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.

1. 청각 자극의 준비 <ol><li> 7T MR 시스템의 구멍 안에 재생되는 동안 소리 자극을 기록 첫번째로 올려주세요. 보어는 특정 청각 주파수의 향상의 결과 청각 자극을 왜곡 할 수있는 밀폐 된 공간입니다. 그림 1은 강화하고 자석에서 새의 머리의 위치에 만든 화이트 노이즈 우리의 녹음으로 표시 억제 주파수를 사용하여 구멍을 보여줍니다 광섬유 마이크 (Optimic 1160 Optoacoustics). 이 인공적인 개선을 보상하기 위해, 이퀄라이저 기능은 웨이브 랩 소프트웨어를 사용하여 각 자극에 적용됩니다. 최대 진폭 : 우리의 특정 설정에, 함수는 다음 매개 변수를 사용하여 가우시안 커널 구성-20dB : 0.05 옥타브 (우리 시스템의 범위는 2,500-5,000 Hz의에 해당) 3,750 Hz의 폭을 중심으로. </li><li> 노래 자극이 침묵의 기간과 인터리브 각 조류의 여러 개의 개별 곡을 모티브로 구성됩니다. D이러한 침묵 기간해서 만들었 사운드는 모든 자극에 동일한 침묵의 총량을 유지하도록 조정됩니다. 이 구조는 노래 길이의 자연 내 개인과 개인간 가변성을 절약합니다. 각 자극의 총 길이는 16 초입니다. 각 노래의 강도 측면에서 정규화 전체 자극 (노래와 침묵 기간)에 통합되기 전에 400 Hz로 필터링 제곱 평균 제곱근과 하이 패스 일치. 이 조작은 Praat 소프트웨어를 사용하여 수행됩니다. </li><li> 실험은 ON / 휴식 기간 (블록 OFF) (그림 2)와 블록 디자인 교류 청각 자극 기간 (블록 ON) OFF로 구성되어 있습니다. 각 블록 (OFF ON과 2) 이미지 획득 시간 (취득 아래 참조)에 해당하는 16 초, 지속됩니다. 각 자극 유형은 자극 당과 피사체 당 50 이미지의 인수의 결과로, 25 시간 제공됩니다. 조건의 표시 순서는 내부와 사이에 무작위한다주제. 자극이 무작위 순서는 프리젠 테이션 소프트웨어에 코딩 할 수 있습니다. </li></ol> 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 <ol><li> 7T MR 시스템의 MRI 침대에 부리 마스크를 설치하고 플라스틱 튜브 가스 제어 장치에 연결합니다. 산소와 질소 가스 병 및 가스 제어 장치 (:; : 400 CC / min의 질소 200 CC / min의 유량 산소)의 스위치를 모두 엽니 다. </li></ol> 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. <ol start="2"><li> 피드백 제어 시스템과 따뜻한 공기 흐름 장치의 전원을 켭니다. </li><li> 부리를 도입하여 산소와 질소의 혼합물에서 isoflurane을 3 %로 얼룩말 핀치 마취시키다마스크에와 조류가 완전히 anesthetised 때까지 머리를 들고입니다. 이 부드럽게 발을 잡아 당겨 확인할 수 있습니다 : 새가 완전히 진정 될 때 발은 조류에 의해 철회되지 않습니다. 또한, 새의 눈은 부분적으로 폐쇄됩니다. </li><li> 얼룩말 핀치 배꼽 아래 공기압 센서를 배치하여 체온을 화면과 호흡 속도를 모니터링 할 배설강 온도 프로브를 소개합니다. 새의 몸 (그림 3)을 억제하기 위해 재킷을 닫습니다. </li><li> 40의 범위 내에서 호흡 속도 유지 - 분당 100 호흡을 40 ± 0.5 ℃의 좁은 범위 내에서 체온을 일정하게 유지 호흡 범위가 너무 낮은 / 높은 경우, 그에 따라 마취 (% isoflurane을)의 레벨을 조정합니다. 문제가 지속되면 실험을 복구하기 위해 중지 동물은 설치에서 제거해야합니다. </li><li> 얼룩말 핀치 머리와 죄수의 양쪽에 자성 동적 스피커의 위치를앰프를 연결 합. 너무 닫을 때이 온도 판독에 영향을 미칠 수 있기 때문에 스피커의 전선, 온도 프로브에서 멀리 주도되어 있는지 확인합니다. </li><li> 얼룩말 핀치 머리와 자석 (와 자석의 중간에 위치하고 전송 코일의 자동 센터)의 센터에 위치 얼룩말 핀치 상단의 표면 RF 코​​일을 배치합니다. </li><li> 산소와 질소와 혼합 isoflurane을 1.5 %로 마취 수준을 줄일 수 있습니다. </li></ol> 3. 데이터 수집 <ol><li> 1 개의 수평 한 시상 1 관상 기울기 에코 (GE) 스카우트 이미지 (트라이 파일럿 시퀀스) 및 수평 관상 및 시상 멀티 슬라이스 이미지 (T (2 - 가중 빠른 취득 휴식 강화를 조종 세트의 세트를 취득 RARE) SE 순서)는 자석의 뇌 (그림 4)의 위치를 결정합니다. </li><li> 1,000 μS 자신의 램프 시간을 증가 그라데이션의 노이즈를 감소시킨다. </li> &lt;RARE T 2 강조 순서 TE 효과 : 60 밀리 초, TR : 2,000 밀리 초, RARE 인자 : 8, FOV : 16mm, 매트릭스 크기 : 64 × 32, 방향 : 시상, 슬라이스 두께 : 0.75 리&gt; fMRI를 순서를 준비 mm, 간 슬라이스 간격 두께 : 0.05 mm, 거의 모든 뇌 (그림 4) 커버 15 조각. </li><li> 프레 젠 테이션 소프트웨어의 청각 프로토콜 (청각 자극과 자극 전달의 타이밍을)를 선택합니다. 이 프로토콜은 일련의 명령으로 구성 - 특정 스캔 번호로 실행 - 특정 청각 자극의 개시를 위해. fMRI를 시퀀스 내에서 모든 반복에서 스캐너 소프트웨어를 다시 스캔 번호를 등록하고 해당 명령을 실행 청각 프레 젠 테이션 소프트웨어 트리거를 보내드립니다. </li><li> 청각 프레 젠 테이션 소프트웨어가 스캐너로부터 트리거를 놓치지 않도록하기 위해, 청각 프로토콜이 먼저 시작됩니다. 프로토콜이 완전히로드되면, fMRI를 시퀀스가​​ 시작됩니다. </li><li> 각각의 fMRI를 실험은 신호가 청각 자극을 시작하기 전에 정상 상태에 도달하는 스캐너의 소음에 기인 수 있도록 12 더미 이미지의 취득이옵니다. </li><li> 인수 후 64 X 64로 데이터를 제로 입력합니다. </li><li> Paravision의 기능성 도구 (옵션 가공 / 기능성 이미징)를 사용하여 결과를 우선 (예비)보세요. 블록 및 기준 (블록 OFF) ON 모든 사이의 차이 BOLD 응답을 계산합니다. 이 분석 실험의 품질 첫 번째 표시를 제공합니다. 더 활성화가이 단계에서 기본 청각 영역에서 볼 수없는 경우, 새 아마도 자극 프레 젠 테이션, 마취 수준 등의 설치가 확인되어야하며, 반복 측정에 기술적 인 문제로 인해 청각 자극을 소리 / 처리하지 않았다. </li><li> 이전 fMRI를 스캔과 같은 방향으로 효과적인 TE와 해부학 3D RARE T2-가중 시퀀스를 실행할 수 : 60 밀리 초, TR : 2,000 밀리 초, RARE 인자 : 8, FOV : 16mm, 매트릭스의 크기 : 256 X 128 X 64. </li><li> 256 X 256 X 256에 데이터를 제로 입력합니다. </li><li> MRI 침대에서 얼룩말 핀치을하고 빨간 램프 아래 새장에 마취에서 회복 할 수 있습니다. 일반적으로, isoflurane을 마취 한 후 얼룩말 핀치의 회복 (최대 5 분) 상대적으로 빨리 간다. 몇 분 후, 새들이 일어서 시도하고 조류가 완전히 복구되면, 대신 새장 바닥에 앉아 나뭇 가지에 앉고됩니다. 마취의 지속 시간은 본 실험 약 2 시간이다. isoflurane을 마취의 최대 시간은 우리의 실험실에서 얼룩말 핀치에 적용하면 새도 5 분 내에 복구 된 후, 6 시간이다. </li></ol> 4. 자료 처리 <ol><li> 분석 또는 Nifti 형식으로 MR 데이터를 변환 할 수 있습니다. </li><li> SPM은 인간에 인수 fMRI를 데이터를 처리하기 위해 개발 되었기 때문에, 그 약 2 mm의 복셀입니다. 다양한 SPM 설정이 대략 복셀의 크기에 맞게됩니다. 하나는 w를하지 않는 경우개미는 이러한 모든 설정을 변경하려면, 진행하는 가장 간단한 방법은 인위적으로 조류 fMRI를 데이터의 복셀 크기를 증가하는 것입니다. MRIcro를 사용하여 10으로 실제 복셀의 크기를 곱하여 헤더에있는 복셀 크기를 조절합니다. 이 같은 조정은 자체 데이터 리샘플링 없음 또는 데이터가 적용되는 다른 수정에 영향을주지 않는다는 것을 주목해야한다. </li></ol> 이에 대한 대안은 SPM은 모든 복셀 차원의 파일을 열고 분석 할 수 있도록 도구 상자는 &#39;SPMMouse&#39;의 사용이다. 이 도구는 SPM &#39;유리의 뇌&#39;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. <ol start="3"><li> fMRI를 데이터를 정렬합니다. T에 공동 등록 해부학 3D 데이터 세트그는 fMRI를 시계열. 얼룩말 핀치 뇌 MRI지도 책에 3D 데이터 (및 공동 등록 fMRI를 시계열)를 정상화. fMRI를 데이터 집합에 변환 행렬을 적용합니다. 이 모든 통계 파라 메트릭 매핑 (SPM) 8 소프트웨어를 사용하여 수행 할 수 있습니다. </li><li> SPM8를 사용하여 0.5 mm 폭 가우시안 커널로 데이터를 반반하게한다. </li><li> SPM8을 사용하여 통계 복셀 기반 분석을 수행한다. 모델 상자 자동차 (아무 혈역학 반응 함수)로 데이터를. 고전 제한된 최대 가능성 알고리즘으로 모델 파라미터 추정된다. 각 과목의 각 청각 자극의 평균 효과를 계산 (고정 효과 분석) 및 다음 (혼합 효과 분석)와 같은 그룹 분석달라고 통계를 계산합니다. </li><li> 기능 활성화 (그림 6) 지역화 얼룩말 핀치 아틀라스 위에 통계적 파라미터지도 (그림 5) SPM8에서 9 전망이다. </li></ol>

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K., Pauls, J., Augath, M., Trinath, T., Oeltermann, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neurophysiological+investigation+of+the+basis+of+the+fMRI+signal.">Neurophysiological investigation of the basis of the fMRI signal.</a> Nature. 412, 150-157 (2001).</li></ol>

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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 의​​해 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.

<table border="1">
 <tbody>
 <tr>
 <td>Name of the reagent/equipment</td>
 <td>Company</td>
 <td>Catalogue number</td>
 <td>Comments </td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Isoflurane anaesthetic</td>
 <td>Isoflo</td>
 <td>05260-05</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>PC-Sam hardware/software</td>
 <td>SA-Instruments</td>
 <td></td>
 <td><a href="http://www.i4sa.com" target="_blank">http://www.i4sa.com</a></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Monitoring and gating system</td>
 <td></td>
 <td>1025</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>MR-compatible small rodent heater system</td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>Model 1025 compatible</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Rectal temperature probe</td>
 <td></td>
 <td>RTP-102B</td>
 <td>7'', 0.044'' </td>
 </tr>
 <tr>
 <td>7T MR scanner</td>
 <td>Bruker Biospin</td>
 <td>PHS 70/16 </td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Paravision software</td>
 <td></td>
 <td>5.1</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Gradient Insert</td>
 <td></td>
 <td>BGA9S</td>
 <td>400 mT/m, 300A, 500V</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Gradient Amplifiers</td>
 <td>Copley Co., USA</td>
 <td>C256</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Transmit resonators</td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>Inner diameter: 72 mm, transmit only, active decoupled</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Receiver antenna - 20 mm quadrature Mouse Head</td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>Receive only, active decoupled</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>WaveLab software</td>
 <td>Steinberg</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Praat software</td>
 <td>Paul Boersma, University of Amsterdam</td>
 <td></td>
 <td><a href="http://www.praat.org" target="_blank">http://www.praat.org</a></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Non-magnetic dynamic speakers</td>
 <td>Visation, Germany</td>
 <td>HK 150</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Fiber optic microphone</td>
 <td>Optoacoustics, </td>
 <td>Optimic 1160</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Sound amplifier</td>
 <td>Phonic corporation</td>
 <td>MM 1002a</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Presentation software</td>
 <td>Neurobehavioral Systems Inc.</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>MRIcro</td>
 <td>Chris Rorden</td>
 <td></td>
 <td><a href="http://www.cabiatl.com/mricro/mricro/" target="_blank">http://www.cabiatl.com/mricro/mricro/</a></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Statistical Parametric Mapping (SPM)</td>
 <td>Welcome Trust Centre for Neuroimaging</td>
 <td>8</td>
 <td><a href="http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/" target="_blank">http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/</a></td>
 </tr>
 </tbody>
</table>

functional magnetic resonance imaging (fmri) with auditory stimulation in songbirds

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 의​​해 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.

<html> 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. 69/4369fig1.jpg &quot;고도 =&quot;그림 1 &quot;FO : 콘텐츠 너비 =&quot;4.5in &quot;FO : SRC =&quot;/ files/ftp_upload/4369/4369fig1highres.jpg &quot;/&gt; 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. <img src="/files/ftp_upload/4369/4369fig2.jpg" alt="그림 2"/> 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. <img src="/files/ftp_upload/4369/4369fig3.jpg" alt="그림 3" fo:content-width="5.5in" fo:src="/files/ftp_upload/4369/4369fig3highres.jpg"/> 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. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/4369/4369fig3large.jpg" target="_blank">큰 그림을 보려면 여기를 클릭하십시오</a> . <img src="/files/ftp_upload/4369/4369fig4.jpg" alt="그림 4"/> 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. <img src="/files/ftp_upload/4369/4369fig5.jpg" alt="그림 5"/> 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). <img src="/files/ftp_upload/4369/4369fig6.jpg" alt="그림 6"/> 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 &lt;0.001)로 발견 된 숫자 만 복셀에 표시 눈금이 표시됩니다.

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Functional Magnetic Resonance Imaging fMRI with Auditory Stimulation in Songbirds

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.

명금의 청각 자극 기능성 자기 공명 영상 (fMRI)

The neurobiology of birdsong, as a model for human speech, is a pronounced area of research in behavioral neuroscience. Whereas electrophysiology and ...

functional-magnetic-resonance-imaging-fmri-with-auditory-stimulation

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Behavior

Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) with Auditory Stimulation in Songbirds

18.1K 조회수.  University of Antwerp. 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.

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Best Current Practice for Obtaining High Quality EEG Data During Simultaneous fMRI

Simultaneous EEG-fMRI allows the excellent temporal resolution of EEG to be combined with the high spatial accuracy of fMRI. The data from these two modalities can be combined in a number of ways, but all rely on the acquisition of high quality EEG and fMRI data. EEG data acquired during simultaneous fMRI are affected by several artifacts, including the gradient artefact (due to the changing magnetic field gradients required for fMRI), the pulse artefact (linked to the cardiac cycle) and movement artifacts (resulting from movements in the strong magnetic field of the scanner, and muscle activity). Post-processing methods for successfully correcting the gradient and pulse artifacts require a number of criteria to be satisfied during data acquisition. Minimizing head motion during EEG-fMRI is also imperative for limiting the generation of artifacts.
Interactions between the radio frequency (RF) pulses required for MRI and the EEG hardware may occur and can cause heating. This is only a significant risk if safety guidelines are not satisfied. Hardware design and set-up, as well as careful selection of which MR sequences are run with the EEG hardware present must therefore be considered.
The above issues highlight the importance of the choice of the experimental protocol employed when performing a simultaneous EEG-fMRI experiment. Based on previous research we describe an optimal experimental set-up. This provides high quality EEG data during simultaneous fMRI when using commercial EEG and fMRI systems, with safety risks to the subject minimized. We demonstrate this set-up in an EEG-fMRI experiment using a simple visual stimulus. However, much more complex stimuli can be used. Here we show the EEG-fMRI set-up using a Brain Products GmbH (Gilching, Germany) MRplus, 32 channel EEG system in conjunction with a Philips Achieva (Best, Netherlands) 3T MR scanner, although many of the techniques are transferable to other systems.

Simultaneous electroencephalography (EEG) and functional Magnetic Resonance imaging (fMRI) is a powerful neuroimaging tool. However, the inside of an MRI scanner forms a difficult environment for EEG data recording and safety must be considered whenever operating EEG equipment inside a scanner. Here, we present an optimised EEG-fMRI data acquisition protocol.

동시 fMRI를하는 동안 고품질 EEG 데이터를 얻기위한 가장 좋은 현재의 관행

Simultaneous  EEG-fMRI allows the excellent temporal resolution of EEG to be combined with the  high spatial accuracy of fMRI. The data  from these two ...

연구

행동분석학

Quantitative Assessment of Cortical Auditory-tactile Processing in Children with Disabilities

Objective and easy measurement of sensory processing is extremely difficult in nonverbal or vulnerable pediatric patients. We developed a new methodology to quantitatively assess children&#39;s cortical processing of light touch, speech sounds and the multisensory processing of the 2 stimuli, without requiring active subject participation or causing children discomfort. To accomplish this we developed a dual channel, time and strength calibrated air puff stimulator that allows both tactile stimulation and sham control. We combined this with the use of event-related potential methodology to allow for high temporal resolution of signals from the primary and secondary somatosensory cortices as well as higher order processing. This methodology also allowed us to measure a multisensory response to auditory-tactile stimulation.

Objective and easy measurement of sensory processing is extremely difficult in nonverbal or vulnerable pediatric patients. We developed a new methodology to quantitatively assess infants and children&#39;s cortical processing of light touch, speech sounds, and the multisensory processing of the 2 stimuli, without requiring active subject participation or causing discomfort in vulnerable patients.

장애 아동의 대뇌 피질의 청각 - 촉각 처리의 정량 평가

Objective and easy measurement of sensory processing is extremely difficult in nonverbal or vulnerable pediatric patients. We developed a new methodology ...

Measurement of Fronto-limbic Activity Using an Emotional Oddball Task in Children with Familial High Risk for Schizophrenia

Adolescence is a critical developmental period where the early symptoms of schizophrenia frequently emerge. First-degree relatives of people with schizophrenia who are at familial high risk (FHR) may show similar cognitive and emotional changes. However, the neurological changes underlying the emergence of these symptoms remain unclear. This study sought to identify differences in frontal, striatal, and limbic regions in children and adolescents with FHR using functional magnetic resonance imaging. Groups of 21 children and adolescents at FHR and 21 healthy controls completed an emotional oddball task that relied on selective attention and the suppression of task-irrelevant emotional information. The standard oddball task was modified to include aversive and neutral distractors in order to examine potential group differences in both emotional and executive processing. This task was designed specifically to allow for children and adolescents to complete by keeping the difficulty and emotional image content age-appropriate. Furthermore, we demonstrate a technique for suitable fMRI registration for children and adolescent participants. This paradigm may also be applied in future studies to measure changes in neural activity in other populations with hypothesized developmental changes in executive and emotional processing.

This paper describes how to use the emotional oddball task and fMRI to measure brain activation in children and adolescents at familial high risk for schizophrenia (FHR).&#160;FMRI was used to measure differences in fronto-striato-limbic regions during an emotional oddball task. Children with FHR exhibited abnormal functional activation during adolescence.

정신 분열증에 대한 가족 성 위험이 높은 아동의 정서적 괴짜 작업을 사용하여 이마 관자 - 변연계의 활동의 측정

Adolescence is a critical developmental period where the early symptoms of schizophrenia frequently emerge. First-degree relatives of people with ...

Stimulating the Lip Motor Cortex with Transcranial Magnetic Stimulation

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has proven to be a useful tool in investigating the role of the articulatory motor cortex in speech perception. Researchers have used single-pulse and repetitive TMS to stimulate the lip representation in the motor cortex. The excitability of the lip motor representation can be investigated by applying single TMS pulses over this cortical area and recording TMS-induced motor evoked potentials (MEPs) via electrodes attached to the lip muscles (electromyography; EMG). Larger MEPs reflect increased cortical excitability. Studies have shown that excitability increases during listening to speech as well as during&#160;viewing speech-related movements. TMS can be used also to disrupt the lip motor representation. A 15-min train of low-frequency sub-threshold repetitive stimulation has been shown to suppress motor excitability for a further 15-20 min. This TMS-induced disruption of the motor lip representation impairs subsequent performance in demanding speech perception tasks and modulates auditory-cortex responses to speech sounds. These findings are consistent with the suggestion that the motor cortex contributes to speech perception. This article describes how to localize the lip representation in the motor cortex and how to define the appropriate stimulation intensity for carrying out both single-pulse and repetitive TMS experiments.

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has proven to be a useful tool in investigating the role of the articulatory motor cortex in speech perception.&#160; This article describes how to record motor evoked potentials (MEPs) from the lip muscles and how to disrupt the motor lip representation using repetitive TMS.

경 두개 자기 자극 립 운동 피질을 자극

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has proven to be a useful tool in investigating the role of the articulatory motor cortex in speech perception. ...

Transcranial Direct Current Stimulation and Simultaneous  Functional Magnetic Resonance Imaging

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive brain stimulation technique that uses weak electrical currents administered to the scalp to manipulate cortical excitability and, consequently, behavior and brain function. In the last decade, numerous studies have addressed short-term and long-term effects of tDCS on different measures of behavioral performance during motor and cognitive tasks, both in healthy individuals and in a number of different patient populations. So far, however, little is known about the neural underpinnings of tDCS-action in humans with regard to large-scale brain networks. This issue can be addressed by combining tDCS with functional brain imaging techniques like functional magnetic resonance imaging (fMRI) or electroencephalography (EEG).
In particular, fMRI is the most widely used brain imaging technique to investigate the neural mechanisms underlying cognition and motor functions. Application of tDCS during fMRI allows analysis of the neural mechanisms underlying behavioral tDCS effects with high spatial resolution across the entire brain. Recent studies using this technique identified stimulation induced changes in task-related functional brain activity at the stimulation site&#160;and also in more distant brain regions, which were associated with behavioral improvement. In addition, tDCS administered during resting-state fMRI allowed identification of widespread changes in whole brain functional connectivity.
Future studies using this combined protocol should yield new insights into the mechanisms of tDCS action in health and disease and new options for more targeted application of tDCS in research and clinical settings. The present manuscript describes this novel technique in a step-by-step fashion, with a focus on technical aspects of tDCS administered during fMRI.

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive brain stimulation technique. It has successfully been used in basic research and clinical settings to modulate brain function in humans. This article describes the implementation of tDCS and simultaneous functional magnetic resonance imaging (fMRI), to investigate the neural basis of tDCS effects.

경 두개 직류 자극과 동시에 기능성 자기 공명 영상

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive brain stimulation technique that uses weak electrical currents administered to the scalp ...

Transcranial Magnetic Stimulation for Investigating Causal Brain-behavioral Relationships and their Time Course

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a safe, non-invasive brain stimulation technique that uses a strong electromagnet in order to temporarily disrupt information processing in a brain region, generating a short-lived &#8220;virtual lesion.&#8221; Stimulation that interferes with task performance indicates that the affected brain region is necessary to perform the task normally. In other words, unlike neuroimaging methods such as functional magnetic resonance imaging (fMRI) that indicate correlations between brain and behavior, TMS can be used to demonstrate causal brain-behavior relations. Furthermore, by varying the duration and onset of the virtual lesion, TMS can also reveal the time course of normal processing. As a result, TMS has become an important tool in cognitive neuroscience. Advantages of the technique over lesion-deficit studies include better spatial-temporal precision of the disruption effect, the ability to use participants as their own control subjects, and the accessibility of participants. Limitations include concurrent auditory and somatosensory stimulation that may influence task performance, limited access to structures more than a few centimeters from the surface of the scalp, and the relatively large space of free parameters that need to be optimized in order for the experiment to work. Experimental designs that give careful consideration to appropriate control conditions help to address these concerns. This article illustrates these issues with TMS results that investigate the spatial and temporal contributions of the left supramarginal gyrus (SMG) to reading.

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a technique for non-invasively disrupting neural information processing and measuring its effect on behavior. When TMS interferes with a task, it indicates that the stimulated brain region is necessary for normal task performance, allowing one to systematically relate brain regions to cognitive functions.

원인이되는 뇌 - 행동의 관계와 자신의 시간 과정을 조사하기위한 경 두개 자기 자극

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a safe, non-invasive brain stimulation technique that uses a strong electromagnet in order to temporarily ...

Transferring Cognitive Tasks Between Brain Imaging Modalities: Implications for Task Design and Results Interpretation in fMRI Studies

As cognitive neuroscience methods develop, established experimental tasks are used with emerging brain imaging modalities. Here transferring a paradigm (the visual oddball task) with a long history of behavioral and electroencephalography (EEG) experiments to a functional magnetic resonance imaging (fMRI) experiment is considered. The aims of this paper are to briefly describe fMRI and when its use is appropriate in cognitive neuroscience; illustrate how task design can influence the results of an fMRI experiment, particularly when that task is borrowed from another imaging modality; explain the practical aspects of performing an fMRI experiment. It is demonstrated that manipulating the task demands in the visual oddball task results in different patterns of blood oxygen level dependent (BOLD) activation. The nature of the fMRI BOLD measure means that many brain regions are found to be active in a particular task. Determining the functions of these areas of activation is very much dependent on task design and analysis. The complex nature of many fMRI tasks means that the details of the task and its requirements need careful consideration when interpreting data. The data show that this is particularly important in those tasks relying on a motor response as well as cognitive elements and that covert and overt responses should be considered where possible. Furthermore, the data show that transferring an EEG paradigm to an fMRI experiment needs careful consideration and it cannot be assumed that the same paradigm will work equally well across imaging modalities. It is therefore recommended that the design of an fMRI study is pilot tested behaviorally to establish the effects of interest and then pilot tested in the fMRI environment to ensure appropriate design, implementation and analysis for the effects of interest.

Transferring a paradigm with a history of use in EEG experiments to an fMRI experiment is considered. It is demonstrated that manipulating the task demands in the visual oddball task resulted in different patterns of BOLD activation and illustrated how task design is crucial in fMRI experiments.

뇌 영상의 감각적 양상 사이인지 작업을 전송 :의 fMRI 연구 작업 설계를위한 시사점 및 결과의 해석

As cognitive neuroscience methods develop, established experimental tasks are used with emerging brain imaging modalities. Here transferring a paradigm ...

Functional Near Infrared Spectroscopy of the Sensory and Motor Brain Regions with Simultaneous Kinematic and EMG Monitoring During Motor Tasks

There are several advantages that functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) presents in the study of the neural control of human movement. It is relatively flexible with respect to participant positioning and allows for some head movements during tasks. Additionally, it is inexpensive, light weight, and portable, with very few contraindications to its use. This presents a unique opportunity to study functional brain activity during motor tasks in individuals who are typically developing, as well as those with movement disorders, such as cerebral palsy. An additional consideration when studying movement disorders, however, is the quality of actual movements performed and the potential for additional, unintended movements. Therefore, concurrent monitoring of both blood flow changes in the brain and actual movements of the body during testing is required for appropriate interpretation of fNIRS results. Here, we show a protocol for the combination of fNIRS with muscle and kinematic monitoring during motor tasks. We explore gait, a unilateral multi-joint movement (cycling), and two unilateral single-joint movements (isolated ankle dorsiflexion, and isolated hand squeezing). The techniques presented can be useful in studying both typical and atypical motor control, and can be modified to investigate a broad range of tasks and scientific questions.

Monitoring brain activity during upright motor tasks is of great value when investigating the neural source of movement disorders. Here, we demonstrate a protocol that combines functional near infrared spectroscopy with continuous monitoring of muscle and kinematic activity during 4 types of motor tasks.

모터 작업하는 동안 동시 운동 학적 및 EMG 모니터링과 감각 및 모터 뇌 영역의 기능 근적외선 분광법

There are several advantages that functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) presents in the study of the neural control of human movement. It is ...

Neuronavigation-guided Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation for Aphasia

Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is widely used for several neurological conditions, as it has gained acknowledgement for its potential therapeutic effects. Brain excitability is non-invasively modulated by rTMS, and rTMS to the language areas has proved its potential effects on treatment of aphasia. In our protocol, we aim to artificially induce virtual aphasia in healthy subjects by inhibiting Brodmann area 44 and 45 using neuronavigational TMS (nTMS), and F3 of the International 10-20 EEG system for conventional TMS (cTMS). To measure the degree of aphasia, changes in reaction time to a picture naming task pre- and post-stimulation are measured and compare the delay in reaction time between nTMS and cTMS. Accuracy of the two TMS stimulation methods is compared by averaging the Talairach coordinates of the target and the actual stimulation. Consistency of stimulation is demonstrated by the error range from the target. The purpose of this study is to demonstrate use of nTMS and to describe the benefits and limitations of the nTMS compared to those of cTMS.

This study is designed to test the hypothesis that neuronavigational system-guided transcranial magnetic stimulation has higher accuracy for targeting the intended target as demonstrated by eliciting a greater degree of virtual aphasia in healthy subjects, measured by delay in reaction time to picture naming.

실어증에 대한 Neuronavigation 유도 반복 경 두개 자기 자극

Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is widely used for several neurological conditions, as it has gained acknowledgement for its potential ...

Treating Clinical Depression with Repetitive Deep Transcranial Magnetic Stimulation Using the Brainsway H1-coil

Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is an emerging non-pharmacological approach to treating many brain-based disorders. rTMS uses electromagnetic coils to stimulate areas of the brain non-invasively. Deep transcranial magnetic stimulation (dTMS) with the Brainsway H1-coil system specifically is a type of rTMS indicated for treating patients with major depressive disorder (MDD) who are resistant to medication. The unique H1-coil design of this device is able to stimulate neuronal pathways that lie deeper in the targeted brain areas than those reached by conventional rTMS coils. dTMS is considered to be low-risk and well tolerated, making it a viable treatment option for people who have not responded to medication or psychotherapy trials for their depression.
Randomized, sham-control studies have demonstrated that dTMS produces significantly greater improvement in depressive symptoms than sham dTMS treatment in patients with major depression that has not responded to antidepressant medication. In this paper, we will review the methodology for treating major depression with dTMS using an H1-coil.

Here we present a protocol outlining the methodology for treatment of Major Depressive Disorder using the deep Transcranial Magnetic Stimulation (dTMS) system.