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Neuroscience

Imagerie fonctionnelle du cortex auditif chez chats adultes à l'aide de haut-champ IRMf

Published: February 19, 2014
doi:
10.3791/50872
, , , , ,
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

Les études fonctionnelles du système auditif chez les mammifères ont toujours été menées en utilisant des techniques spatialement ciblées telles que des enregistrements électrophysiologiques. Le protocole suivant décrit une méthode de visualisation des modèles à grande échelle de l'activité hémodynamique évoquée dans le chat cortex auditif en utilisant l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle.

Abstract

Les connaissances actuelles sur le traitement sensoriel dans le système auditif des mammifères est principalement fondée sur des études électrophysiologiques dans une variété de modèles animaux, dont des singes, des furets, des chauves-souris, les rongeurs et les chats. Afin d'établir des parallèles entre les modèles appropriés humaines et animales de la fonction auditive, il est important d'établir un pont entre les études d'imagerie fonctionnelle humaines et les études électrophysiologiques animaux. Imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) est un établi, méthode peu invasive de mesure des tendances générales de l'activité hémodynamique dans les différentes régions du cortex cérébral. Cette technique est largement utilisée pour sonder la fonction sensorielle dans le cerveau humain, est un outil utile pour relier les études de traitement auditif chez les humains et les animaux et a été utilisé avec succès pour étudier la fonction auditive chez les singes et les rongeurs. Le protocole suivant décrit une procédure expérimentale pour étudier la fonction auditive chez l'adulte anesthésiéchats en mesurant les changements hémodynamiques relance évoqués dans le cortex auditif en utilisant l'IRMf. Cette méthode facilite la comparaison des réponses hémodynamiques entre les différents modèles de la fonction auditive conduisant ainsi à une meilleure compréhension des caractéristiques des espèces indépendant du cortex auditif des mammifères.

Introduction

La compréhension actuelle de traitement auditif chez les mammifères est principalement fondée sur des études électrophysiologiques invasives chez les singes 1-5, 6-10 furets, les chauves-souris, les rongeurs 11-14 15-19, 20-24 et chats. Les techniques électrophysiologiques utilisent couramment des microélectrodes extracellulaires pour enregistrer l'activité des neurones uniques et multiples dans une petite zone de tissu neural entourant la pointe de l'électrode. Établi des méthodes d'imagerie fonctionnelle, telles que l'imagerie optique et l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf), servir comme des compléments utiles à des enregistrements extracellulaires en fournissant un point de vue macroscopique de l'activité Driven simultanée sur plusieurs régions, spatialement distinctes du cerveau. Imagerie optique du signal intrinsèque facilite la visualisation de l'activité évoquée dans le cerveau en mesurant les changements liés à l'activité dans les propriétés de réflexion de la surface des tissus tout en IRMf utilise l'oxygène du sang en fonction du niveau (BOLD)Contrairement à mesurer les changements hémodynamiques relance évoqués dans les régions du cerveau qui sont actives au cours d'une tâche particulière. L'imagerie optique nécessite une exposition directe de la surface corticale à mesure les variations de la réflectance du tissu de surface qui sont liés à l'activité de relance évoqués 25. En comparaison, l'IRMf est non invasive et exploite les propriétés paramagnétiques de sang désoxygéné de mesurer à la fois la surface corticale 26-28 et 27,29 activité évoquée base du sillon au sein d'un crâne intact. De fortes corrélations entre le signal BOLD et l'activité neuronale dans le cortex visuel des primates non-humains 30 et dans le cortex auditif humain 31 valident IRMf comme un outil utile pour étudier la fonction sensorielle. Depuis IRMf a été largement utilisée pour étudier les caractéristiques de la voie auditive comme l'organisation tonotopique 32-36, la latéralisation de la fonction auditive 37, les modèles de l'activation corticale, l'identification des régions corticales 38, les effets de sonintensité sur les propriétés de réponse auditives 39,40, et les caractéristiques de la réponse bien sûr de temps BOLD 29,41 chez le rat homme, le singe, et, l'élaboration d'un protocole d'imagerie fonctionnelle appropriée pour étudier la fonction auditive chez le chat de fournir un complément utile aux la littérature d'imagerie fonctionnelle. Alors que l'IRMf a également été utilisé pour explorer divers aspects fonctionnels du cortex visuel chez le chat anesthésié 26-28,42, peu d'études ont utilisé cette technique pour examiner le traitement sensoriel chez le chat cortex auditif. Le but du présent Protocole est d'établir une méthode efficace d'utiliser l'IRMf pour quantifier la fonction dans le cortex auditif du chat anesthésié. Les procédures expérimentales décrites dans ce manuscrit ont été utilisés avec succès pour décrire les caractéristiques de l'évolution dans le temps de réponse BOLD dans le chat adulte cortex auditif 43.

Protocol

La procédure suivante peut être appliquée à n'importe quelle expérience d'imagerie dans lequel les chats anesthésiés sont utilisés. Les mesures qui sont spécifiquement nécessaires pour les expériences auditives (étapes 1.1 à 1.7, 2.8, 4.1) peuvent être modifiés pour s'adapter à d'autres protocoles de stimulation sensorielle. Toutes les procédures expérimentales ont reçu l'approbation de l'utilisation des animaux Sous-comité du Conseil de l'Univ…

Representative Results

Données fonctionnelles représentatives ont été acquises dans un scanner de forage horizontal 7T et analysées en utilisant la boîte à outils de la statistique paramétrique cartographie dans MATLAB. Réponses hémodynamiques corticales robustes à la stimulation auditive ont toujours été observés chez les chats en utilisant le protocole expérimental décrit 43. Figure 6 illustre l'activation BOLD en 2 animaux en réponse à une 30 sec bruit large bande stimulus présenté dans u…

Discussion

Dans la conception d'une expérience IRMf pour un modèle animal anesthésié de la fonction auditive, les questions suivantes devraient être soigneusement examinées: (i) l'impact de l'anesthésie sur les réponses corticales, (ii) l'effet du bruit du scanner de fond, et (iii) l'optimisation de la phase de collecte de données de la procédure expérimentale.

Bien qu'une préparation anesthésié offre l'avantage important de la production d'une période pro…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Les auteurs tiennent à souligner la contribution de Kyle Gilbert, qui a conçu la bobine RF de coutume, et Kevin Barker, qui a conçu le traîneau compatible avec l'IRM. Ce travail a été soutenu par les Instituts de recherche en santé du Canada (IRSC), en sciences naturelles et en génie du Canada (CRSNG), la Fondation canadienne pour l'innovation (FCI).

Materials

Material
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 22g (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

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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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