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Neuroscience

उच्च क्षेत्र fMRI का उपयोग वयस्क बिल्लियों में श्रवण प्रांतस्था के कार्यात्मक इमेजिंग

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

स्तनधारियों में श्रवण प्रणाली के कार्यात्मक अध्ययन परंपरागत रूप से इस तरह के electrophysiological रिकॉर्डिंग के रूप में स्थानिक केंद्रित तकनीक का उपयोग किया गया है. निम्नलिखित प्रोटोकॉल कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग का उपयोग बिल्ली श्रवण प्रांतस्था में पैदा hemodynamic गतिविधि की बड़े पैमाने पर पैटर्न दृश्यमान करने की एक विधि का वर्णन करता है.

Abstract

स्तनधारी श्रवण प्रणाली में संवेदी प्रसंस्करण के वर्तमान ज्ञान मुख्य रूप से बंदरों, ferrets, चमगादड़, मूषक, और बिल्लियों सहित पशु मॉडल की एक किस्म में electrophysiological अध्ययन से प्राप्त होती है. श्रवण समारोह के मानव और पशु मॉडल के बीच उपयुक्त समानताएं आकर्षित करने के लिए, यह मानव कार्यात्मक इमेजिंग अध्ययन और पशु electrophysiological पढ़ाई के बीच एक पुल की स्थापना के लिए महत्वपूर्ण है. कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (fMRI) सेरेब्रल कॉर्टेक्स के विभिन्न क्षेत्रों में hemodynamic गतिविधि के व्यापक पैटर्न को मापने का एक स्थापित, कम आक्रामक तरीका है. इस तकनीक का व्यापक रूप से मानव मस्तिष्क में संवेदी समारोह की जांच के लिए प्रयोग किया जाता है, मनुष्यों और पशुओं दोनों में श्रवण प्रसंस्करण की पढ़ाई को जोड़ने में एक उपयोगी उपकरण है और सफलतापूर्वक बंदरों और कृन्तकों में श्रवण समारोह की जांच के लिए इस्तेमाल किया गया है. निम्नलिखित प्रोटोकॉल anesthetized वयस्क में श्रवण समारोह की जांच के लिए एक प्रयोगात्मक प्रक्रिया का वर्णनfMRI का उपयोग श्रवण प्रांतस्था में उत्तेजना पैदा hemodynamic परिवर्तन को मापने के द्वारा बिल्लियों. इस विधि इस प्रकार स्तनधारी श्रवण प्रांतस्था की प्रजाति स्वतंत्र सुविधाओं की एक बेहतर समझ के लिए प्रमुख श्रवण समारोह के विभिन्न मॉडलों भर hemodynamic प्रतिक्रियाओं की तुलना की सुविधा.

Introduction

स्तनधारियों में श्रवण प्रसंस्करण के वर्तमान को समझने मुख्य रूप से बंदरों 1-5, ferrets 6-10, चमगादड़ 11-14, मूषक 15-19, और बिल्लियों 20-24 में आक्रामक electrophysiological अध्ययन से प्राप्त होती है. Electrophysiological तकनीकों सामान्यतः इलेक्ट्रोड टिप आसपास के तंत्रिका ऊतक के एक छोटे से क्षेत्र के भीतर एक और कई न्यूरॉन्स की गतिविधियों को रिकॉर्ड करने के लिए बाह्य microelectrodes का उपयोग. इस तरह के ऑप्टिकल इमेजिंग और कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (fMRI) के रूप में कार्यात्मक इमेजिंग तरीकों,, मस्तिष्क के कई, स्थानिक अलग क्षेत्रों में एक साथ संचालित गतिविधि का एक macroscopic परिप्रेक्ष्य प्रदान करके कोशिकी रिकॉर्डिंग के रूप में उपयोगी पूरक की सेवा की स्थापना की. FMRI रक्त ऑक्सीजन का स्तर निर्भर (बोल्ड) का इस्तेमाल करता है, जबकि आंतरिक संकेत ऑप्टिकल इमेजिंग सतह ऊतक के reflectance गुणों में गतिविधि से संबंधित परिवर्तन को मापने के द्वारा मस्तिष्क में पैदा गतिविधि के दृश्य की सुविधाकिसी विशेष कार्य के दौरान सक्रिय हैं जो मस्तिष्क क्षेत्रों में उत्तेजना पैदा hemodynamic परिवर्तन को मापने के लिए इसके विपरीत. ऑप्टिकल इमेजिंग उत्तेजना पैदा गतिविधि 25 से जुड़े हुए हैं कि सतह ऊतक reflectance में उपायों परिवर्तन करने के लिए cortical सतह के प्रत्यक्ष निवेश की आवश्यकता है. इसकी तुलना में, fMRI noninvasive है और एक अक्षुण्ण खोपड़ी के भीतर cortical सतह 26-28 और परिखा आधारित 27,29 पैदा गतिविधि दोनों को मापने के लिए ऑक्सीजन रहित रक्त की समचुंबक गुणों का लाभ उठाते. Nonhuman रहनुमा दृश्य प्रांतस्था 30 में और मानव श्रवण प्रांतस्था 31 में बोल्ड संकेत और neuronal गतिविधि बीच मजबूत सहसंबंध संवेदी समारोह का अध्ययन करने के लिए एक उपयोगी उपकरण के रूप में fMRI मान्य. FMRI ऐसे tonotopic संगठन 32-36, श्रवण समारोह 37 की lateralization, cortical सक्रियण के पैटर्न, cortical क्षेत्रों में 38 की पहचान, ध्वनि के प्रभाव के रूप में श्रवण मार्ग की सुविधाओं का अध्ययन करने के लिए बड़े पैमाने पर इस्तेमाल किया गया हैश्रवण प्रतिक्रिया गुण 39,40, और मानव, बंदर, और चूहे मॉडल, बिल्ली में श्रवण समारोह का अध्ययन करने के लिए एक उपयुक्त कार्यात्मक इमेजिंग प्रोटोकॉल के विकास के लिए एक उपयोगी पूरक प्रदान करेगा में बोल्ड प्रतिक्रिया समय पाठ्यक्रम 29,41 की विशेषताओं पर तीव्रता कार्यात्मक इमेजिंग साहित्य. FMRI भी anesthetized बिल्ली 26-28,42 में दृश्य प्रांतस्था के विभिन्न कार्यात्मक पहलुओं का पता लगाने के लिए इस्तेमाल किया गया है, जबकि कुछ अध्ययनों बिल्ली श्रवण प्रांतस्था में संवेदी प्रसंस्करण की जांच के लिए इस तकनीक का इस्तेमाल किया है. वर्तमान प्रोटोकॉल के उद्देश्य से anesthetized बिल्ली का श्रवण प्रांतस्था में समारोह यों तो fMRI का उपयोग करने का एक प्रभावी तरीका स्थापित करने के लिए है. इस पांडुलिपि में उल्लिखित प्रयोगात्मक प्रक्रियाओं को सफलतापूर्वक वयस्क बिल्ली श्रवण प्रांतस्था 43 में बोल्ड प्रतिक्रिया समय पाठ्यक्रम की विशेषताओं का वर्णन करने के लिए इस्तेमाल किया गया है.

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Protocol

निम्नलिखित प्रक्रिया बिल्लियों इस्तेमाल कर रहे हैं anesthetized जिसमें किसी भी इमेजिंग प्रयोग करने के लिए लागू किया जा सकता है. (1.1-1.7 कदम, 2.8, 4.1) विशेष रूप से श्रवण प्रयोगों के लिए आवश्यक हैं जो कदम अन्य संवेदी उत्तेजना प्रोटोकॉल को समायोजित करने के लिए संशोधित किया जा सकता है.

सभी प्रयोगात्मक प्रक्रियाओं वेस्टर्न ओंटारियो विश्वविद्यालय में पशु की देखभाल पर विश्वविद्यालय परिषद के पशु उपयोग उपसमिति से अनुमोदन प्राप्त किया और पशुओं की देखभाल पर कनाडा परिषद (CCAC) 44 द्वारा निर्दिष्ट दिशा निर्देशों का पालन किया. उल्लिखित प्रयोग वसूली करने के लिए पशु तैयारी से लगभग 150 मिनट की आवश्यकता है. प्रयोग के समय के पाठ्यक्रम चित्रा 1 में सचित्र है.

1. प्रोत्साहन उपकरण तैयारी

चित्रा 2 इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों और एमआरआई स्कैनर में एक श्रवण उत्तेजना पैदा करने के लिए आवश्यक इसी कनेक्शन से पता चलता है. आवश्यकताओं च के रूप में कर रहे हैंOLLOWS: एक कंप्यूटर, एक बाहरी साउंड कार्ड, एक स्टीरियो शक्ति एम्पलीफायर और एक fMRI संगत ईरफ़ोन प्रणाली.

  1. यूनिवर्सल सीरियल बस (यूएसबी) केबल के माध्यम से बाहरी साउंड कार्ड को श्रवण उत्तेजना पेश करने के लिए उपयोग किया जाएगा जो कंप्यूटर से कनेक्ट करें.
  2. स्टीरियो शक्ति एम्पलीफायर के इनपुट बंदरगाहों के लिए बाह्य ध्वनि कार्ड के उत्पादन बंदरगाहों को जोड़ने केबल संलग्न.
  3. FMRI संगत ईरफ़ोन प्रणाली का ट्रांसफार्मर बॉक्स के इनपुट बंदरगाहों के लिए स्टीरियो शक्ति एम्पलीफायर के उत्पादन बंदरगाहों को जोड़ने केबल संलग्न.
  4. ट्रांसफार्मर बॉक्स का उत्पादन बंदरगाहों को द्विकर्ण इयरफ़ोन कनेक्ट.
  5. इस्तेमाल की स्कैनर कमरे के बाहर प्रवेश पैनल को ट्रांसफार्मर बॉक्स से कनेक्ट करने के लिए BNC कनेक्शन के साथ समाक्षीय केबल परिरक्षित.
  6. स्कैनर कमरे के अंदर प्रवेश पैनल पर इसी BNC बंदरगाहों के लिए ईरफ़ोन केबल विधानसभा जोड़ने.
  7. इयरफ़ोन के लिए फोम कान टिप्स कनेक्ट तो इयरफ़ोन टी कनेक्टकेबल विधानसभा ओ. वह आवाज इयरफ़ोन के लिए कंप्यूटर से प्रेषित किया जा रहा है की पुष्टि के लिए एक परीक्षण श्रवण उत्तेजना चलाएँ. इयरफ़ोन डिस्कनेक्ट और पशु तैयारी चरण (चरण 2.7) के दौरान सुरक्षित रूप से बिल्ली के कान में फोम कान सुझावों को सम्मिलित करें.

2. पशु तैयारी

  1. , बिल्ली premedicate एक चमड़े के नीचे (अनुसूचित जाति) इंजेक्शन के माध्यम से atropine सल्फेट की एक शामक मिश्रण (0.02 मिलीग्राम / किग्रा) और acepromazine (0.02 मिलीग्राम / किग्रा) प्रशासन.
  2. 20 मिनट बाद, संज्ञाहरण प्रेरित करने के लिए एक इंट्रामस्क्युलर (आईएम) के इंजेक्शन के माध्यम से ketamine (4 मिलीग्राम / किग्रा) और dexmedetomidine हाइड्रोक्लोराइड (0.02-0.03 मिलीग्राम / किग्रा) प्रशासन. Ketamine आमतौर पर ketamine अकेले 45 प्रयोग किया जाता है जब सामान्यतः मनाया झटके और मांसपेशियों में कठोरता को कम करने के लिए, इस मामले, dexmedetomidine हाइड्रोक्लोराइड, एक शामक और मांसपेशियों को आराम के साथ संयुक्त है. इस संवेदनाहारी संयोजन आमतौर पर बेहोश करने की क्रिया के लगभग 150 मिनट लाती है और अक्सर प्रेरित करने के लिए पशु चिकित्सा व्यवहार में प्रयोग किया जाता हैछोटे जानवरों में संज्ञाहरण.
  3. बिल्ली इसके ठीक पलटा खो गया है, प्रक्रिया के दौरान सूखापन को रोकने के लिए आंखों को नेत्र मरहम लागू होते हैं. Ketamine की नसों में प्रसव के लिए औसत दर्जे का saphenous नस में एक निबाह कैथेटर रखें.
  4. Forepaw तो बिल्ली अपने हाथ वापस ले लेती है कि क्या देख पर एक पैर की अंगुली pinching द्वारा सफल संवेदनाहारी शामिल होने के लिए टेस्ट. पेडल पलटा गायब हो जाए, तो एक 4.0-4.5 अंतःश्वासनलीय ट्यूब के साथ बिल्ली नली लगाना ग्रसनी दीवारों पर lidocaine छिड़काव द्वारा धोखा पलटा दबाने.
  5. 1-1.5 एल / मिनट पर 100% ऑक्सीजन में दिया ketamine के एक स्थिर दर निषेचन (0.6-0.75 मिलीग्राम / किग्रा / घंटा) और साँस isoflurane (0.4-0.5%) के साथ इमेजिंग सत्र के दौरान संज्ञाहरण बनाए रखें. एक 60 मिलीलीटर सिरिंज में खारा की 60 मिलीग्राम और ketamine के 0.07 मिलीलीटर का मिश्रण तो सिरिंज पंप में सिरिंज जगह है. यह कदम बिल्ली premedicating से पहले किया जा सकता है.
  6. एमआरआई संगत है की मंजिल पर गर्म मोम से भरे हीटिंग पैड रखेंनेतृत्व में (आंकड़े 3 ए और 3 सी) तो स्लेज की आंतरिक दीवारों के आसपास इन्सुलेट प्लास्टिक बुलबुला लपेटो परत.
  7. एमआरआई संगत स्लेज (चित्रा -3 सी) में इन्सुलेट बुलबुला लपेटो भीतर एक sternal स्थिति में बिल्ली रखें.
  8. बिल्ली तैनात है एक बार, कानों तक पहुँच प्राप्त करने के लिए सिर को समायोजित. छोटी संभव व्यास में फोम कान टिप्स रोल तो गहरी कान नहर में एक कान टिप डालें. एक बार डाला, फोम कान सुझावों कान नहरों के भीतर जगह को भरने के लिए विस्तार करना चाहिए.
  9. अपने सिर ठीक से 3 चैनल रेडियो आवृत्ति (आरएफ) का तार (चित्रा 3 बी) के भीतर तैनात है जब तक बिल्ली को समायोजित करें. ध्वनिक dampening स्मृति फोम (चित्रा 3 डी) के साथ सिर को स्थिर. स्कैनर शोर के अतिरिक्त क्षीणन प्रदान करने के लिए कान के आसपास फोम रखें.
  10. फिर सुरक्षित और स्कैनर बिस्तर पर स्लेज परिवहन के प्लास्टिक बुलबुला लपेटो इन्सुलेट के कंबल में बिल्ली लपेटें.
  11. बिल्ली को जान फूंकना लाइनों, संवेदनाहारी वितरण ट्यूब और निगरानी उपकरणों कनेक्ट. प्रवेश पैनल से जुड़ी ईरफ़ोन केबल विधानसभा के लिए इयरफ़ोन कनेक्ट.
  12. संज्ञाहरण की गहराई के आधार पर आवश्यकता के रूप में 0.6 मिलीग्राम / किग्रा / घंटा के आधार प्रवाह दर पर ketamine जान फूंकना शुरू करें तो प्रवाह की दर में वृद्धि. शारीरिक स्कैन एकत्र किया गया है एक बार प्रारंभिक isoflurane खुराक 0.5% के लिए सेट तो 0.4% की कमी.
  13. मॉनिटर और स्कैनर बोर से एक उचित दूरी पर स्थित एमआरआई संगत निगरानी उपकरण का उपयोग कर प्रयोग भर में बिल्ली के रक्त में ऑक्सीजन संतृप्ति, अंत ज्वार सीओ 2 का स्तर, हृदय गति, श्वसन और गुदा तापमान (यदि संभव हो तो) रिकॉर्ड है. तालिका 1 सूचियों मूल्यों और इस प्रक्रिया के सफल क्रियान्वयन के लिए शारीरिक माप की सीमाओं मतलब. दिल की दर और श्वसन में लगातार वृद्धि आमतौर पर संज्ञाहरण से आसन्न वसूली के साथ जुड़े रहे हैं.
  14. के बादession स्लेज से बिल्ली को हटाने, पूरा हो गया है. जानवर पूरी तरह से ठीक हो जाए जब तक हीटिंग पैड और तौलिये के साथ पूरक हीटिंग प्रदान करने के लिए आगे बढ़ें. धोखा पलटा रिटर्न बार, अंतःश्वासनलीय ट्यूब हटा दें. ठीक पलटा तो सुविधा के लिए पशु वापसी बहाल है जब तक बिल्ली मॉनिटर. प्रयोग से कोई प्रतिकूल प्रभाव को सुनिश्चित करने के लिए पशु प्रक्रिया के बाद दिन का आकलन करें.

3. ब्रेन इमेजिंग

  1. एक अक्षीय टुकड़ा अभिविन्यास में बिल्ली के मस्तिष्क की संरचनात्मक स्कैन लीजिए. संरचनात्मक संदर्भ मात्रा के लिए निम्नलिखित इमेजिंग मापदंडों का उपयोग करें: टी.आर. = 750 मिसे के साथ फ्लैश इमेजिंग अनुक्रम, ते = 8 मिसे, मैट्रिक्स = 256 एक्स 256, एक्स 1.0 मिमी अधिग्रहण voxel आकार = 281 माइक्रोन x 281 माइक्रोन. शारीरिक स्कैन की अवधि लगभग 6 मिनट. 4 चित्र (बाएं पैनल) निर्दिष्ट मापदंडों का उपयोग कर प्राप्त एक नमूना संरचनात्मक छवि टुकड़ा प्रदान करता है.
  2. कार्यात्मक के लिए निम्नलिखित इमेजिंग मापदंडों का प्रयोग करेंएनएएल संस्करणों: टी.आर. = 1000 मिसे के साथ, ते = 15 मिसे, 3 खंडों / विमान, 21 x 1 मिमी स्लाइस खंडों interleaved गूंज तलीय अधिग्रहण (ईपीआई), मैट्रिक्स = 96 x 96; क्षेत्र का दृश्य = 72 मिमी x 72 मिमी, अधिग्रहण voxel आकार = x 0.75 मिमी x 1.0 मिमी 0.75 मिमी;. अधिग्रहण के समय = 3 सेकंड / भाग 4 (सही पैनल) चित्रा निर्दिष्ट मापदंडों का उपयोग कर प्राप्त एक नमूना कार्यात्मक छवि टुकड़ा प्रदान करता है.

4. उत्तेजना प्रस्तुति

  1. श्रवण उत्तेजना 30 सेकंड के लिए खेला जाता है, जिसमें एक ब्लॉक डिजाइन में एक ब्रॉडबैंड सफेद शोर प्रोत्साहन (0-25 kHz, 5 मिसे वृद्धि / कमी समय, 1 प्रस्तुति के साथ 100 मिसे फटने हर 200 मिसे, 90-100 डीबी SPL) वर्तमान और एक 30 सेकंड आधारभूत (कोई प्रोत्साहन) हालत (चित्रा 5) के साथ alternated. ध्वनिक पैदा बोल्ड गतिविधि श्रवण प्रांतस्था में मनाया जाता है जब तक इस चरण को दोहराएँ. एक ब्लॉक डिजाइन का उपयोग कर प्रत्येक कार्य रन की अवधि 90 संस्करणों के लिए लगभग 4.5 मिनट है.
  2. एपी में उत्तेजना पेशकार्यात्मक रन की वांछित संख्या के लिए propriate ब्लॉक डिजाइन विन्यास.

5. डेटा विश्लेषण

  1. का अधिग्रहण कार्यात्मक मात्रा प्रक्रिया के लिए उपयुक्त fMRI विश्लेषण सॉफ्टवेयर (जैसे एसपीएम, FSL) का चयन करें.
  2. संदर्भ संरचनात्मक स्कैन करने के लिए समय में निकटतम हासिल कर ली मात्रा करने के लिए प्रत्येक कार्य की मात्रा फिर से संगठित करना. कदम 5.6 में उपयोग के लिए जिसके परिणामस्वरूप गति सुधार मूल्यों को बचाने. घूर्णी सिर आंदोलनों 1 ° या translational सिर आंदोलनों 1 मिमी से अधिक से अधिक है जिसमें किसी भी कार्य रन बाहर निकालें.
  3. संदर्भ संरचनात्मक स्कैन करने Coregister प्रत्येक मात्रा.
  4. एक 2 मिमी पूर्ण चौड़ाई आधा अधिकतम (FWHM) गाऊसी फिल्टर के साथ प्रत्येक खंड चिकना.
  5. जनरल रेखीय मॉडल (GLM) को एक regressor रूप पर बंद उत्तेजना ब्लॉक डिजाइन से मेल खाती है जो एक वर्ग की लहर (मालगाड़ी) समारोह में शामिल.
  6. आंदोलन से संबंधित कलाकृतियों के लिए खाते में कोई रुचि regressors के रूप में गति सुधार मूल्यों को शामिल. एक यू लागू करेंपी के ncorrected सांख्यिकीय सीमा = GLM को 0,001 बोल्ड सक्रियण के समूहों को देखने के लिए यह परिणाम है. (: FWE परिवार वार त्रुटि) क्लस्टर स्तर पर पी <0.05 की दहलीज एक सही मिलता है जो छोटी से छोटी क्लस्टर के आकार का निर्धारण. हित के क्षेत्रों में सांख्यिकीय महत्वपूर्ण समूहों को देखने के लिए इस मान को क्लस्टर हद सीमा निर्धारित करें.
  7. आधारभूत ब्लॉकों के दौरान उत्तेजना ब्लॉक और मतलब बोल्ड संकेत दौरान मतलब बोल्ड संकेत के बीच अंतर के रूप में प्रत्येक voxel पर बोल्ड प्रतिशत संकेत परिवर्तन (पीएससी) को परिभाषित करें.

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Representative Results

प्रतिनिधि कार्यात्मक डेटा एक 7T क्षैतिज बोर स्कैनर में अधिग्रहण और matlab में सांख्यिकीय पैरामीट्रिक मानचित्रण उपकरण बॉक्स का उपयोग विश्लेषण किया गया. श्रवण उत्तेजना को मजबूत cortical hemodynamic प्रतिक्रियाएं लगातार वर्णित प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल 43 का उपयोग बिल्लियों में देखा गया है. 6 चित्रा एक ब्लॉक डिजाइन में प्रस्तुत एक 30 सेकंड ब्रॉडबैंड शोर उत्तेजना के जवाब में 2 जानवरों में बोल्ड सक्रियण दिखाता है. आधारभूत बनाम ब्रॉडबैंड शोर (कोई उत्तेजना) की टी आंकड़ा नक्शे 2 छवि टुकड़ा विमानों में विपरीत श्रवण प्रांतस्था (आंकड़े 6a और 6D में द्विपक्षीय ध्वनिक पैदा गतिविधि का सन्निहित समूहों प्रकट; क्लस्टर स्तर FWE को सही सीमा: पी < बोल्ड एक भी कार्यात्मक चलाने के दौरान संकेत, आंकड़े 6a और 6D में प्रकाश डाला voxels में क्रमश में 0.05). आंकड़े 6B और 6E शो modulations. एक वर्ग की लहर सामान्य रेखीय मॉडल फिट के साथ, एक बोल्ड संकेत ब्लॉक की पर बंद पैटर्न के समान तरीके में श्रवण उत्तेजना का प्रत्येक प्रस्तुति के दौरान आधारभूत (कोई प्रोत्साहन हालत) के सापेक्ष संग्राहक किया जाएगा उम्मीद करनी चाहिए कि डिजाइन. आंकड़े 6c और 6F मतलब बोल्ड आधारभूत संकेत के लिए सामान्यीकृत बोल्ड प्रतिक्रिया की घटना से संबंधित मतलब समय पाठ्यक्रम वर्णन. इन उदाहरणों में, बोल्ड संकेत उत्तेजना शुरुआत के बाद आधारभूत 3-6 सेकंड के सापेक्ष एक उल्लेखनीय वृद्धि दर्शाती है. प्रोत्साहन ऑफसेट के बाद बोल्ड संकेत में यह वृद्धि आम तौर पर श्रवण उत्तेजना प्रस्तुति भर रखा है तो आधारभूत मूल्यों को 6 सेकंड में गिरावट आती है.

शारीरिक पैरामीटर सामान्य श्रेणी के एक मतलब मूल्य (प्रयोग) बी
हार्ट दर 110-226 धड़कता / मिनट 143 ± 4.1 धड़कता / मिनट
श्वसन दर 20-40 साँस / मिनट 21 ± 1.6 साँस / मिनट
अंत ज्वार सीओ 2 35-45 मिमी पारा 30 ± 1.7 mmHg
रक्त 2 हे संतृप्ति 90-100% 57 92 ± 1.2%
गुदा तापमान 38.5 ± 0.5 डिग्री सेल्सियस N / A

तालिका 1. जाग बिल्लियों और fMRI प्रक्रिया के दौरान मापा शारीरिक मापदंड के लिए anesthetized बिल्लियों में मतलब मूल्यों में सामान्य सीमाओं. पशु की देखभाल पर कनाडा परिषद द्वारा निर्दिष्ट दिशा निर्देशों से प्राप्त एक सामान्य सीमाओं. 44 बी मीन मूल्यों (± SEM) पर एन = 7 बिल्लियों से प्राप्त 20 इमेजिंग सत्र.

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चित्रा 1. प्रयोग के समय के पाठ्यक्रम. प्रयोगात्मक प्रक्रिया में हर कदम premedication दिलाई है, जिस पर समय (मिनट में) समय रेखा रिश्तेदार के साथ साजिश रची है.

चित्रा 2
चित्रा 2. श्रवण उत्तेजना उत्पादन उपकरण. प्रयोगात्मक प्रोटोकॉल में प्रयोग किया जाता है (एक) इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों. (ख) प्रत्येक घटक के बीच कनेक्शन का आरेख. स्कैनर कमरे और कम्प्यूटर कक्ष के बीच पैठ पैनल में एमआरआई संगत ईरफ़ोन प्रणाली इंटरफेस का ट्रांसफार्मर बॉक्स और केबल विधानसभा.

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चित्रा 3. प्रायोगिक स्थापना. 3 में अपने सिर के साथ स्लेज में बिल्ली की (एक) एमआरआई संगत स्लेज. (ख) 3 चैनल बिल्ली सिर आरएफ कुंडल. स्लेज में स्थित एक anesthetized बिल्ली (ग) साइड देखें. (घ) के सामने चैनल आरएफ तार (ब्राउन एट अल. 43 से अनुकूलित).

चित्रा 4
चित्रा 4. संरचनात्मक (बाएं) और प्रदर्शित टुकड़ा के कार्यात्मक (दाएं) एक 3 चैनल आरएफ तार का उपयोग कर एक 7T क्षैतिज बोर स्कैनर में अधिग्रहीत छवि स्लाइस. अनुमानित स्थान के उदाहरण बिल्ली सही गोलार्द्ध का एक पार्श्व दृश्य पर मढ़ा है. एक: पूर्वकाल, पी: पीछे, एल: सही:, आर छोड़ दिया.


चित्रा 5. एक ब्लॉक डिजाइन उत्तेजना प्रस्तुति. बेसलाइन (यानी कोई प्रोत्साहन) के योजनाबद्ध ब्लॉक श्रवण उत्तेजना प्रस्तुति के 30 सेकंड के ब्लॉक के साथ alternated रहे हैं. कार्यात्मक संस्करणों चलाने के दौरान (हर 3 सेकंड) लगातार हासिल किया है. प्रादेशिक सेना: मात्रा अधिग्रहण की अवधि. टीएस: प्रोत्साहन ब्लॉक की अवधि.

चित्रा 6
चित्रा 6. शोर उत्तेजना ब्रॉडबैंड पर बोल्ड प्रतिक्रिया के प्रतिनिधि उदाहरण हैं. आधारभूत बनाम ब्रॉडबैंड शोर (क), (घ) टी आंकड़ा नक्शे (BBN) (कोई प्रोत्साहन) के विपरीत अक्षीय (क्षैतिज) शारीरिक छवि SL पर आरोपितices. (क) और (घ) में प्रदर्शित स्लाइस के लगभग स्थानों बिल्ली सही गोलार्द्ध का एक पार्श्व दृश्य पर मढ़ा जाता है. (ख), (ई) (क) और में डाला voxels पर (खंडों में) कच्चे बोल्ड संकेत समय पाठ्यक्रम एक भी कार्यात्मक रन (90 संस्करणों) के लिए क्रमशः (घ). (ग), (च) घटना से संबंधित के दौरान क्रमश: पहले (क) और (घ) में प्रकाश डाला voxels में (सेकंड में) बोल्ड प्रतिक्रिया समय पाठ्यक्रमों औसत और एक प्रोत्साहन ब्लॉक के बाद. ग्रे सलाखों श्रवण उत्तेजना प्रस्तुति की अवधि का प्रतिनिधित्व करते हैं. एक: पूर्वकाल, पी: पीछे, एल:, आर छोड़ दिया:. सही बड़ा आंकड़ा देखने के लिए यहां क्लिक करें .

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Discussion

श्रवण समारोह की एक anesthetized पशु मॉडल के लिए एक fMRI प्रयोग डिजाइन में, निम्न मुद्दों पर सावधानी से ध्यान दिया जाना चाहिए: cortical प्रतिक्रियाओं पर संज्ञाहरण के (मैं) प्रभाव, पृष्ठभूमि स्कैनर शोर (ii) प्रभाव, और (iii) अनुकूलन प्रयोगात्मक प्रक्रिया के डेटा संग्रह चरण की.

एक anesthetized तैयारी बेहोश करने की क्रिया की एक लम्बी अवधि के उत्पादन और एक कार्यात्मक इमेजिंग सत्र के दौरान संभावित सिर गति को कम करने के लिए महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करता है, संज्ञाहरण cortical hemodynamics प्रभावित करने के लिए जाना जाता है. इस प्रोटोकॉल में वर्णित एनेस्थेटिक्स सामान्यतः बिल्ली श्रवण 46-48 और दृश्य प्रांतस्था 26-28,42 के कार्यात्मक इमेजिंग (isoflurane) पढ़ाई क्रमशः electrophysiological (ketamine) में उपयोग किया जाता है. Ketamine न्यूनतम cortical सहज गतिविधि 49 प्रभावित करने के लिए जाना जाता है, यह मस्तिष्क चयापचय और इस प्रकार घंटे में कमी दर्ज की गई है10 मिलीग्राम की खुराक पर चूहा श्रवण प्रांतस्था में emodynamic प्रतिक्रिया / 50 किलो. हालांकि, इस प्रक्रिया (4 मिलीग्राम / किग्रा) में सिफारिश की खुराक पर, अप करने के लिए 6% की बोल्ड संकेत परिवर्तन ध्वनिक उत्तेजना 43 के जवाब में बिल्ली श्रवण प्रांतस्था में मनाया गया है. Isoflurane सामान्यतः बिल्ली दृश्य प्रांतस्था के कार्यात्मक पहलुओं का पता लगाने के लिए प्रयोग किया जाता है, लेकिन, यह भी एक जाग तैयारी 51 की तुलना में जब बिल्ली दृश्य प्रांतस्था में hemodynamic प्रतिक्रियाओं की भयावहता को कम दिखाया गया है. इसके अलावा, 1.5% ऊपर खुराक पर, isoflurane चूहे 45 में मस्तिष्क रक्त प्रवाह और बिल्ली श्रवण प्रांतस्था 52 में भारी प्रभावों neuronal प्रतिक्रिया संवेदनशीलता बढ़ जाती है. इस प्रोटोकॉल (0.4-0.5%) में प्रशासित खुराक में, isoflurane इस प्रकार बड़े dosages के साथ जुड़े नकारात्मक प्रभावों को कम करने, प्राथमिक संवेदनाहारी, ketamine के एक सहायक संवेदनाहारी एजेंट के रूप में कार्य करता है. Propofol भी यह, हालांकि, 53 अध्ययन कार्यात्मक इमेजिंग में इस्तेमाल किया गया हैsomatosensory एक खुराक पर निर्भर ढंग से श्रवण प्रांतस्था 53 में क्षमता 45 और बोल्ड पैदा प्रतिक्रियाएँ कम दिखाया गया है. इस संवेदनाहारी इस प्रकार न्यूनतम बोल्ड प्रतिक्रियाओं को प्रभावित करते हुए बेहोश करने की क्रिया की अवधि प्रदान करने के लिए उपयुक्त नहीं था. ketamine और इस प्रोटोकॉल में वर्णित isoflurane के संयोजन इस प्रकार कई लाभ प्रदान करता है: (i) यह अप करने के लिए 2.5 घंटे के लिए गहरी बेहोश करने की क्रिया की अवधि का उत्पादन, (ii) यह घुमानेवाला आंदोलनों आमतौर पर 0.3 डिग्री और translational से अधिक नहीं है कि इस तरह के सिर गति को कम करता है आंदोलनों आमतौर पर 0.1 मिमी 43 से अधिक नहीं है, और ऊपर से 6% मनाया जा रहा है के संकेत परिवर्तन के साथ (iii) यह न्यूनतम प्रभावों बोल्ड प्रतिक्रिया.

श्रवण प्रणाली का एक कार्यात्मक छवि अध्ययन को क्रियान्वित करने में चुनौतियों में से एक मापा बोल्ड प्रतिक्रिया पर एमआरआई स्कैनर द्वारा उत्पन्न पृष्ठभूमि शोर का प्रभाव है. इस प्रक्रिया में, ध्वनि प्रोत्साहन एक ब्लॉक डिजाइन में प्रस्तुत किया है, जबकि कार्यात्मक वीolumes लगातार कार्यात्मक चलाने के दौरान अर्जित कर रहे हैं. प्रभावी ढंग से करने के लिए 30 डीबी से पृष्ठभूमि शोर को कम करने और (द्वितीय) के बारे में 90 डीबी की तीव्रता में ध्वनि प्रोत्साहन पेश करके जो फोम कान सुझावों की attenuating गुण के आधार पर (मैं): स्कैनर शोर के मुद्दे को दो तरह से संबोधित किया है एसपीएल. चित्रा 6 में सचित्र, प्रतिनिधि उदाहरण बोल्ड संकेत को प्रभावी ढंग से निरंतर मात्रा अधिग्रहण के साथ जोड़ा ध्वनि प्रोत्साहन प्रस्तुति के दौरान संग्राहक है कि दर्शाता है. निरंतर मात्रा अधिग्रहण विधि सफलतापूर्वक श्रवण प्रणाली में tonotopic संगठन 33,35,36 और spatiotemporal प्रसंस्करण 54 की जांच करने के लिए प्रयोग किया गया है, इस दृष्टिकोण जैसे बोल्ड प्रतिक्रिया पर उत्तेजना तीव्रता के प्रभाव के रूप में सवालों की जांच की सीमा. वर्णित प्रयोगात्मक प्रक्रिया आगे मात्रा अधिग्रहण के बीच की अवधि में वृद्धि और पेश करके स्कैनर शोर के प्रभाव को कम करने के लिए संशोधित किया जा सकता हैपरिणामस्वरूप मूक अंतराल में प्रोत्साहन ध्वनि. इस 'विरल अधिग्रहण' दृष्टिकोण, बोल्ड प्रतिक्रिया समय पाठ्यक्रम 29,41,43,55 के गुणों का वर्णन करने के लिए श्रवण प्रांतस्था 37,38,43,56 के भीतर विभिन्न क्षेत्रों को चिह्नित करने और जांच करने के लिए श्रवण पढ़ाई में बड़े पैमाने पर इस्तेमाल किया गया है बोल्ड प्रतिक्रिया 39,40 पर ध्वनि तीव्रता का प्रभाव. निरंतर मात्रा अधिग्रहण के दौरान अधिक मात्रा में इस प्रकार काफी संकेत करने वाली शोर अनुपात में सुधार लाने, समय की एक छोटी अवधि में एकत्र कर रहे हैं. वर्तमान प्रोटोकॉल इसलिए, पुष्टि स्थानीय बनाना और स्पष्ट रूप से ब्याज की श्रवण कार्यात्मक क्षेत्रों में ध्वनि की दृष्टि से पैदा बोल्ड गतिविधि को चित्रित करने के लिए विरल अधिग्रहण प्रयोगों के साथ संयोजन के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है.

पिछले एक श्रवण प्रयोग के लिए कार्यात्मक मात्रा में प्राप्त करने के लिए, यह श्रवण प्रांतस्था में ध्वनिक पैदा गतिविधि की उपस्थिति की पुष्टि करने के लिए महत्वपूर्ण है. बोल्ड सक्रियण श्रवण Corte में आम तौर पर स्पष्ट हैएक्स संज्ञाहरण प्रेरण के 45 मिनट (चित्रा 1) के भीतर. यह महत्वपूर्ण बोल्ड सक्रियण पहले प्रयोग में देखा जा सकता है कि संभावना है, कोई कार्यात्मक रन से पहले शारीरिक स्कैन के पशु तैयार करने और संग्रह के लिए आवश्यक समय के कारण इस 45 मिनट की देरी के लिए एकत्र किए गए थे. डेटा संग्रह का अनुकूलन करने के लिए, प्रत्येक कार्य रन प्रत्येक उत्तेजना हालत के लिए एकत्र संस्करणों की संख्या को अधिकतम करने के लिए निर्माण किया जा सकता है. यह कुछ मायनों में प्रक्रिया को संशोधित करके प्राप्त किया जा सकता है. सबसे पहले, प्रत्येक खंड को इकट्ठा करने के लिए आवश्यक समय कार्यात्मक छवि स्लाइस के देखने के क्षेत्र को कम से कम किया जा सकता है. वर्तमान प्रक्रिया पूरे मस्तिष्क छवियों के अधिग्रहण का वर्णन करता है. इसके बजाय, 3 डी कार्यात्मक मात्रा की सीमाओं स्थानिक स्थानीय श्रवण प्रांतस्था की शारीरिक सीमाओं के लिए गठबंधन किया जा सकता है. दूसरा, मात्रा अधिग्रहण के समय भी में विमान संकल्प कम से कम किया जा सकता है. हालांकि, कम से कम 0.75 मीटर की में विमान संकल्पएम 2 श्रवण प्रांतस्था भीतर कार्यक्षमता में क्षेत्रीय मतभेदों को दूर करने के लिए पर्याप्त प्रतीत होता है. में विमान संकल्प में वृद्धि वांछित है, मात्रा अधिग्रहण के समय में इसी वृद्धि श्रवण प्रांतस्था के भीतर एक विशेष उप क्षेत्र पर ध्यान केंद्रित करने के बजाय, 3 डी कार्यात्मक मात्रा भीतर स्लाइस की संख्या को कम करने और से संतुलित किया जा सकता है .

कुल मिलाकर, fMRI के noninvasive प्रकृति समय की एक विस्तारित अवधि में एक भी पशु में दोहराया कार्यात्मक प्रयोगों की सुविधा. इस तकनीक को इसलिए कई बार बिंदुओं पर डेटा संग्रह की आवश्यकता होती है और संभवतः एक दिया अध्ययन के लिए आवश्यक जानवरों की संख्या कम कर सकते हैं जो अनुदैर्ध्य जांच के लिए आदर्श है.

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Disclosures

लेखकों वित्तीय या अन्यथा ब्याज की कोई संघर्ष की घोषणा.

Acknowledgments

लेखकों एमआरआई संगत स्लेज जो डिजाइन कस्टम आरएफ का तार जो डिजाइन केली गिल्बर्ट, और केविन बार्कर, के योगदान को स्वीकार करना होगा. इस काम के स्वास्थ्य अनुसंधान संस्थान कनाडा (CIHR), प्राकृतिक विज्ञान और कनाडा () NSERC इंजीनियरिंग अनुसंधान परिषद, और अभिनव के लिए कनाडा फाउंडेशन (CFI) द्वारा समर्थित किया गया.

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

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Brown, T. A., Gati, J. S., Hughes,… More

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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