Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

Yüksek alan fMRI kullanılarak Yetişkin kedilerde işitme korteksi Fonksiyonel Görüntüleme

Published: February 19, 2014 doi: 10.3791/50872

Summary

Memelilerde işitme sisteminin fonksiyonel çalışmalar, geleneksel olarak bu tür elektrofizyolojik kayıtları gibi uzamsal odaklı teknikleri kullanılarak yapılmıştır. Aşağıdaki protokol işlevsel manyetik rezonans görüntüleme kullanılarak kedi işitsel kortekste uyarılmış hemodinamik aktivitesinin büyük ölçekli desen görselleştirilmesi için bir yöntem tarif eder.

Abstract

Memeli işitme sisteminin duyusal işleme bugünkü bilgiler esas olarak maymun, dağ gelinciği, sopaları, kemirgenler ve kediler dahil olmak üzere, hayvan modellerinde çeşitli elektrofizyolojik çalışmalar, türetilmiştir. Işitsel işlev insan ve hayvan modelleri arasında uygun bir paralellik çizmek amacıyla, insan işlevsel görüntüleme çalışmaları ve hayvan elektrofizyolojik çalışmalar arasında bir köprü kurmak için önemlidir. Fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) serebral korteksin farklı bölgeler arasında hemodinamik etkinliğinin geniş kalıplarını ölçme kurulu, minimal invaziv bir yöntemdir. Bu teknik yaygın olarak insan beyninde duyu işlevini araştırmak için kullanılır, insanlarda ve hayvanlarda hem de işitsel işleme çalışmaları bağlayan bir araçtır ve başarılı bir şekilde maymun ve kemirgen işitsel araştırmak üzere kullanılmıştır. Aşağıdaki protokol anestezi yetişkin işitme fonksiyonlarını araştırmak için deneysel bir prosedür açıklanmaktadırfMRI kullanarak işitsel kortekste uyarıcı-uyarılmış hemodinamik değişiklikleri ölçerek kediler. Bu nedenle bu yöntem, memeli işitsel korteks türe bağımsız özelliklerinin daha iyi anlaşılması için gerekli olan işitsel işlevin farklı modelleri arasında hemodinamik tepkiler karşılaştırmasını kolaylaştırır.

Introduction

Memelilerde işitsel işleme mevcut anlayış esas maymunlar 1-5, dağ gelinciği 6-10, yarasalar 11-14, 15-19 kemirgenler, kedi ve 20-24 invazif elektrofizyolojik çalışmalardan elde edilmektedir. Elektrofizyolojik teknikler genellikle elektrot ucu çevresindeki sinir dokusunun küçük bir alanda tek ve birden fazla nöron aktivitesini kaydetmek için hücre dışı Mikroelektronlar kullanmaktadır. Gibi optik görüntüleme ve fonksiyonel manyetik rezonans görüntüleme (fMRI) gibi işlevsel görüntüleme yöntemleri, beynin birden fazla, uzamsal olarak ayrı bölgelerde eşzamanlı km'ye aktivitesinin bir makroskopik bir bakış açısı sağlayarak hücre dışı kayıtları için yararlı tamamlar hizmet kurulmuştur. FMRI kan oksijen seviyesi bağımlı (BOLD) kullanır iken İçsel sinyal optik görüntüleme yüzey dokusu yansıtma özellikleri aktivite ile ilgili değişiklikleri ölçerek beyindeki uyarılmış aktivite görüntülenmesini kolaylaştırırbelirli bir görev sırasında aktif olan beyin bölgelerinde uyarıcı-uyarılmış hemodinamik değişiklikleri ölçmek için kontrast. Optik görüntüleme uyaran-uyarılmış aktivite 25 ilgilidir yüzey dokusu yansıtma önlemleri değişikliklere kortikal yüzeyin doğrudan maruz kalmasını gerektirir. Buna karşılık, fMRI noninvaziv ve sağlam bir kafatası içinde kortikal yüzeyi 26-28 ve sulkus-tabanlı 27,29 uyarılmış aktivite hem ölçmek için deoksijene kan paramanyetik özellikleri patlatır. Insan olmayan primat görsel korteks 30 ve insan işitsel kortekste 31 BOLD sinyal ve nöronal aktivitenin arasında güçlü bir korelasyon duyu fonksiyonlarını incelemek için yararlı bir araç olarak fMRI doğrulamak. FMRI gibi tonotopic organizasyon 32-36, işitsel işlev 37 lateralizasyonu, kortikal aktivasyon desenleri, kortikal bölgelerin 38 tanımlanması, ses efektleri gibi işitsel yolun özelliklerini incelemek için yaygın olarak kullanılan beriişitsel tepki özellikleri 39,40, ve insan, maymun ve fare modelleri, kedi işitme işlevini incelemek için uygun bir fonksiyonel görüntüleme protokolü kalkınma için yararlı bir tamamlayıcı olacağı yılında BOLD tepki süresi elbette 29,41 özelliklerine yoğunluğu fonksiyonel görüntüleme edebiyat. FMRI da anestezi kedi 26-28,42 görsel korteksin çeşitli fonksiyonel yönlerini keşfetmek için kullanılmış olsa da, birkaç çalışma kedi işitsel korteks duyusal işleme incelemek için bu tekniği kullandık. Mevcut protokolün amacı, anestezi kedi işitsel korteks işlevini ölçmek için fMRI kullanarak etkili bir yöntem oluşturmaktır. Bu yazıda özetlenen deneysel prosedürleri başarıyla yetişkin kedi işitsel kortekste 43 BOLD tepki süresi tabii özelliklerini tanımlamak için kullanılır olmuştur.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Aşağıdaki prosedür, kullanılan kediler anesteziye tabi ki buradaki herhangi bir görüntüleme deneyi uygulanabilir. (1,1-1,7 adım, 2.8, 4.1) özel olarak bir işitsel deneyler için gerekli olan adımları diğer duyusal uyarıcı protokollerini barındırmak için modifiye edilebilir.

Tüm deneysel prosedürleri Western Ontario Üniversitesi Hayvan Bakım Üniversitesi Konseyi Hayvan Kullanımı Alt Komitenin onayını aldı ve Hayvan Bakımı Kanada Konseyi (CCAC) 44 tarafından belirlenen kurallar izledi. Özetlenen deney kurtarma hayvan hazırlık yaklaşık 150 dakika gerektirir. Deneyin süresi tabii ki, Şekil 1 'de gösterilmiştir.

1.. Uyarıcı Ekipmanları Hazırlık

Şekil 2 elektronik bileşenleri ve MRI tarayıcı bir işitsel uyaran oluşturulması için gerekli ilgili bağlantılarını gösterir. Gereksinimleri f gibidirollows: Bir bilgisayar, bir harici ses kartı, stereo güç amplifikatörü ve bir fMRI uyumlu kulaklık sistemi.

  1. Universal Serial Bus (USB) kablosu ile harici ses kartı işitsel uyaran sunmak için kullanılacak bilgisayara bağlayın.
  2. Stereo güç amplifikatörü giriş portlarına harici ses kartının çıkış portları bağlantı kablolarını takın.
  3. FMRI uyumlu kulaklık sistemi trafo kutusunun giriş limanlarına stereo güç amplifikatörü çıkış portları bağlantı kablolarını takın.
  4. Transformatör kutusunun çıkış portları binaural kulaklığı bağlayın.
  5. Kullanım tarayıcı oda dışında penetrasyon paneline transformatör kutusunu bağlamak için BNC bağlantı ile koaksiyel kablolar ekranlı.
  6. Tarayıcı oda içindeki penetrasyon panelindeki ilgili BNC limanlarına kulaklık kablosu aksamını takın.
  7. Kulaklık için köpük kulak ipuçları bağlayın sonra kulaklık t bağlamakkablo montaj o. O ses kulaklık bilgisayardan iletilen onaylamak için bir test işitsel uyaran çalıştırın. Kulaklık ayırın ve hayvan hazırlık aşamasında (adım 2.7) esnasında güvenli kedinin kulakları içine köpük kulak ipuçları ekleyin.

2. Hayvan Preparasyon

  1. , Kedi premedicate bir deri altı enjeksiyonu (SC) ile atropin sülfat sedatif karışımı (0.02 mg / kg) ve asepromazin (0.02 mg / kg) yönetmek için.
  2. 20 dakika sonra anestezi oluşturmak için bir kas içinden (İM) enjeksiyonu yoluyla ketamin (4 mg / kg) ve deksmedetomidin hidroklorür (0,02-0,03 mg / kg) uygulanması. Ketamin genellikle ketamin 45 tek başına kullanıldığı zaman sık görülen titreme ve kas sertliği azaltmak için, bu durumda, deksmedetomidin hidroklorür olarak, bir sakinleştirici ve kas gevşetici ile birleştirilir. Bu kombinasyon, genellikle anestezik sedasyon, yaklaşık 150 dakika ve sık sık neden uyarılması için veteriner uygulamada kullanılırKüçük hayvanlarda anestezi.
  3. Kedinin doğrulma refleksini yitirmiş sonra, işlem sırasında kurumasını önlemek için gözlere oftalmik merhem geçerlidir. Ketamin damar içine verilmesi için medial safen damarı bir kalıcı kateter yerleştirin.
  4. Forepaw sonra kedi pençesini kaldırır mı gözlemleyerek bir ayak kısma tarafından başarılı bir anestezi indüksiyonu için Testi. Pedal refleks kaybolur sonra, o bir 4.0-4.5 endotrakeal tüp ile entübe kedi farengeal duvarların üzerine lidokain püskürtülerek öğürme refleksini bastırır.
  5. 1-1.5 L / dk 'da% 100 oksijen içinde verilen ketamin sürekli bir infüzyon hızı (0,6-0,75 mg / kg / saat) ve inhale izofluran (% 0.4-0.5) ile görüntüleme oturumu boyunca anestezi koruyun. Bir 60 ml şırınga içinde tuz 60 ml ve 0.07 ml ketamin Kombine sonra şırınga pompası şırınga. Bu adım, kedi premedicating önce gerçekleştirilebilir.
  6. MR-uyumlu s katında sıcak balmumu dolu ısıtma pedleri yerleştirinled (Şekil 3a ve 3c) ardından kızak iç duvarları etrafında plastik bir yalıtkan bubble wrap katman.
  7. MR-uyumlu bir kızak (Şekil 3c) 'de izolasyon hava kabarcıklı film içindeki bir sternal konumda kedi yerleştirin.
  8. Cat konumlandırılmış sonra, kulaklarına erişim sağlamak için baş ayarlayın. Mümkün olan en küçük çapı içine köpük kulak ipuçları rulo sonra derin kulak kanalı içine her bir kulak ucu takın. Sokulduğunda, köpük kulak uçları kulak kanalları içindeki boşluğu doldurmak için genişletmek gerekir.
  9. Başını düzgün 3-kanallı radyo frekans (RF) bobin (Şekil 3b) içinde konumlandırılmış kadar kedi ayarlayın. Akustik söndürme bellek köpük (Şekil 3d) ile kafa stabilize. Tarayıcı gürültü ek zayıflama sağlamak için kulak çevresinde köpük yerleştirin.
  10. Daha sonra güvenli ve tarayıcı yatağa kızak taşıma plastik bubble wrap yalıtım battaniye kedi sarın.
  11. Kedi infüzyon hatları, anestezik dağıtım borularını ve izleme ekipmanları bağlayın. Penetrasyon paneline takılı kulaklık kablosu düzeneğine kulaklığı bağlayın.
  12. Anestezi derinliği göre gereken şekilde 0.6 mg / kg / saat arasında, baz akış hızında ketamin infüzyon başlatın sonra akış hızı artar. Anatomik taramaları toplanmıştır sonra, başlangıç ​​dozu izofluran% 0.5 'e ayarlayın daha sonra% 0,4' e azalır.
  13. Monitör ve tarayıcı deliğinden uygun bir mesafede konumlandırılan MR-uyumlu izleme ekipmanları kullanarak deney boyunca kedinin kan oksijen doygunluğu, end-tidal CO 2 düzeyleri, kalp hızı, solunum ve rektal sıcaklık (eğer mümkünse) kaydedebilirsiniz. Tablo 1 değerleri ve bu prosedürün başarılı bir şekilde yürütülmesi için fizyolojik ölçümlerin aralıkları demek. Kalp hızı ve solunum istikrarlı artışlar genellikle anestezi yakın iyileşme ile ilişkilidir.
  14. Sonra sEssion kızaktan kediyi çıkarmak tamamlandı. Hayvan tamamen iyileşene kadar ısıtma pedleri ve havlu ile ek ısıtma sunmaya devam ediyoruz. Öğürme refleksi geri döndüğünde, endotrakeal tüpü çıkarın. Düzeltilmesi refleks sonra tesis hayvan dönün geri kadar kedi izleyin. Deney hiçbir olumsuz etkileri sağlamak için hayvana işlem sonrası bir gün değerlendirin.

3. Beyin Görüntüleme

  1. Eksenel dilim yönde kedinin beyninin anatomik taramaları toplayın. Anatomik referans hacmi için aşağıdaki görüntüleme parametreleri kullanın: TR = 750 msn ile FLASH görüntüleme dizisi, TE = 8 msn, matriks = 256 x 256 x 1,0 mm edinimi Voksel boyutu = 281 um x 281 mikron. Anatomik tarama süresi yaklaşık 6 dakika. Şekil 4 (sol panel), belirtilen parametreleri kullanılarak elde edilen bir örnek bir anatomik görüntü dilim sağlar.
  2. Functio için aşağıdaki görüntüleme parametreleri kullanınnal hacimleri: TR = 1.000 msn ile, TE = 15 msn, 3 kesimleri / uçak, 21 x 1 mm dilimler Parçalara serpiştirmeli eko-planar edinim (EPI); matris = 96 x 96, alan-view = 72 mm x 72 mm; edinme Voksel boyutu = x 0,75 mm x 1.0 mm 0.75 mm;. edinimi süresi = 3 sn / hacim 4 (sağ panel) Şekil belirlenen parametreleri kullanılarak elde edilen örnek bir işlevsel bir görüntü dilimini içerir.

4. Uyarıcı Sunum

  1. Uyaranın 30 saniye oynadı olduğu bir blok tasarımı bir bant beyaz gürültü uyaran (0-25 kHz, 5 msn yükselme / düşme süresi, 1 sunum ile 100 msn patlamaları her 200 msn, 90-100 dB SPL) sunmak ve 30 saniye başlangıca (no-uyarıcı) durumu (Şekil 5) ile dönüşümlü. Akustik uyarılmış BOLD aktivite işitsel kortekste gözlenen kadar bu adımı tekrarlayın. Bir blok bir tasarım kullanarak her fonksiyonel çalışma süresi 90 hacim için yaklaşık olarak 4.5 dakikadır.
  2. Ap olarak uyaran sunmakfonksiyonel çalışır istenilen sayıda propriate blok tasarım yapılandırma.

5. Veri Analizi

  1. Kazanılmış fonksiyonel hacimli işleme uygun fMRI analiz yazılımı (örneğin SPM, FSL) seçin.
  2. Referans anatomik tarama zamanında yakın edinilen birime her fonksiyonel hacmi düzenlenmelidir. Adım 5.6 'da kullanım için elde edilen hareket düzeltme değerlerini kaydedin. Rotasyonel baş hareketleri 1 ° veya öteleme baş hareketleri 1 mm'yi aşan herhangi bir fonksiyon çalışır dışlamak.
  3. Referans anatomik tarama için Coregister her hacmi.
  4. 2 mm tam genişlikte yarı-maksimum (FWHM) Gauss filtre ile her cilt pürüzsüz.
  5. Genel lineer model (GLM) için Regressor olarak ON-OFF uyaran blok tasarımı karşılık gelen bir kare dalga (boxcar) özelliğine sahiptir.
  6. Hareketle ilgili eserler için hesap hiç ilgi regressors hareket düzeltme değerlerini birleştirmek. Bir u Uygulap ncorrected istatistiksel eşiği = GLM 0.001 KALIN aktivasyon kümeleri görüntülemek için sonuçlanır. (: FWE aile-bilge hatası) küme düzeyinde p <0.05 eşik düzeltilmiş karşılayan küçük kümenin boyutunu belirler. Ilgi bölgelerinde istatistiksel olarak anlamlı kümeleri görmek için bu değere küme ölçüde eşik ayarlayın.
  7. Temel blokları sırasında uyarılması blokları ve ortalama BOLD sinyali sırasında ortalama BOLD sinyal arasındaki fark olarak her voksel BOLD yüzde sinyal değişikliği (PSC) tanımlayın.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Temsilci fonksiyonel veri 7T yatay delik tarayıcı edinilen ve MATLAB İstatistiksel Parametrik Haritalama araç kutusu kullanılarak analiz edildi. Işitsel uyarıya sağlam kortikal hemodinamik tepkiler sürekli olarak tarif edilen deney protokolü kullanılarak 43 kedilerde gözlenmiştir. Şekil 6, bir blok tasarımı olarak sunulan bir 30 saniye bant gürültü uyarıcıya yanıt olarak 2 hayvanlarda BOLD aktivasyonunu göstermektedir. Başlangıca vs geniş bant gürültü (hiçbir uyarıcı) T-istatistik haritaları 2 görüntü dilim uçakları kontrast işitsel korteks (Şekil 6a ve 6d ikili akustik uyarılmış aktivite bitişik kümeleri ortaya; Küme düzey FWE-düzeltilmiş eşiği: p < BOLD tek bir fonksiyonel çalışma sırasında sinyal, Şekil 6a ve 6d vurgulanan voksellerden sırasıyla 0.05). 6b ve 6e gösteri modülasyon. Bir kare dalga genel lineer model uyum ile, bir BOLD sinyal bloğun AÇIK-KAPALI desen benzer bir şekilde, işitsel uyarıcı her sunumu sırasında taban çizgisinden (no-uyarıcı durumu) göre modüle edilebilir olacağını tahmin edilmelidir tasarım. Şekil 6c ve 6f'de ortalama BOLD başlangıç ​​sinyali normalize BOLD cevabının olaya ilişkin ortalama süre dersler göstermektedir. Bu örneklerde, bir kalın sinyali uyaran başlangıcından sonra taban çizgisi 3-6 saniye göre önemli bir artış sergiler. Uyarıcı ofset sonra BOLD sinyali bu artış, genellikle işitsel uyaran sunum boyunca tutulduktan sonra bazal değerlere 6 sn düşer.

Fizyolojik Parametre Normal Aralığı Ortalama değer (Deney) b
Kalp hızı 110-226 atım / dk 143 ± 4.1 atım / dk
Solunum hızı 20-40 solunum / dak 21 ± 1.6 solunum / dak
End-tidal CO 2 35-45 mm Hg 30 ± 1.7 mmHg
Kan O 2 satürasyonu 90-100% 57 92 ± 1.2%
Rektum sıcaklığı 38.5 ± 0.5 ° C N / A

Tablo 1. Uyanık kedi ve FMRI işlem sırasında ölçülen fizyolojik parametreler için anestezi uygulanmış kedilerde ortalama değerleri normaldi. Hayvan Bakımı Kanada Konseyi tarafından belirlenen kurallar elde edilen bir Normal arasındadır. 44 b ortalama değerleri (± SEM) üzerinde N = 7 kedi elde 20 görüntüleme oturumları.

872/50872fig1highres.jpg "src =" / files/ftp_upload/50872/50872fig1.jpg "/>
Şekil 1. Deneyin zaman akışı. Deneysel prosedürde her adım premedikasyon tatbik edildiği zaman (dakika olarak) zaman çizgisi boyunca nispi çizilir.

Şekil 2,
Şekil 2. İşitsel uyaran üretim ekipmanları. Deney protokolünde kullanılan (a) Elektronik bileşenleri. (B) her bir bileşenin arasındaki bağlantı diyagramı. Tarayıcı odası ve bilgisayar odası arasındaki penetrasyon panelinde MR-uyumlu kulaklık sistemi arabirimi trafo kutusu ve kablo montaj.

pload/50872/50872fig3highres.jpg "src =" / files/ftp_upload/50872/50872fig3.jpg "/>
Şekil 3,. Deney düzeneği. 3 onun kafa ile kızak kedi (a) MR-uyumlu kızak. (B) 3-kanal kedi kafa RF bobin. Kızak bulunan bir anestezi kedi (c) Yan görünümü. (D) Ön görünüm -kanal RF bobin (Brown ve ark. 43'den uyarlanmıştır).

Şekil 4,
Şekil 4. Anatomik (solda) ve görüntülenen dilim işlevsel (sağda), 3-kanal RF bobin kullanarak bir 7T yatay delik tarayıcı edinilen görüntü dilimleri. Yaklaşık yerleşim örnekleri kedi sağ yarımkürenin bir yan görünüm üzerinde bindirilir. A: ön, P: posterior, L: Sağ: Ar bıraktı.


Şekil 5,. Bir blok tasarımı uyaran sunum. Baseline (yani hiçbir uyarıcı) şematik blok işitsel uyaran sunum 30 sn blokları ile dönüşümlü vardır. Fonksiyonel hacimleri çalışması sırasında (her 3 sn) sürekli olarak elde edilir. TA: hacim satın süresi. TS: uyarıcı blok süresi.

Şekil 6,
Şekil 6,. Gürültü stimülasyon genişbant BOLD cevabının Temsilcisi örnekleri. Başlangıca vs bant gürültü (a), (d) T-istatistik haritaları (BBN) (no-uyarıcı) kontrast, eksenel (yatay) anatomik görüntü sl üzerine bindirilmişbuzlar. (A) ve (d) görüntülenir dilimlerin yaklaşık yerleri kedi sağ yarımkürenin bir lateral görüntüsü üzerine gelmektedir. (B), (e) (a) ve vurgulanan voksellerden de (hacimleri) Ham BOLD sinyal zamanlı kurslar Tek bir fonksiyonel run (90 hacim), sırasıyla (d). (c), (f) Olay ilgili sırasında sırasıyla önce, (a) ve (d) 'de vurgulanan voksel de (saniye olarak) KALIN yanıt süresi içerisinde ortalama ve Bir uyarıcı bloktan sonra. Gri çubuklar işitsel uyaran sunum dönemi temsil eder. A: ön, P: posterior, L: Ar sol:. Sağ büyük rakam görmek için buraya tıklayın .

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Işitsel işlev bir anestezi hayvan modeli için bir fMRI deney tasarımı, aşağıdaki hususlar dikkat dikkate alınmalıdır: kortikal tepkiler üzerindeki anestezi (i) etkisi, arka plan gürültüsünün tarayıcı (ii) etkisini, ve (iii) en iyi duruma getirilmesi Deney prosedürünün veri toplama aşamasının.

Bir anestezi altında hazırlanması sedasyon uzun bir süre üreten ve fonksiyonel bir görüntüleme oturumu sırasında potansiyel kafa hareketi en aza indirmek önemli bir avantaj sağlasa da, anestezi kortikal hemodinamik etki bilinmektedir. Bu protokol açıklanan anestezik Genellikle kedi işitsel 46-48 ve görsel korteks 26-28,42 fonksiyonel görüntüleme (izofluran) çalışmaları sırasıyla elektrofizyolojik (ketamin) kullanılan ve. Ketamin minimal kortikal spontan aktivite 49 etkilediği bilinen birlikte, serebral metabolizmayı ve dolayısıyla h azalma gösterilmiştir10 mg'lık dozlarda sıçan işitsel korteks emodynamic yanıt / 50 kg. Bununla birlikte, bu prosedür (4 mg / kg) olarak önerilen dozlarda, en fazla% 6 BOLD sinyal değişikliği akustik uyarımı 43 tepki olarak kedi işitsel kortekste gözlenmiştir. Isoflurane genel olarak, kedi, görsel korteksin fonksiyonel özelliklerini araştırmak için kullanılır, ancak, aynı zamanda, bir hazırlama uyanık 51 ile karşılaştırıldığında, kedi, görsel korteks hemodinamik tepkiler büyüklüğünü azaltmak için gösterilmiştir. Ayrıca,% 1.5 üstünde dozlarda, izofluran sıçan 45 serebral kan akımı ve kedi işitsel kortekste 52 ağır etkileri nöronal yanıtı hassasiyetini artırır. Bu protokol (0.4-0.5%) olarak uygulanan dozlarda, izofluran ve böylece daha büyük dozajlar ile ilişkili olumsuz etkileri en aza indirmek, birinci anestezik için bir destek ketamin anestezik bir madde olarak hizmet eder. Propofol, aynı zamanda, ancak, 53 fonksiyonel çalışmalar görüntülemede kullanılmıştırsomatosensori doza bağımlı bir şekilde işitsel kortekste 53 potansiyelleri 45 ve KALIN uyarılmış azaltmak için gösterilmiştir. Bu anestezik böylece minimal BOLD yanıtları etkileyen ise sedasyon gerekli süreyi sağlamak için uygun değildi. Ketamin ve bu protokolü açıklanan izofluran kombinasyonu böylece çeşitli avantajlar sağlamaktadır: (i) kadar 2.5 saat boyunca derin sedasyon bir dönemi oluşturur; (ii) dönme hareketleri tipik 0.3 ° ve öteleme aşmamak şekilde kafa hareketini en aza indirir hareketleri tipik 0.1 mm 43 aşmaması ve en fazla% 6 gözlemlenebilecekti sinyal değişiklikleri ile (iii) minimal etkileri BOLD yanıtı.

Işitme sisteminin fonksiyonel bir görüntü çalışma yürütme zorluklardan biri ölçülen BOLD cevabının üzerinde MRI tarayıcı tarafından üretilen arka plan gürültüsünün etkisidir. Bu prosedürde, ses uyaran bir blok tasarımı olarak sunulmuştur, fonksiyonel volumes sürekli işlevsel çalışması sırasında elde edilir. Etkili bir şekilde 30 dB arka plan gürültüsünü azaltmak ve (ii) yaklaşık 90 dB arasında bir yoğunlukta ses uyarıcı sunarak köpük kulak ipuçları zayıflatıcı özelliklerine göre: (i) tarayıcı gürültü sorunu iki şekilde ele SPL. Şekil 6'da gösterildiği gibi, temsili bir örneği, BOLD sinyal etkili sürekli hacim satın ile eşleştirilmiş bir ses sunumu sırasında modüle uyarıcı olduğunu göstermektedir. Sürekli alım hacmi yöntemi başarıyla işitsel sisteminde tonotopic organizasyonu 33,35,36 ve uzaysal işlem 54 araştırmak için kullanılmış olsa da, bu yaklaşım, KALIN tepkisi üzerinde uyarıcı yoğunluğunun etkisi olarak sorular soruşturma sınırlar. Anlatılan deney prosedürü bundan başka birim satın alma arasındaki süreyi artırmak ve sunarak tarayıcı gürültüsünün etkisini azaltmak için değiştirilebilirçıkan sessiz aralıkta uyarıcı ses. Bu 'seyrek satın alma' yaklaşımı, BOLD tepki süresi elbette 29,41,43,55 özelliklerini tanımlamak için işitsel korteks 37,38,43,56 içinde farklı bölgeleri karakterize etmek ve incelemek için işitsel çalışmalarda yaygın olarak kullanılmaktadır BOLD tepki 39,40 ses şiddetinin etkisi. Sürekli hacmi edinimi sırasında, daha hacimleri böylece önemli ölçüde sinyal-gürültü oranını artırmak, daha kısa bir süre içinde toplanır. Mevcut protokol, bu nedenle, onaylamak lokalize ve açıkça ilgi işitsel işlevsel bölgelerinde akustik-uyarılmış KOYU etkinliğini belirginleştiren seyrek iktisap deneyleri ile birlikte kullanılabilir.

Önce bir işitsel deney için fonksiyonel hacimleri edinme, o işitsel kortekste akustik uyarılmış aktivitenin varlığını doğrulamak için önemlidir. KALIN aktivasyon işitsel corte tipik olarak belirgindirx anestezi indüksiyon 45 dakika (Şekil 1) içinde. Bu önemli KALIN aktivasyon önceki deneyde gözlenen olabilir olasıdır birlikte, fonksiyonel ishal önceki anatomik tarama hayvan hazırlanması ve toplanması için gerekli olan zamana bağlı olarak, bu 45 dakika gecikme etmek için toplandı. Veri toplama optimize etmek için, her bir fonksiyonel çalışma her uyaran durum için toplanan miktarlar sayısını arttırmak için inşa edilebilir. Bu, birkaç yolla prosedürü değiştirerek elde edilebilir. İlk olarak, her bir hacim toplamak için gereken zaman fonksiyonel görüntü dilimlerinin bir görüş alanını azaltarak azaltılabilir. Bu prosedür, tüm beyin görüntülerin elde edilmesini tarif etmektedir. Bunun yerine, 3-D fonksiyonel birimin sınırları, uzamsal olarak lokalize işitsel korteks anatomik sınırları hizalanabilir. İkinci olarak, hacim elde etme zamanı da in-düzlem çözünürlüğü azaltılmasıyla azaltılabilir. Ancak, en az 0.75 m'lik bir düzlem çözünürlüklüm 2 işitsel korteks içinde işlevsellik bölgesel farklılıkları gidermek için yeterli görünüyor. Düzlem çözünürlükte bir artışın arzu edildiği takdirde, hacim elde etme zaman içinde karşılık gelen artış işitsel korteks içindeki belirli bir alt bölge odaklanarak, bunun yerine, 3-D fonksiyonel hacmi içinde dilimlerin sayısının azaltılması ve dengelenebilir .

Genel olarak, fMRI invazif olmayan doğası uzun bir süre boyunca tek bir hayvan tekrarlanan fonksiyonel deneyler kolaylaştırır. Dolayısıyla, bu teknik çok sayıda zaman noktasında veri toplama gerektiren ve potansiyel olarak, belirli bir çalışma için gerekli hayvan sayısını azaltabilir uzunlamasına araştırmalar için idealdir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar, finansal ya da başka çıkar, hiçbir çatışmaları beyan ederim.

Acknowledgments

Yazarlar MR-uyumlu kızak tasarlanmış özel RF bobini tasarlanmış Kyle Gilbert, ve Kevin Barker, katkılarını kabul etmek istiyorum. Bu çalışma, Kanada Sağlık Araştırma Enstitüleri (CIHR), Doğa Bilimleri ve Kanada'nın (NSERC) Mühendislik Araştırma Konseyi ve Yenilik için Kanada Vakfı (CFI) tarafından desteklenmiştir.

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

Nörobilim Sayı 84 Merkezi Sinir Sistemi Kulak Hayvan Deneyleri Modelleri Hayvan Fonksiyonel beyin görüntüleme Beyin Haritalama Sinir Sistemi Duyu Organları işitsel korteks BOLD sinyal değişikliği hemodinamik yanıt işitme akustik uyaranlar
Yüksek alan fMRI kullanılarak Yetişkin kedilerde işitme korteksi Fonksiyonel Görüntüleme
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