Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Neuroscience
Click here for the English version

Neuroscience

Функциональной визуализации из слуховой коры у взрослых кошек с использованием высокого поля МРТ

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

Функциональные исследования слуховой системы у млекопитающих традиционно проводится с использованием пространственно-ориентированных методов, таких как электрофизиологических записей. Следующий протокол описывает метод визуализации крупномасштабных моделей вызвала гемодинамики деятельности в кошки слуховой коры с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии.

Abstract

Современные знания сенсорной обработки в млекопитающих слуховой системы в основном из электрофизиологических исследований в различных животных моделях, в том числе обезьян, хорьков, летучих мышей, грызунов и кошек. Чтобы привлечь подходящих параллели между моделями человека и животных слуховой функции, важно установить мост между функциональных исследований человека визуализации и животных электрофизиологических исследований. Функциональная магнитно-резонансная томография (МРТ) является признанным, минимально инвазивный метод измерения широкие паттерны гемодинамики деятельности в разных регионах коры головного мозга. Этот метод широко используется для исследования сенсорную функцию в человеческом мозге, является полезным инструментом в объединении исследования слуховой обработки в обоих людей и животных и успешно используется для исследования слуховой функции у обезьян и грызунов. Следующий протокол описывает экспериментальную процедуру для исследования слуховой функции в анестезированной взрослогокошки, измеряя по стимулированию вызываемой гемодинамические изменения в слуховой коре с помощью МРТ. Этот метод облегчает сравнение гемодинамических ответов в разных моделях слуховой функции, таким образом, ведущие к более глубокому пониманию видов независимый особенностей млекопитающих слуховой коры.

Introduction

Современное понимание слухового обработки у млекопитающих в основном из инвазивных электрофизиологических исследований на обезьянах 1-5, хорьков 6-10, летучих мышей 11-14, грызунов 15-19 и кошек 20-24. Электрофизиологические методы обычно используют внеклеточных микроэлектродов для записи активности одного и нескольких нейронов в пределах небольшого участка нервной ткани, окружающей кончик электрода. Основанная функциональные методы воображения, такие как оптических изображений и функциональной магнитно-резонансной томографии (МРТ), которые служат полезные дополнения к внеклеточных записи, предоставляя макроскопического перспективу одновременного приводным деятельности по нескольким, пространственно различных областях головного мозга. Оптических изображений Внутренняя сигнал облегчает визуализацию вызванной активности в головном мозге путем измерения деятельностных изменения в отражательной способности свойств поверхности ткани во время МРТ использует кровь кислорода зависит от уровня сигнала (выделены жирным шрифтом)В отличие от измерения стимул-вызывали гемодинамические изменения в областях мозга, которые активны в течение конкретной задачи. Оптический изображений требуется прямого контакта поверхности коры к мерам изменений в поверхности ткани отражения, которые связаны с стимула-вызвали деятельности 25. Для сравнения, МРТ является неинвазивным и эксплуатирует парамагнитные свойства венозная кровь для измерения как поверхности коры 26-28 и борозды на основе 27,29 вызванной активности в интактной черепа. Сильные корреляции между жирной сигнала и активности нейронов в приматов зрительной коры 30 и в человеческом слуховой коре 31 проверки МРТ в качестве полезного инструмента для изучения сенсорную функцию. Поскольку МРТ широко используется для изучения особенностей слухового пути, таких как tonotopic организации 32-36, латерализации слуховой функции 37, моделей корковой активации, выявление областей коры 38, эффектов звукаинтенсивность на слуховых свойств реагирования 39,40 и характеристик мощной поддержки времени курс 29,41 в человека, обезьяны и моделей крыс, развитие подходящей функциональной протокола изображений для изучения слуховой функции у кошек обеспечит полезным дополнением к функциональной визуализации литература. В то время как МРТ также используется для изучения различных функциональных аспектов зрительной коры в анестезированной кошки 26-28,42, несколько исследований использовали эту технику, чтобы изучить сенсорную обработку в кошки слуховой коры. Цель настоящего Протокола заключается в создании эффективного способа использования МРТ для количественного функцию в слуховой коре под наркозом кот. Экспериментальные методики, изложенные в этой рукописи были успешно использованы для описания особенностей мощной поддержки времени курс в взрослых кошек слуховой коры 43.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Следующая процедура может быть применена к любому эксперимента изображений, в котором наркозом кошки используются. Шаги, которые специально, необходимые для слуховых экспериментов (шаги 1.1-1.7, 2.8, 4.1) может быть изменена, чтобы приспособить другие сенсорные протоколы стимулов.

Все экспериментальные процедуры получил одобрение от использования животных подкомитета Совета университета по уходу за животными в Университете Западного Онтарио и в соответствии с руководящими указанные Канадского совета по уходу за животными (ССАС) 44. Изложил эксперимент требует около 150 мин, начиная от подготовки животного к выздоровлению. Временной ход эксперимента показано на рисунке 1.

1. Стимул оборудование Подготовка

На рисунке 2 показаны электронные компоненты и соответствующие соединения, необходимые для формирования слуховой стимул в МРТ сканера. Требования, как еOLLOWS: компьютерные, внешняя звуковая карта, усилитель мощности и МРТ-совместимый система наушников.

  1. Подключите компьютер, который будет использоваться, чтобы представить слуховой стимул к внешней звуковой карты через Universal Serial Bus (USB) кабеля.
  2. Прикрепите соединительные кабели выходные порты внешней звуковой карты к входным портам стерео усилитель мощности.
  3. Прикрепите соединительные кабели выходные порты стерео усилитель мощности к входным портам коробки трансформатора на МРТ-совместимой системы для наушников.
  4. Подключите бинауральные наушники к выходным портам трансформаторной будкой.
  5. Используйте экранированные коаксиальные кабели с соединениями BNC для подключения коробку трансформатора к панели проникновения вне комнаты сканера.
  6. Подключите кабель с разъемами для наушников к соответствующим портам BNC на панели проникновения в номере сканера.
  7. Подключите советы пены уха, чтобы наушники затем подключите наушники Tо кабель. Выполнить тест слуховой стимул для подтверждения, что звук передается с компьютера на наушники. Отключите наушники и вставьте советы пены уха надежно в уши кошки на этапе подготовки животных (шаг 2.7).

2. Подготовка животных

  1. Для Premedicate кошку, управлять седативное смесь сульфата атропина (0,02 мг / кг) и ацепромазина (0,02 мг / кг) через подкожной (SC) инъекции.
  2. Через 20 мин управлять кетамина (4 мг / кг) и гидрохлорид дексмедетомидина (0,02-0,03 мг / кг) через внутримышечного (IM) впрыска индуцировать анестезию. Кетамин обычно в сочетании с седативным и миорелаксантов, в данном случае, дексмедетомидина гидрохлорид, чтобы уменьшить тремор и ригидность мышц, обычно наблюдаемые при кетамин используется отдельно 45. Это обезболивающее комбинация обычно вызывает около 150 мин седации и часто используется в ветеринарной практике, чтобы побудитьанестезия у мелких животных.
  3. После того, как кошка потеряла свою рефлекса, применять глазной мази для глаз, чтобы предотвратить сухость во время процедуры. Поместите постоянный катетер в медиальной подкожной вены для внутривенного введения кетамина.
  4. Тест для успешного индукции анестезии, зажимая палец ноги на передней лапой затем наблюдая отзывает ли кошка лапой. После того, как педаль рефлекс исчезает, подавить рвотный рефлекс путем распыления лидокаина на глоточных стенок затем интубировать кошку с 4,0-4,5 эндотрахеальной трубки.
  5. Поддержание анестезии на протяжении всей сессии изображений с постоянной скоростью инфузии кетамина (0,6-0,75 мг / кг / ч) и вдохнул изофлурана (0,4-0,5%) поставляется в 100% кислорода в 1-1,5 л / мин. Объедините 60 мл физиологического раствора и 0,07 мл кетамина в 60 мл шприц затем поместить шприц в шприцевой насос. Этот шаг может быть выполнен перед premedicating кошку.
  6. Наведите теплый воск заполненные электрогрелки на полу из МРТ-совместимых спривело (рис. 3а и 3в) затем слой изоляционного пластиковую пузырчатую пленку вокруг внутренних стенках саней.
  7. Поместите кошку в грудины положении внутри изолирующего пузырчатую пленку в МРТ-совместимый санях (рис. 3в).
  8. После того, как кошка позиционируется, отрегулируйте голову, чтобы получить доступ к ушам. Кидайте пены советы уха в наименьшей возможной диаметром затем вставьте каждый подушечку глубоко в ушной канал. После введения, кончики пены уха следует расширить, чтобы заполнить пространство внутри ушных каналов.
  9. Отрегулируйте кошку, пока его голова не правильно расположен в 3-канального радиочастотного (RF) катушки (рис. 3б). Стабилизировать голову с пеной акустического демпфирования памяти (Рисунок 3d). Наведите пену вокруг ушей, чтобы обеспечить дополнительное ослабление шума сканера.
  10. Оберните кошку в одеяло изоляционных пластиковую пузырчатую пленку и закрепите и транспортировать сани на планшете сканера.
  11. Подключите инфузионные линии, обезболивающий трубок для подачи и оборудование для мониторинга с кошкой. Подключите наушники к наушника кабелем, прикрепленной к панели проникновения.
  12. Запуск кетамина инфузии при скорости потока база 0,6 мг / кг / ч, затем увеличить расход по мере необходимости на основе глубины анестезии. Установите начальное ИФ дозу до 0,5%, то снизится до 0,4% после того, как анатомические сканы были собраны.
  13. Мониторинг и запись насыщенность кошки кислорода в крови, в конце выдоха со 2 уровня, частота сердечных сокращений, дыхания и ректальной температуры (если это возможно) в течение всего эксперимента с помощью МРТ-совместимый контрольное оборудование, расположенное на соответствующем расстоянии от ствола сканера. В таблице 1 приведены средние значения и диапазоны физиологических измерений для успешного выполнения этой процедуры. Постоянное увеличение частоты сердечных сокращений и дыхания, как правило, связаны с неизбежной выхода из наркоза.
  14. После того, как сЭссионе завершена, удалите кошку от саней. Продолжать оказывать дополнительное отопление с грелки и полотенца, пока животное полностью не восстановится. Как только рвотный рефлекс отдачи, снять эндотрахеальную трубку. Монитор кошку, пока рефлекса не будет восстановлена, то вернуть животное на объект. Оценка животному на следующий день после процедуры, чтобы гарантировать, никаких неблагоприятных эффектов от эксперимента.

3. Мозг изображений

  1. Сбор анатомические сканирование мозга кошки в осевом ориентации среза. Используйте следующие параметры изображения для анатомического объема Ссылка: последовательность изображений FLASH с TR = 750 мсек, TE = 8 мс, матрица = 256 х 256, приобретение размер воксел = 281 мкм х 281 мкм х 1,0 мм. Продолжительность анатомического сканирования составляет примерно 6 мин. Рисунок 4 (слева) содержит образец анатомическую кусочек изображения, полученные с использованием указанных параметров.
  2. Используйте следующие параметры изображения для FunctioNAL объемы: сегментированный чередованием эхо-планарной приобретение (РПИ) с TR = 1000 мс, TE = 15 мс, 3 сегмента / самолет, 21 х 1 ломтики мм; матрица = 96 х 96; поле-обзора = 72 мм х 72 мм; приобретение размер воксел = 0,75 мм х 0,75 мм х 1,0 мм;. Время получения = 3 сек / объем Рисунок 4 (правая панель) содержит образец функциональной кусочек изображения, полученные с использованием указанных параметров.

4. Стимул Презентация

  1. Подарите широкополосного белого шума стимул (0-25 кГц, 100 мс всплесков с 5 мс время нарастания / падения, 1 презентации каждые 200 мс, 90-100 дБ УЗД) в блочной конструкции, в которых звуковой раздражитель играет в течение 30 сек и чередовались с сек базовой линии 30 (без-стимул) состояние (рис. 5). Повторите этот шаг, пока акустически вызвала СМЕЛЕЙШАЯ деятельности не наблюдается в слуховой коре. Продолжительность каждого функционального перспективе с использованием блок-схему примерно 4,5 мин в течение 90 томов.
  2. Представьте стимул в арpropriate конфигурации блочная конструкция для нужного количества функциональных трасс.

5. Анализ данных

  1. Выберите соответствующее программное обеспечение анализа МРТ (например SPM, FSL) для обработки полученных функциональные объемы.
  2. Выровняйте каждую функциональную объем к объему приобретенных ближе во времени к ссылке анатомические сканирования. Сохранить полученные значения коррекции движения для использования в шаге 5.6. Исключить любые функциональные работает в которых вращательные движения головы превышает 1 ° или трансляционные движения головы превышать 1 мм.
  3. Coregister каждый том с ссылкой анатомические сканирования.
  4. Гладкая каждый том с 2 мм полной ширины полувысоте (FWHM) фильтр Гаусса.
  5. Включение функции прямоугольный (вагон), который соответствует ВКЛ-ВЫКЛ дизайна стимулом блока как регрессора к общей линейной модели (GLM).
  6. Включение значений коррекции движения в качестве регрессоров не представляет интереса для учета артефактов движения, связанных с. Нанести Uncorrected статистический порог р = 0,001 в GLM приводит, чтобы посмотреть в кластеры смелых активации. Определите размер самого маленького кластера, который отвечает исправленный (семья-мудрый ошибку: FWE) порог р <0,05 на уровне кластера. Установите экстента порог кластера к этому значению, чтобы посмотреть статистически значимых кластеров в регионах, представляющих интерес.
  7. Определить в каждом вокселя как разница между средней СМЕЛЕЙШИЕ сигнала во время стимуляции блоков и среднего СМЕЛЕЙШИЕ сигнала в течение базового блоков смелые изменения процентов сигнала (PSC).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Представительства функциональные данные были приобретены в горизонтальное отверстие сканера 7Т и проанализированы с помощью панели инструментов Статистические Параметрический Mapping в MATLAB. Прочные корковые гемодинамические ответы на слуховой стимуляции последовательно наблюдались у кошек с использованием описанного экспериментального протокола 43. Рисунок 6 иллюстрирует BOLD активации в 2 животных в ответ на 30 сек широкополосного шума стимула, представленного в блочной конструкции. Т-статистические карты широкополосного шума по сравнению с исходным (без стимула) контраст в 2 изображения срезов самолетов выявить смежные кластеры двустороннего акустически-вызванной активности в слуховой коре (рис. 6а и 6d; кластерного уровня FWE коррекцией порог: р < 0,05). Цифры 6b и 6е шоу модуляции жирным шрифтом сигнала, во время одной функциональной перспективе, на выделенных вокселей в рисунках 6а и 6d соответственно. С прямоугольной формы общей линейной модели, пригодной, следует ожидать, что смелые сигнал будет модулировать по отношению к базовой линии (условие не-стимул) во время каждого представления звуковой раздражитель, аналогично образцу ВКЛ-ВЫКЛ блока дизайн. Цифры 6с и 6f иллюстрируют средние курсы, связанных с событием временные смелый ответ, нормированной к среднему СМЕЛЕЙШИЕ базового сигнала. В этих примерах, смелый сигнал имеет значительное увеличение по отношению к базовому 3-6 сек после начала стимула. Это увеличение в BOLD сигнала, как правило, сохраняется в течение слуховой презентации стимула затем снижается к исходным значениям 6 сек после стимулом смещение.

Физиологическая Параметр Нормальный диапазон Среднее значение (эксперимент) б
Частота сердечных сокращений 110-226 уд / мин 143 ± 4.1 уд / мин
Частота дыхания 20-40 вдохов / мин 21 ± 1,6 вдохов / мин
В конце выдоха CO 2 35-45 мм рт.ст. 30 ± 1,7 мм рт.ст.
Кровь O 2 насыщения 90-100% 57 92 ± 1,2%
Ректальная температура 38.5 ± 0.5 ° C N / A

Таблица 1. Нормальный диапазон в бодрствующих кошек и средних значений в наркозом кошек для физиологических параметров, измеренных во время процедуры МРТ. Обычный диапазоны, полученные из принципов, установленных Канадского совета по уходу за животными. 44 б средних значений (± SEM), полученные из N = 7 кошек старше 20 изображений сессий.

872/50872fig1highres.jpg "Первоначально" / files/ftp_upload/50872/50872fig1.jpg "/>
Рисунок 1. Время ходе эксперимента. Каждый шаг в экспериментальной процедуры отложена по оси времени (в мин) по отношению к времени, в который вводят премедикация.

Рисунок 2
Рисунок 2. Слуховые стимулом производственное оборудование. (А) Электронные компоненты, используемые в протоколе исследования. (Б) Схема между каждым компонентом. Коробка трансформатор и кабель из МРТ-совместимый интерфейс системы наушники на панели проникновения между комнате сканера и компьютерной комнате.

pload/50872/50872fig3highres.jpg "Первоначально" / files/ftp_upload/50872/50872fig3.jpg "/>
Рисунок 3. Экспериментальная установка. (А) МРТ-совместимый сани. (Б) 3-канальный кошка глава РФ катушки. (С) Вид сбоку под наркозом кот, расположенного в санях. (Г) Вид спереди кошки в санях с его головы в 3 -канальный РФ катушки (взято из Браун и др.. 43).

Рисунок 4
Рисунок 4. Примеры анатомических (слева) и функционального (справа) ломтики изображения, приобретенные в горизонтальное отверстие сканера 7Т использовании РЧ обмотку 3-канала. Приблизительное положение отображаемой среза накладывается на виде сбоку кошки правого полушария. : Передняя, ​​Р: задний, L: левый, R: правый.


Рисунок 5. Схематическое изображение блочная конструкция предъявления стимула. Baseline (т.е. не стимул) блоки чередуются с 30 сек блоков слуховой презентации стимула. Функциональные объемы приобретаются постоянно (раз в 3 сек) во время пробега. Т.А.: продолжительность приобретения громкости. TS: продолжительность стимула блока.

Рисунок 6
Рисунок 6. Типичные примеры смелый ответ на широкополосный шум стимуляции. (А), (г) Т-статистические карты широкополосного шума (BBN) по сравнению с исходным (не-стимул) контраст накладывается на осевой (по горизонтали) анатомические сл изображениельды. Ориентировочная расположение отображаемых ломтиками в (а) и (г) накладываются на боковой зрения кошки правого полушария. (Б), (д) Сырье BOLD времени курсы сигнала (в объемах) на выделенных вокселей в (а) и (г) соответственно для одного функционального перспективе (90 томов). (с), (е) Событийный среднем СМЕЛЕЙШАЯ времени отклика курсы (в секундах) на выделенных вокселей в (а) и (г) соответственно до, во время и после стимула блока. Серые полосы представляют собой период слуховой презентации стимула. : Передняя, ​​Р: задний, L: левый, R:. ​​Прямо Нажмите здесь, чтобы увеличить рисунок .

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

При разработке эксперимент МРТ для анестезированной животной модели слуховой функции, следующие вопросы должны быть внимательно рассмотрены: (я) воздействие анестезии на корковых ответов, (II) влияние шума фона сканера и (III) оптимизацию на этапе сбора данных экспериментальной процедуры.

В то время как под наркозом подготовка предлагает важное преимущество производства длительный период седации и сведения к минимуму потенциального движения головы во время функциональной сессии изображений, анестезия, как известно, влияние коры гемодинамики. В анестетики, описанные в данном протоколе обычно используются в электрофизиологических (кетамин) и функциональной визуализации (ИФ) исследования кошки слуховой 46-48 и зрительной коры 26-28,42 соответственно. Хотя кетамин, как известно, минимально влиять на спонтанную активность кортикального 49, было показано, что снижение церебрального метаболизма и, следовательно, чemodynamic ответ в слуховой коры крысы в дозах 10 мг / кг 50. Тем не менее, в дозах, рекомендованных в этой процедуре (4 мг / кг), жирный сигнал изменяется в размере до 6% наблюдались в кошки слуховой коре в ответ на звуковой стимуляции 43. Isoflurane обычно используется, чтобы исследовать функциональные аспекты кошки зрительной коры, однако также было показано, чтобы уменьшить величину гемодинамических реакций в зрительной коры кошки при сравнении в активный подготовки 51. Кроме того, при дозах выше 1,5%, ИФ увеличивает мозговой кровоток у крыс 45 и тяжело воздействия нейронов чувствительность реагирования в кошки слуховой коры 52. На доз, вводимых в этом протоколе (0,4-0,5%), изофлуран служит опорной анестетика к первичной анестезии, кетамина, что сводит к минимуму отрицательные эффекты, связанные с большими дозами. Пропофол был также использован в функциональной визуализации изучает 53, однако, этоБыло показано, что уменьшить соматосенсорной вызванные потенциалы 45 и смелые ответы в слуховой коре 53 в зависимости от дозы. Это анестетик был, таким образом, не подходит для обеспечения требуемой продолжительности седации в то время как минимально влияя BOLD ответы. Сочетание кетамина и изофлуран, описанной в данном протоколе таким образом, обеспечивает следующие преимущества: (I) он производит период глубокой седации до 2,5 ч; (II) он сводит к минимуму движение головки таким образом, что вращательные движения как правило, не превышает 0,3 ° и поступательными движения обычно не превышает 0,1 мм 43, и (III) это минимально влияет на мощной поддержки с изменениями сигнала до 6% наблюдается.

Одна из проблем в выполнении функциональных исследование изображения на слуховой системы является влияние фонового шума, генерируемого МРТ сканера на измеряемой мощной поддержки. В этой процедуре звуковой раздражитель представлены в блочной конструкции в то время как функциональный объемolumes постоянно приобретенные в функциональной перспективе. Вопрос о шуме сканера рассматриваться в двух аспектах: (I) по смягчающих свойств кончиков пены уха, которые эффективно снижают фоновый шум на 30 дБ и (II), представив звуковой стимул при интенсивности около 90 дБ SPL. Как показано на рисунке 6, представитель пример показывает, что смелый сигнал эффективно модулируется во время звуковой презентации стимула в паре с непрерывного сбора громкости. Хотя метод сплошной объем приобретения успешно используется для исследования tonotopic организацию 33,35,36 и пространственно-временной обработки 54 в слуховой системе, такой подход ограничивает расследование вопросов, таких как влияние интенсивности стимула на мощной поддержки. Описанная экспериментальная процедура может быть изменен, чтобы еще больше снизить воздействие шума сканера за счет увеличения периода между приобретений объема и представлениязвуковой раздражитель в результате пауза. Этот «редкие приобретение» подход широко используется в слуховых исследований для описания свойств мощной поддержки времени конечно 29,41,43,55, чтобы охарактеризовать различные регионы в слуховой коре 37,38,43,56 и изучить Влияние интенсивности звука на СМЕЛЕЙШИЕ 39,40 отклика. Во время непрерывного сбора громкости, несколько томов собраны в короткий период времени, что позволило значительно улучшить отношение сигнал-шум. Таким образом, настоящее протокол может быть использован в сочетании с редкими экспериментов приобретения для подтверждения, локализации и четко разграничить акустически-вызвавший BOLD деятельность в слуховых функциональных областях, представляющих интерес.

До получения функциональных объемов для слухового эксперимента, важно, чтобы подтвердить наличие акустически вызванной активности в слуховой коре. BOLD активации, как правило, проявляется в слуховой Кортех в 45 мин индукции анестезии (рис. 1). Хотя вполне вероятно, что значительная BOLD активации можно наблюдать в начале эксперимента, никаких функциональных работает не были собраны до этого 45 мин задержка из-за времени, необходимого для подготовки животных и сбора анатомической сканирования. Для оптимизации сбора данных, каждая функциональная выполнения могут быть построены, чтобы максимизировать количество томов, собранных для каждого условия стимула. Это может быть достигнуто путем изменения процедуры несколькими способами. Во-первых, время, необходимое для сбора каждый том может быть уменьшен путем уменьшения поле зрения функциональных ломтиками изображения. Настоящая процедура описывает приобретение целых изображений головного мозга. Вместо этого, границы 3-D функционального объема могут быть выровнены в анатомических границ пространственно-локализованного слуховой коры. Во-вторых, время сбора объем также может быть уменьшен путем уменьшения разрешения в плоскости. Тем не менее, в плоскости разрешение не менее 0,75 мм 2 оказывается достаточным, чтобы решить региональные различия в функциональности в рамках слуховой коры. Если увеличение разрешения в плоскости желательно, соответствующее увеличение объема момент захвата могут быть сбалансированы за счет уменьшения числа срезов в пределах функциональной объема 3-D, а вместо этого акцент на конкретном подобласти в слуховой коры .

В целом, неинвазивный характер МРТ обеспечивает повторяющиеся функциональные эксперименты в одного животного в течение длительного периода времени. Эта методика поэтому идеально подходит для продольных исследований, которые требуют сбора данных в различные моменты времени и потенциально может снизить количество животных, необходимых для данного исследования.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы заявляют никакого конфликта интересов, финансовой или иным образом.

Acknowledgments

Авторы хотели бы отметить вклад Кайл Гилберт, который разработал пользовательских РФ катушку, и Кевин Баркер, который разработал МРТ-совместимый сани. Эта работа была поддержана Канадского института исследований в области здравоохранения (CIHR), естественных и технических наук исследовательского совета Канады (NSERC), и Канады фонда инноваций (CFI).

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

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).

Tags

Неврология выпуск 84 Центральная нервная система Ухо экспериментов на животных Модели животных Функциональный Сканирование мозга мозг карт нервная система Органы чувств слуховая кора смелый изменение сигнала гемодинамики ответ слуховые акустические стимулы
Функциональной визуализации из слуховой коры у взрослых кошек с использованием высокого поля МРТ
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter