die Eigenschaften des BOLD Reaktionszeit natürlich in der erwachsenen Katze auditorischen Kortex 43 zu beschreiben.
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Protocol
Das folgende Verfahren kann auf jede Imaging-Experiments in narkotisierten Katzen eingesetzt werden eingesetzt werden. Schritte, die speziell für Gehör Experimente erforderlich sind (Schritte 1.1-1.7, 2.8, 4.1) können modifiziert werden, um andere Sinnesreiz Protokolle aufzunehmen.
Alle Experimente die Genehmigung der Einsatz von Tieren Unterausschuss des Universitätsrates für Tierpflege an der Universität von Western Ontario und folgte den von der Canadian Council on Animal Care (CCAC) 44 festgelegten Richtlinien. Die geschilderte Experiment erfordert ca. 150 min von Tierpräparation zur Genesung. Der Zeitverlauf des Experiments ist in Fig. 1 dargestellt.
1. Stimulus Vorbereitung der Ausrüstung
Fig. 2 zeigt die elektronischen Komponenten und entsprechenden Anschlüssen zum Erzeugen eines auditorischen Reizes in der MRI-Scanner erforderlich. Die Anforderungen sind als follows: ein Computer, eine externe Soundkarte, ein Stereo-Leistungsverstärker und einem fMRI-kompatiblen Kopfhörer-System.
- Schließen Sie den Computer, die verwendet werden, um die auditorischen Reizes an die externe Soundkarte über den Universal Serial Bus (USB)-Kabel präsentieren wird.
- Die Kabel, welche die Ausgangsanschlüsse des externen Soundkarte mit den Eingangsanschlüssen der Stereo-Endstufe.
- Befestigen Sie die Verbindungskabel der Ausgangs-Ports des Stereo-Endstufe an die Eingangstore des Transformators Kasten des fMRI-kompatiblen Kopfhörer-System.
- Schließen Sie die binaurale Kopfhörer an den Ausgangsanschlüssen des Transformators Feld.
- Verwenden Sie abgeschirmte Koaxialkabel mit BNC-Anschlüsse, um den Transformator Feld, um das Eindringen Tafel außerhalb des Scanners Raum verbinden.
- Schließen Sie das Kopfhörerkabel-Montage mit den entsprechenden BNC-Anschlüsse an der Durchdringung Tafel im Inneren des Scanners Raum.
- Schließen Sie die Schaumstoff-Ohr Tipps, um die Kopfhörer schließen Sie dann die Ohrhörer to die Kabelkonfektion. Führen Sie einen Test auditorischen Reizes zu bestätigen, dass Ton aus dem Computer, um die Kopfhörer übertragen. Ziehen Sie die Ohrhörer und legen Sie die Schaumstoff-Ohrspitzen fest in die Ohren der Katze während der Tiervorbereitungsphase (Schritt 2.7).
2. Vorbereitung der Tiere
- Um die Katze premedicate, ein Beruhigungsmittel verabreichen Mischung von Atropinsulfat (0,02 mg / kg) und Acepromazin (0,02 mg / kg) über eine subkutane (SC) Injektion.
- Nach 20 min zu verabreichen Ketamin (4 mg / kg) und Dexmedetomidinhydrochlorid (0,02-0,03 mg / kg) über eine intramuskuläre (IM) Injektion Anästhesie zu induzieren. Ketamin ist üblicherweise mit einem Beruhigungsmittel und Muskelentspannungsmittel kombiniert, in diesem Fall, Dexmedetomidin-Hydrochlorid, das Zittern und Muskelstarre häufig beobachtet, wenn Ketamin alleine 45 zu verringern. Diese Betäubung Kombination induziert typischerweise etwa 150 min der Sedierung und wird häufig in der tierärztlichen Praxis verwendet werden, um zu induzierenAnästhesie bei Kleintieren.
- Sobald die Katze hat ihre Aufrichtungsreflexes verloren, gelten Augensalbe in die Augen zu Trockenheit während des Verfahrens zu verhindern. Legen Sie eine Dauerkatheter in der medialen Vena saphena für intravenöse Verabreichung von Ketamin.
- Test für erfolgreiche Narkoseeinleitung durch Kneifen einen Fuß auf die Vorderpfote dann beobachtet, ob die Katze die Pfote zurückzieht. Sobald das Pedal Reflex verschwindet, unterdrücken den Würgereflex durch Besprühen Lidocain auf die Rachenwände dann intubieren die Katze mit einem 4,0-4,5 Endotrachealtubus.
- Pflegen Anästhesie in der gesamten Imaging-Sitzung mit einer konstanten Rate Infusion von Ketamin (0,6-0,75 mg / kg / h) und inhalativen Isofluran (0,4-0,5%) in 100% Sauerstoff bei 1-1,5 l / min geliefert. Kombinieren Sie 60 ml Kochsalzlösung und 0,07 ml Ketamin in einem 60-ml-Spritze, dann legen Sie die Spritze in die Spritzenpumpe. Dieser Schritt kann vor premedicating die Katze durchgeführt werden.
- Zeigen Warmwachs gefüllte Wärmekissen auf dem Boden der MRI-kompatiblen sgeführt (Fig. 3a und 3c) Schicht dann das isolierende Kunststoffluftpolsterfolie rund um die Innenwände des Schlittens.
- Legen Sie die Katze in einem Brustbeinposition innerhalb der isolierenden Luftpolsterfolie in der MRI-kompatiblen Schlitten (Abbildung 3c).
- Sobald die Katze ist so positioniert, stellen Sie den Kopf, um den Zugriff auf die Ohren bekommen. Rollen Sie die Schaumstoff-Ohrstöpsel in den kleinstmöglichen Durchmesser setzen Sie dann jedes Ohr Spitze tief in den Gehörgang. Einmal eingesetzt, sollten die Schaumstoff-Ohrspitzen zu erweitern, um den Raum in die Gehörgänge zu füllen.
- Stellen Sie die Katze bis sein Kopf richtig in dem 3-Kanal-Funkfrequenz-(RF)-Spule (Abbildung 3b) positioniert. Stabilisieren Sie den Kopf mit akustischen Dämpfung Memory-Schaum (Abbildung 3d). Zeigen Schaum um die Ohren, um zusätzliche Dämpfung der Scanner Lärm bieten.
- Wickeln Sie die Katze in der Decke der isolierenden Kunststoffluftpolsterfolie und befestigen und den Transport der Schlitten an den Scanner-Bett.
- Verbinden Sie die Infusionsleitungen, Anästhesie Förderrohren und Überwachungsgeräte für die Katze. Schließen Sie die Kopfhörer an den Kopfhörerkabelbaugruppe für das Eindringen Tafel angebracht.
- Starten Sie die Ketamin-Infusion an der Basis Flussrate von 0,6 mg / kg / h dann die Durchflussrate zu erhöhen, wie auf der Grundlage der Narkosetiefe erforderlich. Stellen Sie die Anfangsdosis Isofluran 0,5% dann auf 0,4% verringern, wenn die anatomischen Scans wurden gesammelt.
- Überwachen und aufzeichnen, Sauerstoffsättigung im Blut der Katze, endexspiratorischen CO 2-Niveaus, Herzfrequenz, Atmung und rektale Temperatur (wenn möglich) während des Experiments mit der MRT-kompatiblen Überwachungsanlagen in einem angemessenen Abstand vom Scanner Bohrung positioniert. Tabelle 1 sind die Mittelwerte und Bereiche der physiologischen Messungen für die erfolgreiche Durchführung dieses Verfahrens. Stetige Erhöhung der Herzfrequenz und Atmung werden in der Regel mit baldige Erholung von der Narkose verbunden.
- Nachdem die session abgeschlossen ist, entfernen Sie die Katze aus dem Schlitten. Weiter zu Zusatzheizung mit Wärmekissen und Handtücher, bis das Tier vollständig erholt. Sobald die Würgereflex Renditen, entfernen Sie den Tubus. Überwachen Sie die Katze, bis die Aufrichtungsreflexes wiederhergestellt ist dann wieder das Tier in der Einrichtung. Bewerten Sie das Tier am Tag nach dem Verfahren keine negativen Auswirkungen aus dem Experiment zu gewährleisten.
3. Brain Imaging
- Sammeln anatomischen Scans von Gehirn der Katze in axialer Schichtorientierung. Verwenden Sie die folgenden Abbildungsparameter für die anatomischen Referenzvolumen: FLASH-Bildgebungssequenz mit TR = 750 ms, TE = 8 ms, Matrix = 256 x 256, Erwerb Voxelgröße = 281 um x 281 um x 1,0 mm. Die Dauer der anatomischen Scan beträgt ca. 6 min. Abbildung 4 (links) stellt eine mit den angegebenen Parametern erhaltenen Probe anatomischen Schnittbild.
- Verwenden Sie die folgenden Parameter für die Imaging-funknal Bände: segmentierten verschachtelte Echo-Planar-Akquisition (EPI) mit TR = 1000 ms, TE = 15 ms, 3 Segmente / Flugzeug, 21 x 1 mm Scheiben; Matrix = 96 x 96; Feld-of-view = 72 mm x 72 mm; Erwerb Voxelgröße = 0,75 mm x 0,75 mm x 1,0 mm;. Akquisitionszeit = 3 sec / Volumen Abbildung 4 (rechts) stellt eine mit den angegebenen Parametern erhaltenen Probe Funktionsschnittbild.
4. Stimulus Präsentation
- Präsentieren Sie eine Breitband-weißes Rauschen Reiz (0-25 kHz, 100 ms Salven 5 ms Anstiegs / Abfallzeit, 1 Präsentation alle 200 ms, 90-100 dB SPL) in einem Block-Design, in dem die auditiven Reiz für 30 Sekunden gespielt und mit einer 30 sec Basislinie (kein Stimulus-) Zustand (Fig. 5) abwechseln. Wiederholen Sie diesen Schritt, bis akustisch evozierte BOLD-Aktivität im auditorischen Kortex beobachtet. Die Dauer der einzelnen Funktionslauf unter Verwendung eines Block-Design ist ungefähr 4,5 min für 90 Volumina.
- Präsentieren Sie den Reiz in der apchenden Block Ausgestaltung für die gewünschte Anzahl an funktionellen verläuft.
5. Datenanalyse
- Wählen Sie die entsprechende fMRT-Analyse-Software (zB SPM, FSL), die erworbenen Funktionsmengen zu verarbeiten.
- Richten Sie jeden Funktionsvolumen auf den nächsten in die Zeit der anatomischen Referenz Scan erfassten Volumens. Speichern die resultierende Bewegung die Korrekturwerte für die Verwendung in Schritt 5.6. Schließen Sie alle Funktions läuft, in der Drehkopfbewegungen mehr als 1 ° oder translatorische Bewegungen des Kopfes 1 mm überschreiten.
- Coregister jeder Band auf die Referenz anatomische Scan.
- Glatte jeden Band mit einem 2-mm-Halbwertsbreite (FWHM) Gauß-Filter.
- Integrieren Sie eine Rechteck (Güterwagen)-Funktion, die dem ON-OFF Reiz Block-Design als Regressor in die allgemeine lineare Modell (GLM) entspricht.
- Integrieren Sie Bewegung Korrekturwerte als Regressoren nicht von Interesse für bewegungsbezogene Artefakte ausmachen. Tragen Sie eine uncorrected statistische Schwelle von p = 0,001 und der GLM-Ergebnissen an Clustern von BOLD-Aktivierung anzuzeigen. Bestimmen Sie die Größe des kleinsten Cluster, einen korrigierten erfüllt (Familie weise Fehler: FWE) Schwelle von p <0,05 auf Clusterebene. Stellen Sie den Cluster Umfang Schwelle auf diesen Wert, um statistisch signifikante Cluster in Regionen von Interesse zu sehen.
- Definieren Sie die BOLD Prozent Signaländerung (PSC) in jedem Voxel als die Differenz zwischen der mittleren BOLD-Signal während der Stimulationsblöcke und die mittlere BOLD-Signal während der Baseline-Blöcke.
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Representative Results
Repräsentative funktionellen Daten wurden in einer horizontalen Bohrung 7T Scanner erworben und unter Verwendung des Statistik Parametric Mapping Toolbox in MATLAB analysiert. Robust kortikalen hämodynamischen Reaktionen auf akustische Stimulation durchweg bei Katzen mit dem beschriebenen Versuchsprotokoll 43 beobachtet. Fig. 6 zeigt die BOLD-Aktivierung bei 2 Tieren in Reaktion auf ein Breitbandrauschen 30 sec Stimulus in Blockbauweise dargestellt. T-Statistik Karten der Breitbandrauschen vs Baseline (kein Stimulus) Kontrast im Bild 2 Schnittebenen zeigen zusammenhängende Cluster der bilateralen akustisch evozierte Aktivität im auditorischen Cortex (6a und 6d; Clusterebene FWE-korrigiert Schwelle: p < 0,05). 6b und 6e zeigen Modulationen in der BOLD-Signal, während einer einzigen Funktionslauf, an den markierten Voxel in 6a und 6d bzw.. Mit einem Rechteck allgemeine lineare Modell fit, sollte man erwarten, dass die BOLD-Signal wird bei jeder Präsentation des auditorischen Reizes in einer ähnlichen Weise wie die ON-OFF-Muster des Blocks relativ zur Grundlinie (kein Stimulus-Bedingung) moduliert werden Design. 6c und 6f zeigen die ereignisbezogene Durchschnittszeitverläufe der BOLD-Antwort auf die mittlere BOLD Ausgangssignal normalisiert. In diesen Beispielen wird die BOLD-Signal einen signifikanten Anstieg in Bezug auf die Grundlinie 3-6 Sekunden nach dem Beginn des Stimulus. Diese Erhöhung der BOLD-Signal wird in der Regel während des auditorischen Reizes Präsentation gehalten sinkt dann auf die Ausgangswerte 6 Sekunden nach Stimulus ausgeglichen.
| Physiologische Parameter | Normalbereich ein | Mittelwert (Experiment) b |
| Herzschlag | 110 bis 226 Schläge / min | 143 ± 4,1 Schläge / min |
| Atemfrequenz | 20-40 Atemzüge / min | 21 ± 1,6 Atemzüge / min |
| Endexspiratorischen CO 2 | 35-45 mm Hg | 30 ± 1,7 mmHg |
| Blut O 2-Sättigung | 90-100% 57 | 92 ± 1,2% |
| Die rektale Temperatur | 38,5 ± 0,5 ° C | N / A |
Tabelle 1. Normalbereiche der wach Katzen-und Mittelwerte bei narkotisierten Katzen während der fMRT-Verfahren gemessenen physiologischen Parameter. Ein aus den von der Canadian Council on Animal Care vorgegebenen Richtlinien erhalten Normale Bereichen. 44b Mittelwerte (± SEM) von N = 7 Katzen über erhalten 20 Imaging-Sitzungen.
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Fig. 1 ist. Zeitverlauf des Experiments. Jeder Schritt in der Versuchsdurchführung wird entlang der Zeitlinie (in min) relativ zu der Zeit, zu der der Prämedikation verabreicht aufgetragen.
2. Auditorischen Reizes Produktionsanlagen. (A) elektronische Komponenten im Versuchsprotokoll verwendet. (B) Schematische Darstellung der Verbindungen zwischen den einzelnen Komponenten. Der Transformator Kasten und die Kabelanordnung des MRI-System-Schnittstelle kompatibel Kopfhörer am Eindringen Platte zwischen dem Scanner-Raum und dem Computerraum.
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3. Versuchsaufbau. (A) MRT-kompatiblen Schlitten. (B) 3-Kanal-Katze Kopf HF-Spule. (C) Seitenansicht eines narkotisierten Katze im Schlitten liegt. (D) Vorderansicht der Katze in den Schlitten mit den Kopf in den drei Kanal-HF-Spule (Brown et al. 43 angepasst).
4. Beispiele für anatomische (links) und funktionale (rechts) in einer horizontalen Bohrung 7T Scanner mit einem 3-Kanal-HF-Spule erworben Bildscheiben. Ungefähre Position des angezeigten Scheibe ist auf einer Seitenansicht der Katze rechten Hemisphäre überlagert. A: vordere, P: posterior, L: links, R: rechts.
5. Schematische Darstellung eines Block-Design Reizdarbietung. Baseline (dh kein Reiz) Blöcke werden mit 30 sec Blöcke von auditorischen Reizes Präsentation abwechselten. Funktionsvolumen kontinuierlich während der Lauf erworben (alle 3 Sek.). TA: Dauer der Volumenerfassung. TS: Dauer des Stimulus-Block.
6. Repräsentative Beispiele der BOLD-Antwort auf Stimulation Breitbandrauschen. (A), (d) T-Statistik Karten von Breitbandrauschen (BBN) vs Baseline (no-Stimulus) Kontrast auf axial (horizontal) anatomischen Bild überlagert slSpeiseeis. Ungefähre Standorte angezeigt Scheiben in (a) und (d) auf einer Seitenansicht der Katze rechten Hemisphäre überlagert. (B), (e) Raw BOLD-Signal Zeitkurse (in Volumen) an den markierten Voxel in (a) und (d), die jeweils für eine einzelne Funktionslauf (90 Bände). (c), (f) Ereignisbezogene gemittelte BOLD Reaktionszeit Kurse (in Sekunden) an den markierten Voxel in (a) und (d) jeweils vor, während und nach einem Reiz-Block. Graue Balken repräsentieren den Zeitraum von auditorischen Reizes Präsentation. A: vordere, P: posterior, L: links, R:. Recht Klicken Sie hier, um eine größere Abbildung anzuzeigen .
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Discussion
In der Gestaltung einer fMRI-Experiment für einen narkotisierten Tiermodell der Gehörfunktion, sollten die folgenden Fragen sorgfältig geprüft werden: (i) die Auswirkungen der Narkose auf kortikalen Antworten, (ii) die Wirkung der Hintergrundscanner Lärm, und (iii) die Optimierung der Datenerfassungsphase der experimentellen Verfahren.
Während ein narkotisierten Vorbereitung bietet den wichtigen Vorteil zur Herstellung einer längere Sedierung und Minimierung potenzieller Kopfbewegung während einer funktionellen Bildgebung Sitzung wird bekannt, Anästhesie kortikalen Hämodynamik auswirken. Die in diesem Protokoll beschrieben Betäubungsmittel sind häufig in elektrophysiologischen (Ketamin) verwendet und funktionelle Bildgebung (Isofluran) Studien der Katze auditiven und visuellen Kortex 46-48 26-28,42 sind. Obwohl Ketamin ist bekannt, minimal beeinflussen kortikalen spontane Aktivität 49 hat es sich gezeigt, Hirnstoffwechsel und damit die Abnahme hemodynamic Reaktion im auditorischen Cortex der Ratte in Dosen von 10 mg / kg 50. Jedoch bei den in diesem Verfahren (4 mg / kg) empfohlenen Dosen BOLD Signaländerungen von bis zu 6% im auditorischen Cortex Katze in Reaktion auf akustische Stimulation 43 beobachtet. Isofluran wird häufig verwendet, um funktionale Aspekte der Katze Sehrinde entdecken, jedoch hat es sich auch gezeigt, dass die Größe der hämodynamischen Reaktionen in cat Sehrinde reduzieren im Vergleich zu einer Zubereitung 51 wach. Außerdem bei Dosen über 1,5%, erhöht Isofluran Hirndurchblutung bei der Ratte 45 und stark Auswirkungen neuronale Antwort Empfindlichkeit bei der Katze auditorischen Kortex 52. An den Dosen in diesem Protokoll (0,4-0,5%) verabreicht, Isofluran dient als Stütznarkosemittel an die Primär Betäubung, Ketamin, wodurch die negativen Auswirkungen mit größeren Dosierungen verbunden zu minimieren. Propofol ist ebenfalls in funktioneller Bildgebung verwendet wurde studiert 53, aber esEs wurde gezeigt, reduzieren somatosensorischen evozierten Potentialen 45 und BOLD Antworten im auditorischen Cortex 53 in einer Dosis-abhängigen Weise. Diese Betäubung war daher nicht geeignet, die erforderliche Dauer der Sedierung bieten und gleichzeitig minimal auswirken BOLD-Antworten. Die Kombination von Ketamin und in diesem Protokoll beschriebenen Isofluran bietet somit mehrere Vorteile: (i) erzeugt es eine Zeit der tiefen Sedierung für bis zu 2,5 h, (ii) minimiert Kopfbewegung, so dass Drehbewegungen in der Regel nicht 0,3 ° und translationale überschreiten Bewegungen in der Regel nicht überschreitet 0,1 mm 43, und (iii) es minimal beeinflusst die Reaktion mit BOLD Signaländerungen von bis zu 6% beobachtet.
Eine der Herausforderungen bei der Ausführung eines Funktionsbild Studie des Hörsystems ist die Auswirkung des Hintergrundrauschens durch den MRI-Scanner auf dem gemessenen BOLD Antwort erzeugt. In diesem Verfahren wird die Schallstimulus Blockbauweise dargestellt, während funktionelle volumes kontinuierlich während der Funktionslauf erworben. (I) durch die Abschwächungseigenschaften der Schaum-Ohrstöpsel, die wirksam das Hintergrundrauschen von bis zu 30 dB zu verringern, und (ii) indem die akustischen Stimulus mit einer Intensität von etwa 90 dB: die Frage der Scannerrauschen wird auf zwei Wegen angegangen SPL. Wie in Abbildung 6 dargestellt ist, zeigt das repräsentative Beispiel, dass das BOLD-Signal effektiv beim Soundstimuluspräsentation gepaart mit kontinuierlicher Volumenerfassung moduliert. Während die kontinuierliche Volumenerfassung Methode wurde erfolgreich eingesetzt, um tonotopen Organisation 33,35,36 und Raum-Zeit-Verarbeitung 54 im auditorischen System zu untersuchen, schränkt dieser Ansatz die Untersuchung von Fragen wie die Wirkung von Reizintensität auf der BOLD Antwort. Die beschriebenen experimentellen Verfahren kann modifiziert werden, um die Auswirkungen der Scanner Lärm weiter zu reduzieren, indem die Zeit zwischen Volumen Akquisitionen und präsentiert dieSchallreiz in der resultierenden stillen Intervall. Diese "spärlich Erwerb" Konzept wurde in Gehör Studien verwendet, um die Eigenschaften des BOLD Reaktionszeit natürlich 29,41,43,55 zu beschreiben, zu den verschiedenen Regionen innerhalb des auditorischen Kortex 37,38,43,56 charakterisieren und zu untersuchen, die Wirkung der Schallintensität auf der BOLD-Antwort 39,40. Während des kontinuierlichen Volumenerfassung, mehr Volumen in kürzerer Zeit gesammelt, wodurch das Signal-zu-Rausch-Verhältnis signifikant verbessern. Die vorliegende Protokoll kann daher in Verbindung mit spärlichen Erwerb Experimente genutzt werden, um zu bestätigen, lokalisieren und klar abzugrenzen akustisch evozierte BOLD Aktivität im auditorischen Funktionsbereiche von Interesse.
Vor Erwerb funktionellen Volumina für einen Gehör Experiment ist es wichtig, das Vorhandensein des akustisch evozierten Aktivität im auditorischen Cortex zu bestätigen. BOLD-Aktivierung ist in der Regel deutlich Gehör cortex innerhalb von 45 min der Narkoseeinleitung (Abbildung 1). Während es wahrscheinlich ist, dass signifikante BOLD-Aktivierung kann früher in dem Experiment beobachtet werden, wurden keine funktionellen Läufe vor diesem 45 min Verzögerung aufgrund der Zeit, für die Tiervorbereitung und Sammlung des anatomischen Scan erforderlich gesammelt. Um die Datenerfassung zu optimieren, kann jeder Funktionslauf konstruiert werden, um die Anzahl der für jeden Stimulus Zustand gesammelt Volumen zu maximieren. Dies kann durch Modifizierung des Verfahrens in einigen Punkten erzielt werden. Erstens kann die erforderliche Zeit, um jedes Volumen sammeln durch Verringerung des Sichtfelds der funktionellen Bildscheiben reduziert werden. Die vorliegende Verfahren beschreibt die Übernahme der gesamten Gehirns Bilder. Stattdessen können die Grenzen des 3-D Volumenfunktions an die anatomischen Grenzen des räumlich lokalisierten auditorischen Cortex ausgerichtet werden. Zweitens kann der Volumenerfassungszeit auch durch die Verringerung der Auflösung in der Ebene reduziert werden. Jedoch eine Auflösung in der Ebene von mindestens 0,75 mm 2 erscheint ausreichend, um regionale Unterschiede in der Funktionalität innerhalb des auditorischen Kortex lösen. Wenn eine Erhöhung der Auflösung in der Ebene gewünscht wird, kann die entsprechende Erhöhung des Volumenerfassungszeit durch die Anzahl der Scheiben in der 3-D Funktions Volumen verringert und stattdessen die sich auf einen bestimmten Teilbereich innerhalb des auditorischen Cortex ausgeglichen .
Insgesamt ist die nicht-invasive Natur der fMRI erleichtert wiederholte funktionelle Experimente bei einem Tier über einen längeren Zeitraum. Diese Technik ist daher ideal für Längs Untersuchungen, die Datenerfassung erfordern zu mehreren Zeitpunkten und können möglicherweise die Anzahl der Tiere wegen einer Studie erforderlich.
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Disclosures
Die Autoren erklären, von Interesse, finanziellen oder sonst keine Konflikte.
Acknowledgments
Die Autoren möchten die Beiträge von Kyle Gilbert, der die benutzerdefinierte HF-Spule entwickelt, und Kevin Barker, der die MRI-kompatiblen Schlitten entworfen bestätigen. Diese Arbeit wurde von der Canadian Institutes of Health Research (CIHR), Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC) und Kanada Foundation for Innovation (CFI) unterstützt.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Materials | |||
| Atropine sulphate injection 0.5 mg/ml | Rafter 8 Products | ||
| Acepromazine 5 mg/ml | Vetoquinol Inc. | ||
| Ketamine hydrochloride 100 mg/ml | Bimeda-MTC | ||
| Dexmedetomidine hydrochloride (Dexdomitor 0.5 mg/ml) | Orion Pharma | ||
| Isoflurane 99.9% | Abbott Laboratories | ||
| Lidocaine (Xylocaine endotracheal 10 mg/metered dose) | Astra Zeneca | ||
| Lubricating opthalmic ointment (Refresh Lacri Lube) | Allergan Inc. | ||
| Saline 0.95% | |||
| IV Catheter 22 g (wings) | |||
| IV Extension Set | Codan US Corp. | BC 269 | |
| IV Administration Set 10 drips/ml | |||
| Endotracheal tube 4.0 | |||
| Heating pads (Snuggle Safe) | Lenric C21 Ltd. | ||
| Syringe 60 ml | |||
| Equipment | |||
| External sound card | Roland Corporation | Cakewalk UA-25EX | |
| Stereo power amplifier | Pyle Audio Inc. | Pyle Pro PCAU11 | |
| MRI-compatible insert earphone system | Sensimetric Corporation | Model S14 | |
| Foam ear tips for insert earphones | E-A-R Auditory Systems | Earlink 3B | |
| End-tidal CO2 monitor | Nellcor | N-85 | |
| MRI-compatible pulse oximeter | Nonin Medical Inc. | Model 7500 | |
| Syringe pump | Harvard Apparatus | 70-2208 | |
References
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