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Neuroscience

听觉皮层在成年猫用高场磁共振成像功能成像

Published: February 19, 2014 doi: 10.3791/50872
Automatic Translation
1,6, 5, 5, 1,6, 3,4,5, 1,2,4,5,6,7
1Department of Physiology and Pharmacology, University of Western Ontario, 2Department of Psychology, University of Western Ontario, 3Department of Medical Biophysics, University of Western Ontario, 4Brain and Mind Institute, University of Western Ontario, 5Centre for Functional and Metabolic Mapping, Robarts Research Institute, University of Western Ontario, 6Cerebral Systems Laboratory, University of Western Ontario, 7National Centre for Audiology, University of Western Ontario

Summary

听觉系统在哺乳动物中的功能研究传统上使用诸如电生理记录空间为重点的技术进行的。以下协议描述可视化诱发血流动力学行为的大型图案的猫听觉皮层使用功能性磁共振成像的方法。

Abstract

感觉处理的哺乳动物听觉系统现有的知识主要来自于各种动物模型的电生理研究，包括猴子，白鼬，蝙蝠，老鼠和猫。为了画听觉功能的人类和动物模型之间合适的相似之处，它可以建立人体功能成像研究和动物的电生理研究之间的桥梁是非常重要的。功能磁共振成像（fMRI）是测量整个大脑皮层的不同区域广泛血流动力学活动模式的建立，微创的方法。这种技术被广泛用于探测在人类大脑感觉功能，是在连接听觉处理的研究在人类和动物的有用工具，并已成功地用于研究在猴和啮齿动物的听觉功能。以下协议描述了一个实验过程中麻醉的成人调查听觉功能猫用功能磁共振成像测量听觉皮层刺激诱发血流动力学改变。这种方法有利于在不同的车型听觉功能的血流动力学反应从而导致更好地理解哺乳动物的听觉皮层的种类无关的特性比较。

Introduction

听觉处理哺乳动物目前的了解主要来自侵入性电生理研究在猴子1-5，6-10鼬，蝙蝠11-14，15-19啮齿动物，和猫20-24。电生理技术通常利用细胞外微电极周围的电极尖端的神经组织的一个小的区域之内记录的单个和多个神经元的活动。建立功能成像方法，如光学成像和功能磁共振成像（fMRI）技术，通过提供同步驱动的活动的宏观角度来看整个大脑的多个空间上不同的区域作为有益的补充到细胞外记录。内在信号光学成像有利于通过测量表面组织的反射特性与活动相关的大脑的变化诱发的活动可视化，同时利用功能磁共振成像的血氧水平依赖（BOLD）对比来测量大脑区域的刺激，诱发血流动力学改变一个特定的任务时被激活。光学成像需要的皮质表面的直接接触措施表面组织反射率有关系的刺激诱 ​​发的活动25的变化。相比较而言，功能磁共振成像是无创和利用的缺氧血顺磁特性，以在一个完整的颅骨测量两个皮质表面26-28和沟系27,29诱发活性。在非人灵长类视觉皮层30和人类听觉皮层31的BOLD信号和神经活动之间的强相关性验证的功能磁共振成像研究感觉功能的有用工具。由于磁共振成像已被广泛用于研究听觉通路如tonotopic组织32-36，听觉功能37的不对称，皮层激活的模式，识别皮层区域38，声音效果的特征在听反应特性的39,40，和大胆的响应时间当然29,41在人，猴和大鼠模型，合适的功能成像协议，研究听觉功能在猫的发展将提供一个有益的补充的强度特性该功能成像文学。而功能磁共振成像也被用来探索在被麻醉的猫26-28,42视觉皮层的各种功能方面，一些研究已经使用这种技术来检查感觉处理在猫听觉皮层。本议定书的目的是建立利用fMRI来量化函数在麻醉猫的听觉皮层的有效方法。在这个手稿中概述的程序已经实验成功地用来形容在成年猫的听觉皮层43的BOLD响应时间过程的功能。

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Protocol

下面的过程可以应用到任何成像实验，其中麻醉猫的使用。这是特别需要的听觉实验（步骤1.1-1.7，2.8，4.1）的步骤可以被修改以适应其它感官刺激协议。

所有实验程序收到来自动物使用小组委员会大学动物保护协会在西安大略大学的批准，随后由加拿大动物保护协会（CCAC）44规定的准则。概述的实验需要约150分钟从动物准备恢复。实验的时间过程示于图1。

1。刺激设备准备

图2示出了电子元件和需要用于产生听觉刺激在MRI扫描仪的相应连接。的要求为follows：一台电脑，一个外置声卡，立体声功放和功能磁共振成像兼容的耳机系统。

  1. 连接将用于呈现听觉刺激，通过通用串行总线（USB）电缆的外置声卡的电脑。
  2. 连接连接外置声卡的输出端口到立体声功率放大器的输入端口的电缆。
  3. 附加连接立体声功率放大器的输出端口到fMRI的兼容耳机系统的变压器箱的输入端口的电缆。
  4. 连接双耳式耳机，以在变压器箱的输出端口。
  5. 使用屏蔽同轴电缆的BNC连接到变压器箱连接到穿透面板扫描仪的房间外面。
  6. 耳机线缆组件连接到面板渗透率扫描仪房间内的相应的BNC端口。
  7. 连接泡沫耳塞的耳机，然后连接耳机吨Ø电缆组件。运行测试听觉刺激来确认声音被从计算机发送到耳机。拔下耳机，并在动物准备阶段（步骤2.7）插入泡沫耳塞牢固地插入猫的耳朵。

2。动物的制备

  1. 要premedicate猫，通过皮下（SC）注射给药的硫酸阿托品镇静剂混合物（0.02毫克/千克）和乙酰丙嗪（0.02毫克/千克）。
  2. 20分钟后，通过肌肉注射（IM）注射诱导麻醉管理氯胺酮（4毫克/千克）和盐酸右美托咪（0.02-0.03毫克/千克）。氯胺酮通常结合了镇静剂和肌肉松弛剂，在这种情况下，右美托咪盐酸盐，以减少震颤和肌强直时氯胺酮单独45使用通常观察到的。这麻醉组合通常导致约150分钟的镇静和常用于兽医实践以诱导麻醉在小动物。
  3. 一旦猫已经失去了其翻正反射，适用眼药膏的眼睛，以防止在手术过程中干燥。将留置导管的内侧大隐静脉的静脉输送氯胺酮。
  4. 按捏的前爪然后观察猫是否撤回其爪子脚趾测试成功的麻醉诱导。一旦踏板反射消失，喷洒利多卡因入咽壁，然后插管猫用4.0-4.5气管插管抑制呕吐反射。
  5. 维持麻醉贯穿了氯胺酮在1-1.5升/分钟输送在100％氧的恒定速率输注（0.6-0.75毫克/千克/小时）和吸入异氟烷（0.4-0.5％）的成像会话。结合在60毫升注射器60毫升盐水和0.07毫升氯胺酮然后将注射器中的注射泵。这个步骤可以premedicating猫之前进行。
  6. 将温蜡填充加热垫的MRI兼容S的地板导致（ 图3a和3c），那么层周围的雪橇的内壁绝缘塑料泡沫包装。
  7. 将猫在MRI兼容的雪橇（ 图3c）的绝缘泡沫包装内的胸骨位置。
  8. 一旦猫被定位，调整头部来访问的耳朵。滚动泡沫耳塞到尽可能最小的直径，然后将每个耳塞深入耳道。一旦插入，泡沫耳塞应该扩大到耳道内填补空间。
  9. 调整猫直至其头正确地定位在3通道的射频（RF）线圈（ 图3b）内。稳定的脑袋声学阻尼记忆海绵（ 图3d）。将耳朵周围的泡沫提供了扫描仪噪音的附加衰减。
  10. 包裹猫在绝缘塑料泡沫包装，然后固定和运输的雪橇到扫描仪床上的毯子。
  11. 输液线，麻醉剂输送管和监控设备连接到猫。将耳机连接到附连到渗透面板的耳机电缆组件。
  12. 启动氯胺酮输注的0.6毫克/公斤/小时的基流量然后根据需要根据麻醉深度增加流速。设置初始剂量异氟醚0.5％再下降到0.4％，一旦解剖扫描已收集。
  13. 监视和管理整个用核磁共振成像兼容的监控设备定位在距扫描器孔适当距离的实验记录猫的血氧饱和度，呼气末二氧化碳水平，心脏速率，呼吸和直肠温度（如果可能）。 表1列出了平均值和生理测量成功执行此过程的范围。稳步增加心脏速率和呼吸通常与从麻醉中复苏在即关联。
  14. 之后的S易讯网络建成后，从雪橇取出的猫。继续提供补充采暖用电热垫和毛巾，直到动物完全恢复。一旦咽反射的回报，取出气管导管。监视猫直到翻正反射恢复则动物返回到设备。在手术后的天评估的动物，以确保从该实验没有不良影响。

3。脑成像

  1. 收集猫的大脑解剖扫描的轴向切片方向。使用下面的成像参数解剖参考量：用TR = 750毫秒的FLASH成像序列，TE = 8毫秒，矩阵= 256×256，采集体素大小= 281微米×281微米×1.0毫米。解剖扫描的持续时间是约6分钟。 图4（左面板）提供了一种使用指定的参数获得的样品解剖图像切片。
  2. 使用该函数的成像参数NAL卷：分段交错平面回波采集（EPI）与TR = 1,000毫秒，TE = 15毫秒，3段/面，21×1毫米的切片;矩阵= 96×96;视野中= 72毫米x 72毫米;采集体素大小为0.75毫米×0.75毫米×1.0毫米，采集时间= 3秒/体积图4（右图）提供使用指定的参数得到的样品功能图像切片。

4。刺激呈现

  1. 在其中的听觉刺激播放30秒的块的设计提出了宽带白噪声刺激（0-25千赫，100毫秒连发5毫秒的上升/下降时间，1演示每200毫秒，90-100分贝声压级）和交替用30秒的基线（无刺激）条件（ 图5）。重复此步骤，直到听觉诱发BOLD活动是在听觉皮层观察。各功能运行使用区组设计的持续时间是90卷约4.5分钟。
  2. 呈现刺激的APpropriate块设计配置功能运行所需的号码。

5。数据分析

  1. 选择合适的功能磁共振成像分析软件（ 如 SPM，FSL）来处理收购功能的卷。
  2. 重新调整各功能音量收购最接近的时间参考解剖扫描量。除使用所产生的动作修正值在步骤5.6。排除任何功能性试验，其中旋转头部运动超过1°或平头动超过1mm。
  3. Coregister每个卷的参考解剖扫描。
  4. 平滑每个卷带2毫米全宽半高（FWHM）高斯滤波器。
  5. 合并方波（棚车）函数对应于ON-OFF刺激块设计为回归到一般线性模型（GLM）。
  6. 包括运动校正值不感兴趣的占运动有关的文物回归。申请进行u的p ncorrected统计临界值= 0.001到GLM结果，查看集群的BOLD激活。确定满足修正的最小簇的大小（家庭明智的错误：FWE）P <0.05在集群级别的门槛。设置群集程度阈值这个值来查看统计显著集群地区的利益。
  7. 在每个体素的过程中在基准块的刺激块和平均BOLD信号的平均BOLD信号之间的差值定义的BOLD信号百分比变化（PSC）。

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Representative Results

代表功能的数据是在一个7T水平孔扫描仪获取并使用统计参数映射工具箱在MATLAB中进行分析。在猫中使用所描述的实验方案43健壮皮质的血液动力学反应，听觉刺激一直被观察到。 图6示出了BOLD激活在2只动物在响应于一个30秒的宽带噪声刺激在一个块中的设计呈现。宽带噪声与基线（无刺激）的T型统计图2中的图像切片平面的对比揭示了在听觉皮层（ 图6a和6d双侧听觉诱发活动的连续的簇，簇级FWE校正门限：P <在BOLD信号，单官能运行过程中，在图6a和6d中的突出体素分别0.05）， 图6b和图6E示出的调制。与方波一般线性模型拟合，人们应该期待的BOLD信号的听觉刺激的类似块的ON-OFF模式的方式每个演示过程中进行调制相对于基线（无刺激条件）设计图6c和1207米说明正常化的平均BOLD信号基线的BOLD响应的事件相关的平均时间的课程。在这些实例中，BOLD信号呈现显著增加相对于基线3-6秒的刺激后发病。这增加的BOLD信号通常维持整个听觉刺激呈现然后下降到基线值6秒后刺激所抵消。

生理参数 正常范围 平均值（实验）乙
心脏率 110-226次/分 143±4.1次/分
呼吸速率 20-40次/分 21±1.6次/ min
呼气末二氧化碳 35-45毫米汞柱 30±1.7毫米汞柱
血液氧饱和度 90-100％57 92±1.2％
肛温 38.5±0.5°C N / A

表1中。由N = 7只猫获得超过正常范围的清醒猫和麻醉猫的功能磁共振成像过程中测量的生理参数的平均值。由加拿大动物保护协会制定的规则获得一个正常的范围。44 B的平均值（±标准差） 20成像会议。

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图1。实验的时间过程。的实验步骤中的每一步沿着时间线（分钟）相对于绘制到在其前用药的给药时间。

图2
图2。听觉刺激的生产设备。在实验方案中使用（a）电子部件（B）的每个组件之间的连接的框图。在扫描室和电脑室之间穿透面板核磁共振兼容的耳机系统接口的变压器箱和电缆组件。

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图3。实验装置。猫在雪橇其头部在3条第（一 ​​）MRI兼容的雪橇。（二）3通道猫头射频线圈。麻醉猫位于雪橇（三）侧视图。（四）前视图通道射频线圈（改编自布朗等人 。43）。

图4
图4。解剖（左）和所显示的切片的功能（右）使用一个3通道的RF线圈在一个7T横孔扫描仪获得的图像切片。近似位置的例子上，叠置猫右半球的侧视图。答：前，P：后路，L：左，R：右。


图5。块的设计刺激呈现。基线（ 即无刺激） 的示意图块相间的听觉刺激呈现的30秒块。功能卷在运行过程中不断获得（每3秒）。助教：收购量的持续时间。 TS：刺激块的持续时间。

图6
图6。的BOLD响应宽带噪声刺激的典型例子。（一），（四）T检验的宽带噪声（BBN）地图与基线（无刺激）的对比叠加在轴向（水平）解剖图像SL冰。上文（a）及（d）显示切片大致位置覆盖在猫右半球的横向视图。（二），（五）原BOLD信号的时间课程（中卷）在（a）和突出体素（四）分别为一个单一的功能性来看（90卷）。（三），（六）事件相关的在（a）及（四）突出体素的平均BOLD响应时间的课程（以秒计）分别为前，中，后一个刺激块。灰色条表示听觉刺激呈现的时间。答：前，P：后路，L：左，R：右点击这里查看大图 。

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Discussion

在设计的功能磁共振成像实验听觉功能的麻醉动物模型中，以下问题应慎重考虑：麻醉（i）于皮层反应的影响，背景扫描仪噪音（II）的影响，及（iii）优化实验过程的数据采集阶段。

而麻醉制剂生产提供的镇静长时间和功能成像会议期间尽量减少潜在的头部运动的重要优势，麻醉是众所周知的影响皮质的血流动力学。在此协议中描述的麻醉药电（氯胺酮）是常用和猫分别为46-48听觉和视觉皮层26-28,42功能成像（异氟烷）的研究。虽然氯胺酮是已知最小的影响皮层自发活动49，它已被证明是降低脑代谢，从而在H在剂量为10毫克在大鼠听觉皮层emodynamic响应/公斤50。然而，在建议的在此过程中（4毫克/千克）的剂量下，高达6％的BOLD信号的变化已经在猫听觉皮层中观察到响应于声刺激43。异氟醚是常用的探索猫视觉皮层的功能方面，但是，它也已显示时相比，醒制备51，以减少在猫视觉皮层的血液动力学反应的幅度。此外，在剂量高于1.5％时，异氟烷增加脑血流在大鼠和45在猫听觉皮层52严重影响神经元的响应灵敏度。在施用在此协议（0.4-0.5％）的剂量下，异氟醚作为支撑麻醉剂到主麻药，氯胺酮，从而最大限度地减少与较大剂量相关联的负面影响。普鲁泊福也已经在功能性成像研究中使用53，但是，它已经证明，以减少体感以剂量依赖的方式诱发电位45和BOLD信号在听觉皮层53。这种麻醉剂，因此，不适合提供镇静所需的时间，同时最低限度地影响BOLD信号。氯胺酮和在此协议中描述的异氟醚的组合从而提供了几个优点：（i）其产生期间深镇静长达2.5小时，（ii）其最小化头部运动，使得旋转运动通常不超过0.3°及平移运动通常不超过0.1毫米43，和（iii）其最低限度地影响了BOLD与被观察到最多6％的信号变化的响应。

一种在执行听觉系统的功能图像研究的挑战是由所测量的BOLD响应MRI扫描仪产生的背景噪声的影响。在此过程中，声音刺激是在一个块设计而官能volumes功能运行过程中不断获得。通过的泡沫耳塞的衰减特性而由高达30 dB有效地减少背景噪声和（ii）以呈现声音刺激以大约90 dB的强度（I）：扫描器噪声的问题已在两种方式SPL。 如图6所示 ，有代表性的例子表明，BOLD信号在声音刺激呈现成对连续容积采集有效地进行调制。而连续容积采集方法已成功地应用在听觉系统调查tonotopic组织33,35,36和时空处理54，这种做法限制了诸如刺激强度对BOLD响应的影响问题进行调查。所描述的实验步骤，可以进行修改，以通过增加体积采集之间​​的时间，并提出进一步降低扫描器噪声的影响在产生的沉默间隔声音刺激。这个'稀疏采集“的方法已被广泛使用在听觉研究以描述BOLD响应时间过程29,41,43,55的属性，以听觉皮层37,38,43,56内不同区域的特征，并研究了声强对BOLD响应39,40的效果。在连续收购量，更多的卷被收集在一个较短的时间段，从而显著提高了信号的信噪比。本协议，因此可以用在有稀疏采集实验相结合，以确认，定位和明确界定听觉诱发BOLD活动感兴趣的听觉功能区。

在此之前获得的功能体积为听觉实验，以确认听觉诱发活动在听觉皮层的存在是很重要的。 BOLD激活通常是显而易见的，在听觉科尔特x在麻醉诱导45分钟（ 图1）。虽然这是可能的显著BOLD激活可以在较早的实验中观察到的，没有任何功能的运行，收集在此之前的45分钟延迟由于需要动物制备的解剖扫描和收集的时间。为了优化数据收集，每一个功能的运行可以构造最大限度​​地收集每个刺激条件下的卷数。这可以通过修改在几个方面的程序来实现。首先，收集各体积所需的时间可以通过减小视功能的图像切片的字段被减小。本程序描述了收购全脑图像。相反，该​​3-D功能的卷的边界可以被对准到空间定位的听觉皮层的解剖边界。第二，该卷的采集时间，也可以通过减小在平面分辨率降低。然而，在面内分辨率的至少0.75米平方公尺似乎足以解决的听觉皮层中的功能区域差异。如果增加的面内分辨率是理想，在容积采集时间的相应增加可以通过降低片的数目的3-D功能的体积内，而只着眼于特定的子区域的听觉皮层中进行平衡。

总的来说，磁共振成像的非侵入性的性质，有利于以上的长时间的重复功能实验在单个动物。因此，这种技术是非常适合于那些需要数据采集在多个时间点，并且可以潜在地减少需要一个给定研究的动物数目纵向调查。

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Disclosures

作者申报利益，财务或其他方面没有冲突。

Acknowledgments

作者要感谢凯尔吉尔伯特，谁设计的定制射频线圈，和凯文·巴克，是谁设计的MRI兼容雪橇的贡献。这项工作是由健康研究加拿大学院（CIHR），加拿大自然科学和（NSERC）工程研究理事会，加拿大创新基金会（CFI）的支持。

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

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References

  1. Kaas, J. H., Hackett, T. A. Subdivisions of auditory cortex and processing streams in primates. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 97, 11793-11799 (2000).
  2. Kusmierek, P., Rauschecker, J. P. Functional Specialization of Medial Auditory Belt Cortex inthe Alert Rhesus Monkey. J. Neurophysiol. 102, 1606-1622 (2009).
  3. Recanzone, G. H., Guard, D. C., Phan, M. L. Frequency and Intensity Response Properties of Single Neurons in the Auditory Cortex of the Behaving Macaque Monkey. J. Neurophysiol. 83, 2315-2331 (2000).
  4. Godey, B., Atencio, C. A., Bonham, B. H., Schreiner, C. E., Cheung, S. W. Functional organization of squirrel monkey primary auditory cortex: Responses to frequency-modulation sweeps. J. Neurophysiol. 94, 1299-1311 (2005).
  5. Tian, B., Rauschecker, J. P. Processing of frequency-modulated sounds in the lateral auditory belt cortex of the rhesus monkey. J. Neurophysiol. 92, 2993-3013 (2004).
  6. Mrsic-Flogel, T. D., Versnel, H., King, A. J. Development of contralateral and ipsilateral frequency representations in ferret primary auditory cortex. Eur. J. Neurosci. 23, 780-792 (2006).
  7. Elhilali, M., Fritz, J. B., Chi, T. -S., Shamma, S. A. Auditory Cortical Receptive Fields: Stable Entities with Plastic Abilities. J. Neurosci. 27, 10372-10382 (2007).
  8. Shamma, S. A., Fleshman, J. W., Wiser, P. R., Versnel, H. Organization of Response Areas in Ferret Primary Auditory Cortex. J. Neurophysiol. 69, 367-383 (1993).
  9. Kowalski, N., Versnel, H., Shamma, S. A. Comparison of Responses in the Anterior and Primary Auditory Fields of the Ferret Cortex. J. Neurophysiol. 73, 1513-1523 (1995).
  10. Nelken, I., Versnel, H. Responses to linear and logarithmic frequency-modulated sweeps in ferret primary auditory cortex. Eur. J. Neurosci. 12, 549-562 (2000).
  11. Shannon-Hartman, S., Wong, D., Maekawa, M. Processing Of Pure-Tone And FM Stimuli In The Auditory Cortex Of The FM Bat, Myotis lucifugus. Hearing Res. 61, 179-188 (1992).
  12. Razak, K. A., Fuzessery, Z. M. Neural Mechanisms Underlying Sensitivity for the Rate and Direction of Frequency-Modulated Sweeps in the Auditory Cortex of the Pallid. J. Neurophysiol. 96, 1303-1319 (2006).
  13. Razak, K. A., Fuzessery, Z. M. GABA Shapes Selectivity for the Rate and Direction of Frequency-Modulated Sweeps in the Auditory Cortex. J. Neurophysiol. 102, 1366-1378 (2009).
  14. Suga, N. Functional Properties of Auditory Neurones in the Cortex of Echo-Locating Bats. J. Physiol. 181, 671-700 (1965).
  15. Harrison, R. V., Kakigi, A., Hirakawa, H., Harel, N., Mount, R. J. Tonotopic mapping in auditory cortex of chinchilla. Hearing Res. 100, 157-163 (1996).
  16. Benson, D. A., Teas, D. C. Single Unit Study of Binaural Interaction in the Auditory Cortex of the Chinchilla. Brain Res. 103, 313-338 (1976).
  17. Ricketts, C., Mendelson, J. R., Anand, B., English, R. Responses to time-varying stimuli in rat auditory cortex. Hearing Res. 123, 27-30 (1998).
  18. Gaese, B. H., Ostwald, J. Temporal Coding of Amplitude and Frequency Modulation in the Rat Auditory Cortex. European J. Neurosci. 7, 438-450 (1995).
  19. Hage, S. R., Ehret, G. Mapping responses to frequency sweeps and tones in the inferior colliculus of house mice. Eur. J. Neurosci. 18, 2301-2312 (2003).
  20. Merzenich, M. M., Knight, P. L., Roth, G. L. Representation of Cochlea Within Primary Auditory Cortex in the Cat. J. Neurophysiol. 38, 231-249 (1975).
  21. Knight, P. L. Representation of the Cochlea within the Anterior Auditory Field (AAF) of the Cat. Brain Res. 130, 447-467 (1977).
  22. Sutter, M. L., Schreiner, C. E., McLean, M., O'Connor, K. N., Loftus, W. C. Organization of Inhibitory Frequency Receptive Fields in Cat Primary Auditory Cortex. J. Neurophysiol. 82, 2358-2371 (1999).
  23. Whitfield, I. C., Evans, E. F. Responses of Auditory Cortical Neurons to Stimuli of Changing Frequency. J. Neurophysiol. 28, 655-672 (1965).
  24. Mendelson, J. R., Cynader, M. S. Sensitivity of cat primary auditory cortex (AI) neurons to the direction and rate of frequency modulation. Brain Res. 327, 331-335 (1985).
  25. Pouratian, N., Toga, A. W. Brain Mapping: The Methods. Toga, A. W., Mazziotta, J. C. , Academic Press. 97-140 (2002).
  26. Harel, N., Lee, S. P., Nagaoka, T., Kim, D. S., Kim, S. G. Origin of negative blood oxygenation level-dependent fMRI signals. J. Cereb. Blood Flow Metab. 22, 908-917 (2002).
  27. Olman, C., Ronen, I., Ugurbil, K., Kim, D. S. Retinotopic mapping in cat visual cortex using high-field functional magnetic resonance imaging. J. Neurosci. Methods. 131, 161-170 (2003).
  28. Kim, D. S., Duong, T. Q., Kim, S. G. High-resolution mapping of iso-orientation columns by fMRI. Nat. Neurosci. 3, 164-169 (2000).
  29. Belin, P., Zatorre, R. J., Hoge, R., Evans, A. C., Pike, B. Event-related fMRI of the auditory cortex. NeuroImage. 10, 417-429 (1999).
  30. 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).
  31. Mukamel, R., et al. Coupling between neuronal firing, field potentials, and fMR1 in human auditory cortex. Science. 309, 951-954 (2005).
  32. Bilecen, D., Scheffler, K., Schmid, N., Tschopp, K., Seelig, J. Tonotopic organization of the human auditory cortex as detected by BOLD-FMRI. Hearing Res. 126, 19-27 (1998).
  33. Talavage, T. M., Ledden, P. J., Benson, R. R., Rosen, B. R., Melcher, J. R. Frequency-dependent responses exhibited by multiple regions in human auditory cortex. Hearing Res. 150, 225-244 (2000).
  34. Talavage, T. M., et al. Tonotopic organization in human auditory cortex revealed by progressions of frequency sensitivity. J. Neurophysiol. 91, 1282-1296 (2004).
  35. Wessinger, C. M., Buonocore, M. H., Kussmaul, C. L., Mangun, G. R. Tonotopy in human auditory cortex examined with functional magnetic resonance imaging. Human Brain Map. 5, 18-25 (1997).
  36. Cheung, M. M., et al. BOLD fMRI investigation of the rat auditory pathway and tonotopic organization. NeuroImage. 60, 1205-1211 (2012).
  37. Langers, D. R. M., van Dijk, P., Backes, W. H. Lateralization connectivity and plasticity in the human central auditory system. NeuroImage. 28, 490-499 (2005).
  38. Petkov, C. I., Kayser, C., Augath, M., Logothetis, N. K. Functional imaging reveals numerous fields in the monkey auditory cortex. PLoS Biol. 4, 1213-1226 (2006).
  39. Tanji, K., et al. Effect of sound intensity on tonotopic fMRI maps in the unanesthetized monkey. NeuroImage. 49, 150-157 (2010).
  40. Zhang, J. W., et al. Functional magnetic resonance imaging of sound pressure level encoding in the rat central auditory system. NeuroImage. 65, 119-126 (2013).
  41. Baumann, S., et al. Characterisation of the BOLD response time course at different levels of the auditory pathway in non-human primates. NeuroImage. 50, 1099-1108 (2010).
  42. Jezzard, P., Rauschecker, J. P., Malonek, D. An in vivo model for functional MRI in cat visual cortex. Magn. Reson. Med. 38, 699-705 (1997).
  43. Brown, T. A., et al. Characterisation of the blood-oxygen level-dependent (BOLD) response in cat auditory cortex using high-field fMRI. NeuroImage. 64, 458-465 (2013).
  44. Olfert, E. D., Cross, B. M., McWilliam, A. A. Canadian Council on Animal Care. 1, Ottawa, Ontario. (1993).
  45. Franceschini, M. A., et al. The effect of different anesthetics on neurovascular coupling. NeuroImage. 51, 1367-1377 (2010).
  46. Heil, P., Irvine, D. R. F. Functional specialization in auditory cortex: Responses to frequency-modulated stimuli in the cat's posterior auditory field. J. Neurophysiol. 79, 3041-3059 (1998).
  47. Norena, A. J., Gourevitch, B., Pienkowski, M., Shaw, G., Eggermont, J. J. Increasing spectrotemporal sound density reveals an octave-based organization in cat primary auditory cortex. J. Neurosci. 28, 8885-8896 (2008).
  48. Pienkowski, M., Eggermont, J. J. Long-term, partially-reversible reorganization of frequency tuning in mature cat primary auditory cortex can be induced by passive exposure to moderate-level sounds. Hearing Res. 257, 24-40 (2009).
  49. Zurita, P., Villa, A. E. P., de Ribaupierre, Y., de Ribaupierre, F., Rouiller, E. M. Changes of single unit activity in the cat auditory thalamus and cortex associated with different anesthetic conditions. Neurosci. Res. 19, 303-316 (1994).
  50. Crosby, G., Crane, A. M., Sokoloff, L. Local changes in cerebral glucose-utilization during ketamine anesthesia. Anesthesiology. 56, 437-443 (1982).
  51. Zhao, F., Jin, T., Wang, P., Kim, S. -G. Isoflurane anesthesia effect in functional imaging studies. NeuroImage. 38, 3-4 (2007).
  52. Cheung, S. W., et al. Auditory cortical neuron response differences under isoflurane versus pentobarbital anesthesia. Hearing Res. 156, 115-127 (2001).
  53. Dueck, M. H., et al. Propofol attenuates responses of the auditory cortex to acoustic stimulation in a dose-dependent manner: A FMRI study. Acta Anaesthesiol. Scand. 49, 784-791 (2005).
  54. Seifritz, E., et al. Spatiotemporal pattern of neural processing in the human auditory cortex. Science. 297, 1706-1708 (2002).
  55. Hall, D. A., et al. 34;Sparse" temporal sampling in auditory fMRI. Human Brain Map. 7, 213-223 (1999).
  56. Backes, W. H., van Dijk, P. Simultaneous sampling of event-related BOLD responses in auditory cortex and brainstem. Magn. Reson. Med. 47, 90-96 (2002).
  57. Greene, S. A. In Veterinary Anesthesia and Pain Management Secrets. , Hanley & Belfus, Inc. 121-126 (2002).

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神经科学，84期，中枢神经系统，耳朵，动物实验，模型，动物，功能神经影像学，脑成像，神经系统，感觉器官，听觉皮层，BOLD信号改变，血流动力学反应，听力，声刺激
听觉皮层在成年猫用高场磁共振成像功能成像
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Brown, T. A., Gati, J. S., Hughes, S. M., Nixon, P. L., Menon, R. S., Lomber, S. G. Functional Imaging of Auditory Cortex in Adult Cats using High-field fMRI. J. Vis. Exp. (84), e50872, doi:10.3791/50872 (2014).

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