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Neuroscience

하이 필드의 fMRI를 사용하여 성인 고양이의 청각 피질의 기능적 이미징

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

포유 동물의 청각 시스템의 기능 연구는 전통적으로 전기 생리학 녹음 등의 공간에 초점을 맞춘 기술을 사용하여 수행되었다. 다음 프로토콜은 기능적 자기 공명 영상을 이용하여 고양이 청각 피질에서 유발 혈역학 활성의 대규모 패턴을 시각화하는 방법을 설명한다.

Abstract

포유류의 청각 시스템에있는 감각 처리의 현재의 지식은 주로 원숭이, 흰 족제비, 박쥐, 쥐, 고양이 등의 동물 모델의 다양한 전기 생리학 연구에서 파생됩니다. 청각 기능의 인간 및 동물 모델 간의 최적 평행선을 그리는 위해서는, 인간의 기능적 이미징 연구 동물 전기 생리학 연구 간의 브리지를 설정하는 것이 중요하다. 기능성 자기 공명 영상 (fMRI)는 대뇌 피질의 여러 영역에 걸쳐 혈역학 적 활동의 다양한 패턴을 측정 설립, 최소 침습적 방법이다. 이 기술은 널리 인간의 뇌에서 감각 기능을 조사하는 데 사용되는, 인간과 동물 모두에서 청각 처리의 연구를 연결하는 유용한 도구이며, 성공적으로 원숭이와 쥐의 청각 기능을 조사하는 데 사용되었다. 다음 프로토콜은 마취 성인의 청각 기능을 조사하기위한 실험 절차를 설명의 fMRI를 사용하여 청각 피질의 자극 유발 혈역학 적 변화를 측정 고양이. 이 방법은 따라서 포유류의 청각 피질의 종의 독립적 인 기능의 더 나은 이해에 이르는 청각 기능의 다른 모델에서 혈역학 적 반응의 비교를 용이하게한다.

Introduction

포유류의 청각 처리의 현재 이해는 주로 원숭이 1-5, 흰 족제비 6-10, 박쥐 11-14, 15-19 설치류, 고양이 20 ~ 24에 침략 전기 생리학 연구에서 파생됩니다. 전기 생리 기법은 일반적으로 전극 팁을 둘러싸는 신경 조직의 작은 영역 내에서 단일 및 복수의 뉴런의 활성을 기록하는 세포 외 미소 전극을 이용한다. 광 이미징 및 기능성 자기 공명 영상 (fMRI)와 같은 기능 영상 방법, 뇌의 여러 공간적으로 서로 다른 지역에 걸쳐 동시 운전 장치 ​​활동의 거시적 관점을 제공하여 세포 녹음에 유용 보완 역할을 설립. fMRI를 혈액 산소 수준의 종속 (BOLD)를 이용하면서 내장 신호 광학 이미징은 표면 조직의 반사 특성의 활동과 관련된 변화를 측정하여 뇌의 유발 활동의 시각화를 용이하게특정 작업 중에 활성 뇌 영역의 자극 - 유발 혈역학 적 변화를 측정 대조적. 광학 이미징 자극 유발 활동 (25)과 관련된 표면 조직의 반사율의 변화를 측정하는 대뇌 피질의 표면에 직접 노출이 필요합니다. 비교에서의 fMRI는 비 침습적이며 그대로 두개골 내에서 대뇌 피질의 표면에 26 ~ 28과 고랑 기반 27, 29 유발 활동을 모두 측정하는 환원 된 혈액의 성체의 특성을 이용한다. 인간이 아닌 영장류 시각 ​​피질 (30)과 인간의 청각 피질 (31)의 BOLD 신호와 신경 세포의 활동 사이에 강한 상관 관계는 감각 기능을 연구 할 수있는 유용한 도구로의 fMRI를 확인합니다. 의 fMRI는 tonotopic 조직 32-36, 청각 기능 (37)의 재화, 대뇌 피질의 활성화 패턴, 대뇌 피질의 영역 (38)의 식별, 소리의 영향과 청각 경로의 기능을 연구하기 위해 광범위하게 사용되고 있기 때문에청각 응답 특성 39, 40, 인간, 원숭이, 쥐 모델, 고양이의 청각 기능을 연구하기에 적합한 기능 영상 프로토콜의 개발에 유용한 보충을 제공 할 것이다에 굵은 응답 시간 코스 29,41의 특성에 대한 강도 기능 영상 문학. fMRI를 또한 마취 된 고양이 26-28,42에있는 시각 피질의 다양한 기능적 측면을 탐구하는 데 사용되었지만, 몇 가지 연구는 고양이 청각 피질의 감각 처리를 검토하는이 기술을 사용하고 있습니다. 본 프로토콜의 목적은 마취 된 고양이의 청각 피질 기능을 정량화의 fMRI를 사용하는 효과적인 방법을 확립하는 것이다. 이 논문에서 설명하는 실험 절차는 성공적으로 성인 고양이 청각 피질 (43)에 BOLD 응답 시간 코스의 특징을 설명하는 데 사용되었다.

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Protocol

다음 절차는 고양이가 사용되는 마취 된 어​​떠한 촬상 실험에 적용 할 수있다. (1.1-1.7 단계, 2.8, 4.1) 특별히 청각 실험에 필요한 단계는 다른 감각 자극 프로토콜을 수용하기 위해 수정 될 수 있습니다.

모든 실험 절차는 웨스턴 온타리오 대학의 동물 관리에 대학위원회의 동물 사용 분과위원회의 승인을받은 동물 관리에 캐나다위원회 (CCAC) (44)에 의해 지정된 지침을 따랐다. 설명 실험 회복 동물 준비에서 약 150 분을 필요로합니다. 실험의 시간 코스는도 1에 도시되어있다.

1. 자극 장비 준비

도 2는 전자 부품 및 MRI 스캐너에서 청각 자극을 생성하기 위해 필요한 해당 연결을 나타낸다. 요구 사항은 F과 같습니다ollows : 컴퓨터, 외장 사운드 카드, 스테레오 파워 앰프와의 fMRI 호환 이어폰 시스템.

  1. 범용 직렬 버스 (USB) 케이블을 통해 외부 사운드 카드에 청각 자극을 제시하는 데 사용되는 컴퓨터를 연결한다.
  2. 스테레오 전력 증폭기의 입력 포트에 외부 사운드 카드의 출력 포트를 연결하는 케이블을 연결.
  3. fMRI를 호환 이어폰 시스템의 변압기 박스의 입력 포트에 스테레오 전력 증폭기의 출력 포트를 연결하는 케이블을 연결.
  4. 변압기 상자의 출력 포트에 바 이노 럴 이어폰을 연결합니다.
  5. 사용 스캐너 실외 침투 패널 변압기 박스를 연결하는 BNC 연결과 동축 케이블을 차폐.
  6. 스캐너 실내의 침투 패널에 대응 BNC 포트에 이어폰 케이블 조립체를 연결한다.
  7. 이어폰에 폼 이어 팁을 연결 한 후 이어폰 t에게 연결케이블 어셈블리 오. 그 소리는 이어폰을 컴퓨터에서 전송되는 확인하기 위해 테스트 청각 자극을 실행합니다. 이어폰을 분리하고 동물의 준비 단계 (단계 2.7) 동안 안전하게 고양이의 귀에 폼 이어 팁을 삽입합니다.

2. 동물 준비

  1. , 고양이를 premedicate 피하 (SC) 주사를 통해 아트로핀 황산염의 진정 혼합물 (0.02 ㎎ / ㎏)와 아세 프로 마진 (0.02 ㎎ / ㎏)을 관리하는.
  2. 20 분 후, 마취를 유도하기 근육 내 (IM) 주사를 통해 케타민 (4 ㎎ / kg) 및 dexmedetomidine 염산염 (0.02 ~ 0.03 ㎎ / kg)을 투여. 케타민 통상 케타민 단독 45 사용될 때 일반적으로 관찰 떨림과 근육 경직을 줄이기 위해,이 경우, dexmedetomidine 염산염, 진정제, 근육 이완제와 결합된다. 이 마취 조합은 일반적으로 진정 작용의 약 150 분을 유도하고 자주 유도하기 위해 동물의 실제 사용작은 동물을 마취.
  3. 고양이가 된 직립 반사 손실되면, 절차를 수행하는 동안 건조를 방지하기 위해 눈에 안과 연고를 적용합니다. 마취제의 정맥 전달을위한 중간 복재 정맥 유치 카테터를 배치합니다.
  4. 앞발은 그 고양이가 발을 철회 여부를 관찰에 발가락을 곤란하게하여 성공적으로 마취 유도를위한 시험. 페달 반사가 사라지면, 다음 4.0-4.5 기관 내 튜브와 함께 고양이를 삽관 인두 벽에 리도카인을 분사하여 개그 반사를 억제합니다.
  5. 1.5 L / 분에서 100 % 산소를 전달 케타민의 일정한 속도로 주입 (0.6-0.75 ㎎ / ㎏ / h) 및 흡입 이소 플루 란 (0.4 ~ 0.5 %)와 영상 세션에 걸쳐 마취를 유지합니다. 60 ML의 주사기에 생리 식염수 60 ㎖ 및 케타민 (ketamine) 0.07 ㎖의 결합 후 주사기 펌프에 주사기를 놓습니다. 이 단계는 고양이를 premedicating하기 전에 수행 할 수 있습니다.
  6. MRI-호환의 바닥에 따뜻한 왁스 채워진 가열 패드를 배치주도 (도 3a 및도 3C) 다음 슬 레드의 내부 벽 주위에 절연 플라스틱 버블 랩 레이어.
  7. MRI 호환 썰매 (그림 3C)에서 절연 버블 랩 내에서 흉골 위치에 고양이를 넣습니다.
  8. 고양이가 배치되면, 귀에 액세스하는 헤드를 조정한다. 가능한 가장 작은 직경으로 폼 이어 팁을 롤 후 깊은 외이도에 각 귀 끝을 삽입합니다. 일단 삽입, 폼 이어팁은 귀 운하 내에서 공간을 채우기 위해 확장해야합니다.
  9. 머리가 제대로 3 채널 무선 주파수 (RF) 코일 (그림 3B) 내에 위치 할 때까지 고양이를 조정합니다. 음향 감쇠 메모리 폼 (그림 3D)로 머리를 고정. 스캐너 소음의 추가 감쇠를 제공하기 위해 귀 주위에 거품을 놓습니다.
  10. 다음 보안 스캐너 침대에 썰매를 운반 플라스틱 버블 랩의 절연 담요에 고양이를 감싸십시오.
  11. 고양이에 주입 라인, 마취 배달 튜브 및 모니터링 장비를 연결합니다. 침투 패널에 부착 된 이어폰 케이블 어셈블리에 이어폰을 연결합니다.
  12. 마취의 깊이에 기초하여 필요에 따라 0.6 ㎎ / kg /시의 기본 유량으로 케타민 주입을 시작하고 유량을 증가시킨다. 해부학 적 검사가 수집되고 나면 초기 이소 플루 란 용량을 0.5 %로 설정 한 후 0.4 %로 감소.
  13. 모니터와 스캐너 구멍에서 적절한 거리에 위치 MRI 호환 모니터링 장비를 사용하여 실험을하는 동안 고양이의 혈액 산소 포화도, 호 기말 이산화탄소 농도, 심박수, 호흡 및 직장 온도를 (가능한 경우)을 기록. 표 1 값과이 절차의 성공적인 실행을위한 생리 학적 측정의 범위를 의미한다. 심장 박동 및 호흡의 꾸준한 증가는 일반적으로 마취에서 절박한 복구와 연관되어 있습니다.
  14. 이후의ession는 썰매에서 고양이를 제거 완료됩니다. 동물이 완전히 회복 될 때까지 가열 패드와 수건 보조 난방을 제공하기 위해 계속합니다. 개그 반사가 반환되면, 기관 내 튜브를 제거합니다. 복원력 반사는 다음 시설에 동물을 반환 복원 될 때까지 고양이를 모니터링합니다. 실험에서 부작용을 지키기 위해 동물에게 시술 후 하루를 평가합니다.

3. 뇌 영상

  1. 축 슬라이스 방향으로 고양이의 뇌의 해부학 적 검사를 수집합니다. 해부학 적 기준 볼륨에 대한 다음과 같은 이미지 매개 변수를 사용하여 TR = 750 밀리 초와 플래시 영상 시퀀스를, TE = 8 밀리 초, 매트릭스 = 256 X 256 X 1.0 mm 수집 복셀 크기 = 281 μm의 X 281 μm의. 해부학 적 검사의 지속 시간은 약 6 분. 그림 4 (왼쪽 패널) 지정된 매개 변수를 사용하여 얻은 샘플 해부학 적 이미지 조각을 제공합니다.
  2. 능의 대한 다음 촬상 파라미터를 사용NAL 볼륨 : TR = 1,000 밀리로, TE는 = 15 밀리 초, 3 세그먼트 / 비행기, 21 X 1mm의 조각 분할 인터리브 에코 평면 수집 (EPI) 행렬 = 96 X 96, 시야 = 72mm X 72 mm, 취득 복셀 크기 = X 825 mm × 1.0 mm 0.75 mm;. 수집 시간 = 3 초 / 볼륨 4 (오른쪽 패널)도 지정된 매개 변수를 사용하여 얻은 샘플 기능 이미지 조각을 제공합니다.

4. 자극의 프리젠 테이션

  1. 청각 자극이 30 초 동안 재생되는 블록 디자인에 광대역 백색 잡음 자극 (0-25 kHz에서, 5 밀리 초 상승 / 하강 시간, 1 프리젠 테이션 100 밀리 초 버스트마다 200 밀리 초, 90-100데시벨 SPL)를 제시하고 30 초 기준 (무 자극) 상태 (그림 5)로 교체했다. 어쿠스틱 유발 BOLD 활동이 청각 피질에서 관찰 될 때까지이 단계를 반복합니다. 블록 설계를 사용하여 각각의 기능의 실행 기간은 90 볼륨에 대해 약 4.5 분이다.
  2. AP에 자극을 제시기능 실행의 원하는 번호와 적합한 블록 설계 구성.

5. 데이터 분석

  1. 획득 한 기능 볼륨을 처리 할 수있는 적절한의 fMRI 분석 소프트웨어 (예 : SPM, FSL)을 선택합니다.
  2. 참고 해부학 적 검사에 시간에 가까운 인수 볼륨에 각 기능 볼륨을 다시 정렬합니다. 단계 5.6 사용에 대한 결과 모션 보정 값을 저장합니다. 회전 헤드의 움직임이 1 ° 또는 번역 헤드의 움직임을 1 mm를 초과를 초과하는 모든 기능 실행을 제외합니다.
  3. 참고 해부 검사에 Coregister 각 볼륨.
  4. 2mm 반치 전폭 (FWHM) 가우시안 필터를 사용하여 각 볼륨을 부드럽게.
  5. 일반 선형 모형 (GLM)에 대한 회귀 변수로 ON-OFF 자극 블록 설계에 해당하는 구형파 (박스 카) 기능을 통합 할 수 있습니다.
  6. 운동 관련 이슈를 설명 할 수없는 그 회귀 변수로 모션 보정 값을 통합. U 적용P의 ncorrected 통계 임계 값은 = GLM에 0.001 BOLD 활성화의 클러스터를 볼 수 결과. (: FWE 가족 현명한 오류) 클러스터 수준에서 p <0.05의 임계 값 수정을 충족 작은 클러스터의 크기를 결정합니다. 관심 영역에서 통계적으로 의미있는 클러스터를 보려면이 값으로 클러스터 범위의 임계 값을 설정합니다.
  7. 기준 블록 동안 자극 블록과 평균 BOLD 신호 동안 평균 BOLD 신호의 차이로 각 복셀의 BOLD %의 신호 변화 (PSC)를 정의합니다.

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Representative Results

대표적인 기능 데이터는 7T 수평 구멍 스캐너에서 획득 및 MATLAB에서 통계 파라 메트릭 매핑 도구를 사용하여 분석 하였다. 청각 자극에 강력한 대뇌 피질의 혈역학 적 반응은 지속적으로 기술 된 실험 프로토콜 43을 사용하여 고양이에서 관찰되었다. 그림 6은 블록 설계에서 제시된 30 초 광대역 잡음 자극에 대한 응답으로이 동물의 BOLD 활성화를 보여줍니다. 기준 대 광대역 잡음 (무 자극)의 T-통계지도는 2 이미지 슬라이스 비행기에 대비 청각 피질 (도 6a 및도 6d에 양자 어쿠스틱 유발 활동의 연속 클러스터를 공개, 클러스터 레벨 FWE 교정 임계 값 : P < BOLD 하나의 기능 운전 중 신호,도 6a 및도 6d에 강조 복셀에서 각각 0.05).도 6B 및 6E 쇼 변조. 구형파 일반 선형 모델 착용감, 한 BOLD 신호가 블록의 ON-OFF 패턴과 유사한 방식으로 청각 자극의 각각의 프리젠 테이션 동안 기준선 (노 자극 조건)에 대하여 변조 될 것이라고 예상해야 디자인.도 6C과 6 층은 평균 BOLD 기준 신호에 정상화 BOLD 반응의 이벤트 관련 평균 시간 과정을 보여줍니다. 이러한 예에서, BOLD 신호는 자극 발병 후 초기 3 ~ 6 초에 비해 상당한 증가를 나타낸다. 자극이 오프셋 후 BOLD 신호의 증가는 일반적으로 청각 자극 프레 젠 테이션을 통해 유지는 기본 값으로 6 초 감소.

생리 학적 매개 변수 정상 범위의 평균 값 (실험) B
심박수 110-226 비트 / 분 143 ± 4.1 비트 / 분
호흡 속도 20-40 호흡 / 분 21 ± 1.6 호흡 / 분
호 기말 이산화탄소 35~45밀리미터 수은 30 ± 1.7 mmHg로
혈액 O 2 채도 90-100% 57 92 ± 1.2 %
직장 온도 38.5 ± 0.5 ° C N / A

표 1. 깨어있는 고양이의 fMRI 절차를 수행하는 동안 측정 된 생리 학적 매개 변수에 대한 마취 된 고양이의 평균 값의 정상 범위. 동물 관리에 캐나다 의회에 의해 지정된 지침에서 얻은 정상 범위. 44 B 평균 값 (± SEM)을 통해 N = 7 고양이에서 얻은 20 이미징 세션.

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그림 1. 실험의 시간 코스. 실험 절차의 각 단계는 전 처치가 투여되는 시간 (최소의) 상대 시간 라인을 따라 플롯된다.

그림 2
그림 2. 청각 자극의 생산 설비. 실험 프로토콜에 사용되는 () 전자 부품. (b)는 각 구성 요소 사이의 연결의 다이어그램. 스캐너 방 컴퓨터 실 사이 침투 패널에서 MRI 호환 이어폰 시스템 인터페이스의 변압기 박스 및 케이블 어셈블리.

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그림 3. 실험 장치. 3 머리와 썰매 고양이의 () MRI 호환 썰매. (b)는 3 채널 고양이 머리 RF 코일. 썰매에 위치한 마취 된 고양이의 (C) 측면보기. (D) 전면보기 채널 RF 코일 (브라운 등. 43에서 발췌).

그림 4
그림 4. 해부학 (왼쪽)와 표시 슬라이스 기능 (오른쪽) 3 채널의 RF 코일을 사용하여 7T 수평 구멍 스캐너에서 획득 한 이미지의 조각. 대략적인 위치의 예는 고양이 오른쪽 뇌의 측면보기에 중첩된다. A : 전방, P : 후방, L은 : 오른쪽 : R 왼쪽.


그림 5. 블록 디자인 자극 프레 젠 테이션. 기준 (즉, 아무 자극)의 도식은 블록은 청각 자극 프레 젠 테이션의 30 초 블록으로 교대된다. 기능 볼륨이 실행되는 동안 (3 초마다) 계속 찾았습니다. TA : 볼륨 취득 기간. TS : 자극 블록의 기간입니다.

그림 6
그림 6. 소음 자극을 광대역하는 BOLD 반응의 대표적인 예. 기준 대 광대역 잡음의 (A), (D) T-통계지도 (BBN) (무 자극) 대비 축 (수평) 해부학 적 이미지 SL에 중첩ICES. (A) 및 (d)에 표시 조각의 대략적인 위치가 고양이 오른쪽 뇌의 측면보기에 중첩됩니다. (B), (E) (A)와 강조 복셀에서 (볼륨에서) 원시 BOLD 신호 시간 코스 하나의 기능 실행 (90 권)에 대한 각각의 (d). (C), (F) 이벤트 관련 중, 각각 전 (A)와 (D)에서 강조 복셀에서 (초) BOLD 응답 시간 코스를 평균과 자극 블록 후. 회색 막대는 청각 자극 프레 젠 테이션의 기간을 나타냅니다. A : 전방, P : 후방, L은 : R 남아. 바로 큰 그림을 보려면 여기를 클릭하십시오 .

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Discussion

청각 기능의 마취 된 동물 모델의 fMRI 실험 설계에서, 다음과 같은 문제가 신중하게 고려되어야한다 : 피질 반응에 마취 (I)의 영향, 배경 스캐너 잡음 (II)의 효과, 그리고 (iii) 최적화 실험 절차의 데이터 수집 단계.

마취 준비 진정 작용의 연장 기간을 생산 및 기능 영상 세션 동안 잠재적 인 머리의 움직임을 최소화하는 중요한 이점을 제공하지만, 마취는 대뇌 피질의 혈류 역학에 영향을 미칠 것으로 알려져 있습니다. 이 프로토콜에서 설명하는 마취는 일반적으로 고양이 청각 46-48과 시각 피질 26-28,42의 기능 영상 (이소 플루 란)의 연구는 각각 전기 생리학 (케타민)에 사용된다. 케타민은 최소 피질 자발적인 활동 49 영향 알려져 있지만 대뇌 대사 따라서 H를 감소시키는 것으로 나타났다10 밀리그램 복용시 쥐의 청각 피질 emodynamic 응답 / 50 kg. 그러나,이 절차 (4 ㎎ / ㎏)에서 권장하는 용량으로, 최대 6 %의 BOLD 신호 변화는 음향 자극 (43)에 대한 응답으로 고양이 청각 피질에서 관찰되었다. 이소 플루 란 일반적 고양이 시각 피질의 기능적 측면을 탐색하는 데 사용되지만, 이는 또한 웨이크 제제 (51)에 비해 고양이 시각 피질에서 혈역학 적 반응의 크기를 감소시키는 것으로 나타났다. 또한, 1.5 % 이상 복용시, 이소 플루 란은 쥐 45의 대뇌 혈류와 고양이의 청각 피질 (52)에 크게 영향을 신경 세포의 반응 감도를 증가시킨다. 이 프로토콜 (0.4 ~ 0.5 %)에서 투여 용량에서, 이소 플루 란, 따라서 더 큰 복용량과 관련된 부정적인 영향을 최소화 차 마취, 마취제에 대한 지원 마취제 역할을합니다. 프로포폴은 또한, 그러나, 53을 연구 기능적 이미징에서 사용되고체성 감각은 용량 의존적으로 청각 피질 (53)에 전위 (45)과 BOLD 반응을 유발 줄이기 위해 표시되었습니다. 이 마취 따라서 최소한 BOLD 반응에 영향을 미치는 동안 진정 필요한 시간을 제공하기에 적합하지 않았다. 케타민이 프로토콜에 설명 된 이소 플루 란의 조합은 이렇게 여러 가지 장점을 제공합니다 (I)는 최대 2.5 시간 동안 깊은 진정 작용의 기간을 생성, (II)는 회전 운동은 일반적으로 0.3 ° 및 번역을 초과하지 않도록 머리의 움직임을 최소화 운동은 일반적으로 0.1 mm 43을 초과하지 않도록하고, 최대 6 %가 관찰되는 신호 변경 (III)는 최소한의 영향 BOLD 반응.

청각 시스템의 기능적 이미지 연구를 실행있는 과제 중 하나는 측정 된 BOLD 응답에 대한 MRI 스캐너에 의해 생성 된 배경 잡음의 영향이다. 이 절차에서, 음향 자극은 블록 설계에 제시되어있는 동안 기능성 Volumes는 지속적으로 기능을 실행하는 동안 취득. 효과적으로 최대 30dB로 잡음을 감소시키고 (ⅱ) 약 90dB의 강도로 소리 자극을 제시하여 폼 이어 팁의 감쇠 특성에 의해 (ⅰ) : 스캐너 노이즈의 문제는 두 가지 방법에서 해결 SPL. 그림 6에 나타낸 바와 같이, 대표적인 예는 BOLD 신호가 효과적으로 연속 볼륨 인수와 짝을 소리 자극 프레젠테이션 중에 변조되는 것을 보여줍니다. 연속 볼륨 취득 방법은 성공적으로 청각 시스템에 tonotopic 조직 33,35,36과 시공간 처리 (54)를 조사하는 데 사용되었지만,이 방법은 BOLD 반응에 자극 강도의 효과와 같은 질문의 조사를 제한합니다. 설명 된 실험 절차는 상기 볼륨 인수 사이의 기간을 증가시키고 제시하여 스캐너 노이즈의 영향을 줄이기 위해 수정 될 수있다결과 자동 간격으로 자극을 소리. 이 '스파 인수'방식은 BOLD 응답 시간 코스 29,41,43,55의 속성을 설명하는 청각 피질 37,38,43,56 내에서 다른 지역을 특성화하고 검토하는 청각 연구에 광범위하게 사용되어왔다 BOLD 응답 39,40에 소리 강도의 효과. 연속 볼륨 획득 동안 더 볼륨은 상당히 따라서 신호 대 잡음비를 향상 단시간에 수집된다. 이 의정서는 따라서 확인 지역화 명확하게 그 청각 기능 지역에서 어쿠스틱 유발 BOLD 활동을 묘사하는 스파 스 획득 실험과 함께 사용할 수 있습니다.

종래 청각 실험 기능적 볼륨을 획득하기 위해서는, 청각 피질의 음향 - 유발 활성의 존재를 확인하는 것이 중요하다. BOLD 활성화는 청각 코테 일반적으로 분명하다X 마취 유도 45 분 (그림 1) 내. 그것은 중요한 BOLD 활성화 이전 실험에서 관찰 할 수있는 가능성이 있지만, 기능적인 실행 전에 해부 검사의 동물 준비 및 수집에 필요한 시간으로 인해이 45 분 지연에 수집되지 않았다. 데이터 수집을 최적화하기 위해, 각 기능 실행 각 자극 조건에 대하여 수집 된 볼륨의 수를 최대화하도록 구성 될 수있다. 이것은 몇 가지 절차를 수정함으로써 달성 될 수있다. 먼저, 각 볼륨을 수집하는데 필요한 시간은 기능적 이미지 슬라이스의 시야를 감소시킴으로써 감소 될 수있다. 본 과정은 뇌 전체 이미지의 인수를 설명합니다. 대신, 3-D 기능 볼륨의 경계를 공간적으로 지역화 된 청각 피질의 해부학 적 경계에 정렬 할 수 있습니다. 둘째, 권 획득 시간은 또한 인 - 플레인의 해상도를 감소시킴으로써 감소 될 수있다. 그러나, 적어도 825 m의 면내 해상도평방 미터는 청각 피질 내에서 기능의 지역적 차이를 해결하기에 충분 나타납니다. 면내 해상도의 증가가 요구되는 경우, 볼륨 획득 시간에 대응하는 증가가 청각 피질 내의 특정 서브 - 영역에 집중하는 대신에, 3-D 기능 볼륨 내의 슬라이스의 수를 줄임에 의해 균형을 이룰 수있다 .

전반적으로, fMRI를 비 침습적의 특성상 오랜 기간 동안 동물 번의 반복 실험 기능을 용이하게한다. 이 기술은 따라서 여러 시점에서 데이터 수집을 요구하며 잠재적으로 관련 연구에 필요한 동물의 수를 줄일 수있는 길이 방향의 조사에 적합하다.

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Disclosures

저자는 금융 또는 기타 관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.

Acknowledgments

저자는 MRI 호환 썰매를 디자인 한 사용자 정의 RF 코​​일 설계 카일 길버트, 케빈 바커의 기여를 인정하고 싶습니다. 이 작품은 건강 연구의 캐나다 연구소 (CIHR), 자연 과학 및 캐나다 (NSERC)의 공학 연구 협의회, 혁신에 대한 캐나다 재단 (CFI)에 의해 지원되었다.

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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