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이 문서에서는 기능적 자기 공명 영상 (fMRI)를 사용하여 가수 뇌에서 청각 자극의 신경 기판의 이미징을위한 최적화 과정을 보여줍니다. 그것은 소리 자극, 피사체의 위치와 fMRI를 데이터 수집 및 후속 분석의 준비에 대해 설명합니다.
새소리의 신경 생물학은 인간의 연설 모델로, 행동 신경 과학 연구의 뚜렷한 영역입니다. 전기 생리학 및 분자 방법은 몇 가지 신경이나 뇌에 따라 혈액 산소 수준 (BOLD) 기능성 자기 공명 영상 (fMRI)의 많은 부분에서 하나의 자극에 어느 다른 자극의 조사가 모두의 장점을 결합 할 수 있도록하는 반면, 신경 활성을 비교, 즉 한 번에 전체 두뇌의 여러 자극에 의해 유도. 명금의 fMRI를 때문에 그들의 두뇌의 작은 크기와 자신의 뼈 때문에 도전 특히 그들의 두개골 중요한 감수성 인공물을 유도, 수많은 공기 구멍을 이용할 수 있습니다. 경사 에코 (GE) BOLD fMRI를 성공적으로 명금 1-5 (검토를 위해, 6 참조)에 적용되었습니다. 이러한 연구는 감수성 인공물의 자유 영역입니다 기본 및 보조 청각 뇌 영역에 초점을 맞추었다. 그러나, PROC관심 치찰음이 지역을 넘어 발생할 수 있습니다 뇌 전체 BOLD fMRI를 이러한 이슈에 덜 민감 MRI 시퀀스를 사용이 필요합니다. 이 스핀 에코 (SE) BOLD fMRI를 7,8를 사용하여 수행 할 수 있습니다. 이 문서에서는, 우리는 광범위 새소리의 행동 신경 과학에서 연구 15-25그램의 체중 작은 명금입니다 얼룩말 핀치새이 기술 (Taeniopygia guttata)를 사용하는 방법에 대해 설명합니다. 명금에 fMRI를 연구의 주요 주제는 노래 인식과 노래 학습이다. SE의 약한 BOLD 감도 (GE에 비해) 기반 fMRI를 시퀀스는이 기술의 구현은 매우 도전하게 결합 된 자극의 청각 특성.
1. 청각 자극의 준비
2. 제목 준비
2.1 제목 및 그룹 크기
여기에서 우리는 특히 어른 얼룩말 핀치의 사용에 적합한 프로토콜을 제시한다. 종의 선택은 과학적 질문에 따라 달라집니다. 그러나 마취 조류 안정성과 같은 다른 고려 사항도 고려 될 수있다. 얼룩말 핀치 (Taeniopygia guttata)는 12 시간 빛 아래 새장에 보관해야합니다 12 시간 어두운 광주와 연구 전반에 걸쳐 음식과 물을 광고 무제한으로 액세스 할 수 있습니다. 실험 당 개인의 최소 수는 15입니다. 이 번호는 계정에 스핀 에코 fMRI를하고 실험에서 측정 된 생물학적 현상의 자연 개인간 변화의 민감도를합니다.
2.2 설치의 설치 및 동물의 준비
(사양사용되는 장비, 우리는)이 문서의 끝 부분에 특정 시약 및 장비의 목록을 참조하십시오
위에서 언급 한 바와 같이, 7T MR 시스템은 제시된 설치에 사용됩니다. 다른 필드의 강점 다른 MR 시스템도 가능하지만, 7T에 좋은 타협 신호 대 잡음 비율과 감수성 인공물의 정도 (설명 참조) 사이에 도달합니다. 높은 전계 강도에서의 신호 대 잡음 비율은 감수성 인공물의 정도와 함께 증가합니다.
3. 데이터 수집
4. 자료 처리
이에 대한 대안은 SPM은 모든 복셀 차원의 파일을 열고 분석 할 수 있도록 도구 상자는 'SPMMouse'의 사용이다. 이 도구는 SPM '유리의 뇌'는 어떤 이미지에서 생성 할 수 있으며, 자동으로 디폴트를 이미지 파일이나 사용자가 입력 한 데이터의 헤더에 따라 저울의 길이를 조정합니다. 따라서이 도구는 우리가 제안했던 것보다 반대 방식으로 작동합니다. 대신 SPM에 맞게 이미지의 복셀 크기를 변경, SPM의 기본 설정은 다른 복셀 크기로 이미지를 사용하도록 변경됩니다.
우리는 여기에서 시각적 얼룩말 핀치 뇌의 청각 자극의 신경 기판을 성공적으로 이미징을위한 절차의 최적화 순서를 발표했다. 첫째, 자극의 청각 자극 결과의 준비를위한 설치 절차는 ON / 블록 패러다임 OFF (그림 2)에 통합 할 수있는과 뇌의 차동 반응을 불러 일으킬 수있는 음압 레벨의 잠재적 차이를 제거하기 위해 정규화되는 . MRI 스캔의 얼룩말 핀치를 준비하고 자석의 내경 (그림 1)에 그것을 배치 한 후, fMRI를이 취득 할 수 있습니다. 또한, 3D 고해상도 이미지 얼룩말 핀치 아틀라스 9에 데이터를 표준화하기 위해 수행됩니다. 마지막으로, 데이터의 사전 처리 및 통계 분석의 결과와 (그림 6)의 시각화 할 수 있습니다.
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그림 1. 화이트 노이즈의 스펙트로은 자석 내부의 조류의 머리의 위치 기록 구멍. 자석 외부 A. 화이트 노이즈가 지루. B. 화이트 노이즈가 구멍 자석에서 강화 / 억제하는 주파수 대역을 설정하기 위해 기록했다. C. 화이트 강화 / 억제 주파수 대역을 보정하는 이퀄라이저 기능의 적용 후 소음.
그림 2. ON / 청각 자극 기간이 휴식 시간에 교대되는 블록 패러다임 OFF의 개요. 각 블록 (자극 / 나머지는 2) 이미지가 취득하는 동안 16 초 동안 지속됩니다. 다른 자극 새소리의 대표적인 모티프 나 소리의 다른 유형으로 구성실험에 따라 달라집니다. 이 주제는 연결된 및 인터리브 침묵 기간으로하고 침묵 기간 기간은 소리와 모든 자극에 동일한 침묵의 총량을 유지하기 위해 조정됩니다.
그림 3. . 작은 명금의 청각 fMRI를위한 설정 A. 동물 침대 삽입물 :. 스캐너의 동물 침대에서 조류의 위치의 상세한 설계도 개요 : B. RF 헤드 코일, 마취 가스의 D. 공급 C. 부리 마스크, E. 비자 헤드폰 몸을 유지하는 호흡 속도, G. 배설강 온도 프로브, H. 피드백 제어 히터 시스템을 모니터링하는 F. 압축 공기를 넣은 베개 센서측정하는 동안 조류 안정 온도. 큰 그림을 보려면 여기를 클릭하십시오 .
그림 4. 전체 - 뇌 fMRI를 영상에 대한 슬라이스 형상. ParaVision 소프트웨어의 형상 편집기에서 스크린 샷의 조성입니다. 이전에 취득한 축, 시상 및 관상 RARE 조종 이미지는 fMRI를 스캔 슬라이스 방향을 정의하는 데 사용됩니다.
그림 5. 그 중간 시상 조각에 투영 얼룩말 핀치 아틀라스 10에서 묘사 구조의 왼쪽 반구의 3D 표현의 측면 뷰. 묘사 핵의 색상 코드가 오른쪽에 표시됩니다. 이 delineatED 구조는 보컬 모터 경로의 일부입니다 : HVC, 핵 robustus는 arcopallii (RA), nXII 동위 tracheosyringealis (nXIIts) 전방 전뇌 경로 : 핵 lateralis magnocellularis 갈 거예요 lateralis (LMAN), 지역 X (X) 청각 시스템 : 필드 L, 핵 ovoidalis (OV), 핵 mesencephalicus lateralis 갈 거예요 발등 MLD (); 후각 시스템 : 후각 망울 (OB) 및 시각 시스템 : 핵 entopalliallis (E), tectum opticum (TEO).
그림 6. 차 청각 영역, 필드 L, 다른 청각 자극에 의해 유발 인접 보조 청각 지역에서 fMRI를 BOLD 반응의 예는 나머지 조건과 비교. 이미지 얼룩말 핀치 뇌 고해상도 해부학 적 영상에 겹쳐 통계 파라 메트릭 매핑 구성 아틀라스 9. T-값에 따라 색으로 구분됩니다t-검정은 유의 한 (P는 <0.001)로 발견 된 숫자 만 복셀에 표시 눈금이 표시됩니다.
이 보고서에서, 우리는 마취 얼룩말 핀치새의 청각 자극의 신경 기판의 생체 특성에 대한 자세한에 최적화 된 프로토콜을 설명합니다.
제시된 프로토콜 라인, BOLD fMRI를 사용하여 동물의 뇌 기능 활성화 연구의 대부분은 인수 중에 동물을 마취시키다. 연구 기간 동안 자석 환경과 스캐너 소음을 익숙하게하는 훈련 동물은 시간이 많이 소요 도전하기 때문에 거의 사용되지 수 있지만, 오히려.
마취는 그 생리적 반응에 스트레스에 의한 영향을 최소화하고 신경 반응과 신경 활동과 fMRI를 측정 BOLD 반응 사이의 전송 기능 모두에 동물 처리, 그 효과를 용이하지만 온 -가는 중요한 연구 주제이다 . 따라서 AUD 동안 BOLD 반응에 마취의 효과얼룩말 핀치의 itory 자극은 우리의 실험실 2에서 조사 하였다. 따라서, 얼룩말 핀치에 세 널리 사용되는 마취제 - medetomodine, isoflurane을 우레탄 - 다른 신경 전달 물질 시스템에 작용이 연구되었다. 결과는 청각 자극이 세 마취 맑고 BOLD 반응의 결과 지적하지만 약간의 차이가 활성화 영역의 확장 예를 들어 관련하여 세 가지 시약 사이에 발생했습니다. 본 연구의 결과와 비교적 빠른 회복과 사소한 부작용을 갖는 큰 장점을 가지고 있으며, 따라서 경도 시험에 사용되는 가장 높은 잠재력을 가지고 같은 isoflurane을 임상 응용에서 가장 일반적인 마취는 사실에 근거하여 isoflurane을가되었다 우리가 실험실에서 얼룩말 핀치 fMRI를위한 선택의 마취.
이 프로토콜에서 우리는 스핀 에코 (SE) fMRI를 대신 전통적인 그라데이션 에코 (GE) fMRI를의를 사용합니다. GE fMRI를 비교, SE fMRI를에는가 아니라 전체 뇌에 신호를 제공하는 큰 장점은 영상에서 신호 드롭 아웃입니다. SE BOLD fMRI를 또 다른 장점은 더 나은 공간 특이성 10,11입니다. 실제로, 높은 자기장에서 SE BOLD 신호의 혈관 구성 요소는 감소 (때문에 긴 TE)의 대형 선박의 혈관 외 구성 요소 (SE MRI 시퀀스의 180 ° 재조명 펄스)에 의해 억제된다. SE BOLD 신호를 따라서 작은 혈관 12-14을 발생하는 정확한 혈관 외 신호에 의해 지배된다. SE fMRI를의 주요 한계는 최적화 된 시퀀스 및 최적화 자극 패러다임을 필요로하는, 상대적으로 약한 감도이다. 잡음비 (CNR)에 대비 전계 강도 15 증가한다. 긴 TE는 CNR이 증가하지만, 신호 대 잡음비에게 12,13,15를 타협. 최적의 TE는 일반적으로 동일하거나 조직의 T 2 값보다 더 긴 시간에 해당합니다. 우리는, 7T에서, 보여60 밀리의 TE 값은 CNR 다른 자극에 의해 트리거 BOLD 반응에 유의 한 차이 (Poirier의, 2010) 감지하기에 충분한 신호 대 잡음 비율을 제공합니다.
GE에 비해 T2 * 강조 반면, SE T2-강조 콘트라스트가 긴 TR (7T에서 1,500-2,000 밀리 초)가 필요합니다. 이미지를 15 조각 할 수 있도록, 우리는 2,000 밀리 초 TR을 사용했다. 합리적인 한계 획득 시간을 유지하려면, SE MRI 시퀀스를 가속화해야합니다. 이것은 일반적으로 에코 평면 영상 (EPI) 샘플링 방식 10,16-19를 사용하여 수행됩니다. 그러나 EPI는 자기장의 크기와 증가, 그리고 T2 * 효과 (신호가 강한하지만 덜 구체적 만들기)를 BOLD 신호를 오염하는 이미지 왜곡을 유도합니다. EPI는 청각 자극을 조사에 사용하기 위해 덜 중요한 만들기, 매우 강렬한 음향 노이즈를 생성합니다. 따라서 우리는 64의 매트릭스 크기 8 초 획득 시간의 결과 X 32과 RARE 시퀀스를 사용했습니다. 이 임시 resolut이온은 여전히 블록 디자인에 의해 유도 된 부진 BOLD 반응 호환되지만 너무 정확하게 BOLD 응답의 시간 과정의 견본을 느리게하거나 이벤트 관련 디자인을 사용 할 수 있습니다. 이 순서로, 우리는 따라서 아주 좋은 공간 특이성, 차등 BOLD 반응을 감지 충분히 높은 감도와 사용 된 자극 패러다임 20,21와 호환 시간적 해상도가 특징입니다 순수 T2-가중 SE 신호를 얻었다.
명금의 fMRI를 사용의 장점 및 제한 사항
지난 수십 년 동안 fMRI를 간단 감각 모터에서 높은인지 적 작업에 이르기까지 다양한 작업하는 동안 두뇌 활동의 연구를위한 임상인지 신경 과학에서 가장 인기있는 신경 영상 기법 중 하나가되고있다. 전임상 연구에서,이 방법은, 그러나, 여전히 거의 사용되지 않습니다. fMRI를 실험의 부족은 작은 동물에 완료하고, 특히 명금 가능성이 최신마취 또는 진정 작용이 전체 주제의 고정화 (위의 설명을 참조)를 달성하는 데 필요한 사실에 관한 것이다. 따라서,이 기술의 주요 단점으로 간주하고 해결할 수있는 문제의 유형을 제한하고 있습니다. fMRI를 마취를 필요로하고 있지만 그러나 BOLD 신호는 주로 현지 필드 잠재력을 반영하고, 따라서 전기 생리학 및 즉시 초기 유전자에서 측정 된 활동 전위의 차이 (IEG) 연구 (예 : 22), BOLD fMRI를이 기술로 얻어진 여러 결과를 확인했습니다.
지금까지 가수 신경 과학에서 가장 인기있는 기술은 여전히 단일 또는 멀티 유닛 활동 IEG와 전기 생리학 기록의 활동에 따라 표현입니다. 이러한 기술은 매우 높은 공간 해상도 (; 세포 수준 5-30 μM)의 혜택을 누릴 수 있습니다. 그러나, 그들은 고도의 침략 또는 치명적이다. 또한, 전기 생리학 기술은 LO의 수에 의해 제한됩니다따라서 하나의 실험에서 샘플링 할 수있는 양이온은 조사 과정에 참여 신경 기판의 국산화에 대한 선험적 가설이 필요합니다. 250 ㎛의 공간 분해능 - - 반면, BOLD fMRI를 전체적으로 뇌 접근을 허용하기 때문에 가정이없는 실험을 수행 할 수 있습니다. 마지막으로 가장 중요한 것은, MRI의 비 침습적 새로운 가능성의 넓은 범위를 여는 동일한 주제에 반복 경도 측정을 할 수 있습니다.
관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.
이 연구는 연구 재단의 보조금에 의해 지원되었다 - 플랑드르 (FWO 프로젝트 NR G.0420.02 및 G.0443.11N), 앤트워프 대학에서 헤라클레스 재단 (부여 NR AUHA0012), 공동 연구 작업 (GOA 자금) 및 부분적으로 EC가 후원 - FP6 프로젝트는 참 LSHB-CT-2005-512146와 EC - FP6 프로젝트 에밀 A.VdL에 LSHC-CT-2004-503569는. 플랑드르 (FWO) - G.DG와 CP는 연구 재단의 박사 후 연구원입니다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Isoflurane anaesthetic | Isoflo | 05260-05 | |
PC-Sam hardware/software | SA-Instruments | http://www.i4sa.com | |
Monitoring and gating system | 1025 | ||
MR-compatible small rodent heater system | Model 1025 compatible | ||
Rectal temperature probe | RTP-102B | 7'', 0.044'' | |
7T MR scanner | Bruker Biospin | PHS 70/16 | |
Paravision software | 5.1 | ||
Gradient Insert | BGA9S | 400 mT/m, 300A, 500V | |
Gradient Amplifiers | Copley Co., USA | C256 | |
Transmit resonators | Inner diameter: 72 mm, transmit only, active decoupled | ||
Receiver antenna - 20 mm quadrature Mouse Head | Receive only, active decoupled | ||
WaveLab software | Steinberg | ||
Praat software | Paul Boersma, University of Amsterdam | http://www.praat.org | |
Non-magnetic dynamic speakers | Visation, Germany | HK 150 | |
Fiber optic microphone | Optoacoustics, | Optimic 1160 | |
Sound amplifier | Phonic corporation | MM 1002a | |
Presentation software | Neurobehavioral Systems Inc. | ||
MRIcro | Chris Rorden | http://www.cabiatl.com/mricro/mricro/ | |
Statistical Parametric Mapping (SPM) | Welcome Trust Centre for Neuroimaging | 8 | http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/ |
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