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Neurosciences

하이 필드의 fMRI를 사용하여 성인 고양이의 청각 피질의 기능적 이미징

Published: February 19, 2014
doi:
10.3791/50872
, , , , ,
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.

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 지침…

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 잡…

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 역…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

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

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
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References

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Citer Cet Article
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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