Funktionella studier av hörselsystemet hos däggdjur har traditionellt gjorts med hjälp av rumsligt-inriktade tekniker såsom elektrofysiologiska inspelningar. Följande protokoll beskriver en metod för att visualisera storskaliga mönster av frammanade hemodynamiska aktivitet i kattens hörselbarken med hjälp av funktionell magnetisk resonanstomografi.
Nuvarande kunskap om sensorisk bearbetning i däggdjurshörselsystemet härrör huvudsakligen från elektrofysiologiska studier i olika djurmodeller, inklusive apor, illrar, fladdermöss, gnagare och katter. För att dra lämpliga paralleller mellan mänskliga och djurmodeller av hörselfunktionen, är det viktigt att skapa en bro mellan funktionella avbildningsstudier mänskliga och djurelektrofysiologiska studier. Funktionell magnetisk resonanstomografi (fMRI) är en etablerad, minimalt invasiv metod för att mäta breda mönster av hemodynamiska aktivitet i olika regioner i hjärnbarken. Denna teknik används ofta för att undersöka sensorisk funktion i den mänskliga hjärnan, är ett användbart verktyg för att koppla studier av ljudbearbetning hos både människor och djur och har med framgång använts för att undersöka hörselfunktionen på apor och gnagare. Följande protokoll beskriver en experimentell procedur för att undersöka hörselfunktionen i sövda vuxnakatter genom att mäta stimulans-framkallade hemodynamiska förändringar i hörselbarken med hjälp av fMRI. Denna metod underlättar jämförelse av de hemodynamiska reaktioner i olika modeller av hörselfunktionen vilket leder till en bättre förståelse av arter oberoende funktioner i däggdjur hörselbarken.
Nuvarande förståelse för ljudbearbetning i däggdjur härrör huvudsakligen från invasiva elektrofysiologiska studier på apor 1-5, illrar 6-10, fladdermöss 11-14, gnagare 15-19 år, och katter 20-24. Elektrofysiologiska tekniker använder allmänt cellulära mikroelektroder för att registrera aktiviteten av enstaka och multipla neuroner inom ett litet område av neural vävnad som omger elektrodspetsen. Etablerad funktionella avbildningsmetoder, såsom optisk avbildning och funktionell magnetisk resonanstomografi (fMRI), fungerar som användbara komplement till extracellulära inspelningar genom att tillhandahålla en makroskopisk perspektiv samtidig driven verksamhet över flera, rumsligt distinkta regioner av hjärnan. Intrinsic signal optisk avbildning underlättar visualisering av framkallad aktivitet i hjärnan genom att mäta aktivitetsrelaterade förändringar i reflektionsegenskaperna hos ytan vävnad medan fMRI använder blodsyrenivån beroende (BOLD)kontrast för att mäta stimulans-framkallade hemodynamiska förändringar i hjärnregioner som är aktiva under en viss uppgift. Optisk avbildning kräver direkt exponering av den kortikala ytan mäter förändringar i ytan vävnad reflektans som är relaterade till stimulans-framkallade aktivitet 25. I jämförelse är fMRI icke-invasiv och utnyttjar paramagnetiska egenskaper för syrefattigt blod för att mäta både kortikala ytan 26-28 och sulcus baserade 27,29 framkallad aktivitet inom en intakt skalle. Starka samband mellan BOLD signal-och nervaktivitet i icke-mänskliga primater syncentrum 30 och i människans hörselbarken 31 validera fMRI som ett användbart verktyg för att studera sensorisk funktion. Eftersom fMRI har använts i stor utsträckning för att studera funktioner i hörselvägen såsom tonotopic organisation 32-36, later av hörselfunktionen 37, mönster av kortikal aktivering, identifiera kortikala områdena 38, effekter av ljudintensitet på auditiva svar egenskaper 39,40 och egenskaper BOLD svarstid kurs 29,41 i människa, apa, och råttmodeller, utveckling av en lämplig funktionell bildprotokoll för att studera hörselfunktionen i katten skulle vara ett användbart komplement till den funktionella avbildningslitteraturen. Medan fMRI har också använts för att undersöka olika funktionella aspekter av syncentrum i sövd katt 26-28,42, har få studier använt denna teknik för att undersöka sensorisk bearbetning i katt hörselbarken. Syftet med detta protokoll är att skapa en effektiv metod att använda fMRI för att kvantifiera funktion i hörselbarken hos sövd katt. De experimentella förfaranden som beskrivs i detta manuskript har med framgång använts för att beskriva funktionerna i BOLD svarstid kurs i vuxen katt hörselbarken 43.
Vid utformning av en fMRI experiment för en sövd djurmodell av hörselfunktionen, bör följande frågor noga övervägas: (i) effekten av anestesi på kortikala svar, (ii) effekten av bakgrunds scanner buller, och (iii) optimering av datainsamlingsfasen av den experimentella proceduren.
Medan en sövd preparat ger den viktiga fördelen att producera en längre period av sedering och minimera potentiella huvud rörelse under en funktionell avbildning session, är anestesi känt för att p?…
The authors have nothing to disclose.
Författarna vill tacka för bidragen från Kyle Gilbert, som ritade den anpassade RF-spole, och Kevin Barker, som ritade MRI-kompatibla släde. Detta arbete stöddes av den kanadensiska Institutes of Health Research (CIHR), naturvetenskaplig och teknisk forskning Council of Canada (NSERC), och Canada Foundation for Innovation (CFI).
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 |