Method Article
Bu makalede, fonksiyonel Manyetik Rezonans Görüntüleme (fMRI) kullanarak ötücü kuş beyindeki işitsel uyarım nöral yüzeylerde görüntüleme için optimize edilmiş bir prosedürü gösterir. Bu ses uyaranlara, konunun konumlandırılması ve fMRI verilerinin elde edilmesi ve daha sonraki analiz hazırlanmasını tarif etmektedir.
Birdsong nörobiyoloji, insan konuşma için bir model olarak, davranışsal nörobilim araştırma belirgin bir alandır. Elektrofizyoloji ve moleküler yaklaşımlar az nöron ya da beyin, bağımlı kan oksijenlenme seviyesi (BOLD) fonksiyonel Manyetik Rezonans Görüntüleme (fMRI) büyük parçalar bir uyarıcı üzerinde ya farklı uyaranların soruşturma hem avantajları birleştirerek sağlar izin ise, nöral aktivasyon karşılaştırma yani bir kerede bütün beyin farklı uyarıcılara ile oluşmaktadır. ötücü fMRI çünkü beyinleri küçük boyutu ve kemikleri nedeniyle zordur ve özellikle kafatası önemli duyarlılık eserler neden olan, çok sayıda hava boşlukları oluşur. Gradient-eko (GE) BOLD fMRI başarıyla ötücü 1-5 (bir inceleme için, 6) uygulanmıştır. Bu çalışmalar duyarlılık eserler serbest bölgeleri olan birincil ve ikincil işitsel beyin alanları, odaklanmıştır. Ancak, Procilgi esses bu bölgelerde ötesinde oluşabilir, tüm beyin BOLD fMRI bu eserler daha az duyarlı bir MRI dizisi kullanılarak gereklidir. Bu spin eko (SE) koyu fMRI 7,8 kullanılarak elde edilebilir. Bu yazıda, yaygın kuşların cıvıl cıvıl davranışsal sinir bilimleri okudu 15-25 g vücut ağırlığı ile küçük ötücü kuşlar olan zebra ispinoz bu tekniğin (canlıdır Taeniopygia guttata), nasıl kullanılacağı açıklanmaktadır. Ötücü kuşlar üzerinde fMRI çalışmaları ana konusu şarkı algı ve şarkı öğrenmedir. SE zayıf BOLD hassasiyeti (GE göre) tabanlı fMRI dizileri bu tekniğin uygulanması çok zor yapar ile birlikte uyaranların işitsel doğası.
1. İşitsel Uyarılar hazırlanması
2. Konu Hazırlık
2.1 Konu ve grup büyüklüğü
Burada özellikle (yetişkin) zebra ispinoz kullanımına uyarlanmış bir protokol mevcut. Türlerin seçimi bilimsel soru bağlıdır. Ancak, anestezi için kuş sağlamlığı gibi diğer hususlar da dikkate alınabilir. Zebra ispinoz (canlıdır Taeniopygia guttata), 12 saat ışık altında kuş kafesleri içinde muhafaza edilmelidir: 12 saat karanlık fotoperiyodun ve çalışma boyunca yiyecek ve su ad libitum erişebilirsiniz. Deneme başına bireylerin az sayıda 15'tir. Bu sayı hesaba spin eko fonksiyonel MR deneyde ölçülen biyolojik olayların doğal bireyler arası değişkenlik duyarlılığı alır.
2.2 kurulum montajı ve hayvan hazırlanması
(Teknik özellikleri içinkullanılan ekipman, biz) bu makalenin sonunda özel reaktifler ve ekipman listesine bakın
Yukarıda belirtildiği gibi, bir 7T MR sisteminde yer ayar kullanılır. Farklı bir alanda güçlü olan diğer MR sistemleri de mümkündür, ama 7T iyi bir uzlaşma sinyal-gürültü oranı ve duyarlılık eserler derecesi (tartışma) arasında ulaşılır. Yüksek alan kuvvetleri de sinyal-gürültü oranı duyarlılık eserler derecesi ile birlikte artacaktır.
3. Veri Toplama
4. Bilgi İşlem
Bu bir alternatif SPM herhangi bir voksel boyutunun dosyaları açmak ve analiz etmek için izin veren bir araç olduğunu 'SPMMouse "nin kullanılmasıdır. Aracı SPM 'cam beyni' herhangi bir görüntü oluşturulabilir sağlar ve otomatik olarak varsayılan görüntü dosyaları veya kullanıcının girdiği verilerin başlıkları dayalı uzunluk ölçeklerinde ayarlar. Bu nedenle, bu araç biz teklif ne daha tam tersi şekilde çalışır. Bunun yerine SPM sığacak şekilde görüntülerin voksel boyutu değiştirme, SPM, varsayılan ayarları farklı voksel boyutları ile görüntüleri kullanmak için değiştirilir.
Biz burada görsel olarak zebra ispinoz beyindeki işitsel uyaranların sinir yüzeylerde başarılı görüntüleme için prosedürlerin optimize edilmiş bir dizi sundu. İlk olarak, uyaranlara en işitsel uyaranlara sonuçlarının hazırlanması için açıklanan prosedür ON / blok paradigma OFF (Şekil 2) dahil edilebilir ve beyinde bir diferansiyel tepki uyandırmak olabilir ses basınç seviyesi potansiyel farklılıkları ortadan kaldırmak için normalize olduğunu . MRI tarama için zebra ispinoz hazırlanması ve mıknatısın delik (Şekil 1) içine yerleştirdikten sonra, fMRI elde edilebilir. Ayrıca, 3D yüksek çözünürlüklü görüntü zebra ispinoz atlas 9 veri normalleştirmek için alınır. Son olarak, veri işlem öncesi ve istatistiksel analiz elde edilen sonuçlar (Şekil 6) görselleştirme sağlar.
69/4369fig1.jpg "alt =" Şekil 1 "fo: içerik-width =" 4.5in "fo: src =" / files/ftp_upload/4369/4369fig1highres.jpg "/>
Şekil 1. Beyaz gürültü Spektrogramlar mıknatıs içindeki kuş başının yerde kaydedilen taşıyordu. Mıknatıs dışında A. Beyaz gürültü taşıyordu. B. Beyaz gürültü delik mıknatıs içinde geliştirilmiştir / bastırılır frekans bantlarında kurmak için kaydetti. C. Beyaz gelişmiş / bastırılmış frekans bantları için düzeltmek için ekolayzır fonksiyonu uygulandıktan sonra gürültü.
Şekil 2. ON / işitsel uyarı dönemleri dinlenme süreleri ile dönüşümlü olduğu blok paradigma OFF genel bakış. Her blok (uyaran / dinlenme) 2 görüntüleri elde edildiği sırasında 16 saniye sürer. Farklı uyaranlar birdsong temsilcisi motifleri veya ses diğer türleri oluşurDeney bağlı. Bu motifler birleştirilmiş ve araya eklenmiş sessiz dönemleri ile ve sessiz dönemlerin süresi ses ve tüm uyarılara üzerinde aynı sessizlik toplam tutarı tutmak için ayarlanır edilir.
Şekil 3,. . Küçük ötücü işitsel fMRI için Kurulum A. Hayvan yatak Ankastre:. Tarayıcının hayvan yatakta kuş konumlandırma detaylı şematik bakış: B. RF kafa bobini, anestezik gaz D. kaynağı ile C Gaga maskesi, E. manyetik olmayan kulaklıklar, vücut tutmak için solunum hızı, G. kloaka sıcaklık probu, H. geri besleme kontrollü ısıtıcı sistemi izlemek için F. pnömatik yastık sensörüÖlçüm sırasında kuş istikrarlı sıcaklığı. büyük rakam görmek için buraya tıklayın .
Şekil 4. Tüm beyin fMRI görüntüleme için dilim geometrisi. Paravision yazılım geometri editör gelen ekran bileşimi. Daha önce elde edilen eksenel, sagital ve koronal NADİR pilot görüntüler fMRI tarama için dilim yönünü tanımlamak için kullanılır.
Şekil 5,. Onun orta sagital dilim yansıtılan zebra ispinoz atlas 9, tarif yapıları ile sol hemisfer bir 3D temsil Yanal görünümü. Tarif çekirdeklerin renk kodu sağ sunulmuştur. Bu delineated yapılar vokal motoru yolun bir parçasıdır: HCV, çekirdek robustus arcopallii (RA), nXII pars tracheosyringealis (nXIIts); ön ön beyin yolu: çekirdeği lateralis magnocellularis pars lateralis (LMAN), alan X (X); işitsel sistemi: alan L, çekirdeği ovoidalis (Ov), çekirdek mesencephalicus lateralis pars dorsalis (MLd); koku alma sistemi: koku ampul (OB) ve görme sistemi: çekirdeği entopalliallis (E), tectum opticum (TeO).
6 Şekil. Birincil işitsel bölge, Alan L, ve farklı işitsel uyaranlarla uyarılmış komşu ikincil işitsel bölgelerde bir fMRI BOLD tepki örneği geri kalanı durumuna göre. Görüntüleri zebra ispinoz beyinden yüksek çözünürlüklü anatomik görüntüler üzerine bindirilmiş istatistiksel parametrik haritalar oluşur atlas 9. T-değerleri göre renk kodlut-testi olarak önemli (p <0.001) olarak tespit edildiği şekilde, sadece voksel görüntülenen ölçekte gösterilir.
Bu yazıda, anestezi zebra ispinoz işitsel uyarım nöral yüzeylerde in vivo karakterizasyonu ayrıntılı için optimize edilmiş bir protokol açıklar.
Sunulan protokol doğrultusunda, BOLD fMRI kullanarak hayvanlarda fonksiyonel beyin aktivasyon çalışmaların çoğunluğu, satın alma sırasında hayvanların uyuşturan. Çalışma dönemlerinde mıknatıs çevre ve tarayıcı gürültü onları alıştırmak için eğitim hayvanlar da zaman alıcı ve zor ve bu nedenle nadiren istihdam mümkün değil olduğunu.
Anestezi ilgi fizyolojik yanıtlar üzerinde stres kaynaklı etkileri en aza indirir ve nöral yanıt ve sinirsel aktivite ve fMRI ölçülen BOLD yanıt arasındaki transfer fonksiyonu her iki hayvan taşıma, etkisi kolaylaştırır rağmen bir on-gidiş ve önemli araştırma konusu olan . Bu nedenle, TL sırasında KALIN yanıt anestezininzebra ispinoz içinde itory stimülasyon laboratuarımızda 2 araştırıldı. Buna göre, zebra ispinoz üç yaygın olarak kullanılan anestezik - medetomodine, izofluran ve üretan - farklı nörotransmiter sistemlerinde hareket, çalışıldı. Sonuçlar işitsel uyaran üç anestetiklerle açık KALIN yanıtları sonuçlandığını göstermiştir, fakat ufak farklar aktivasyon alanının genişletilmesi ile ilgili olarak, örneğin, üç reaktif arasında meydana gelmiştir. Bu çalışmanın sonuçlarına ve nispeten hızlı bir iyileşme ve küçük yan etkilere sahip büyük bir avantaja sahiptir ve bu nedenle uzunlamasına çalışmalarda kullanım için en yüksek potansiyele sahip olarak izofluran klinik uygulamada en yaygın anestezi olduğu gerçeğine dayanarak, izofluran oldu Bizim laboratuarda zebra ispinoz fMRI için tercih edilen anestezi.
Bu protokolde spin-eko (SE) fMRI yerine daha geleneksel gradyan eko (GE) fMRI kullanın. GE fMRI ile karşılaştırıldığında, SE fMRI vardırOrada olarak bütün beyin sinyal sağlayarak en büyük avantajı görüntü sinyali yok olduğunu bırakma. SE BOLD fMRI bir diğer avantajı daha iyi mekansal özgünlüğü 10,11 olduğunu. Gerçekten de, yüksek manyetik alan, SE BOLD sinyalinin damar içi bileşeni azalır (çünkü uzun TE) ve büyük damarlardan ekstravasküler bileşeni (SE MR dizisinin 180 ° yeniden ele alınması darbe ile) bastırılır. SE BOLD sinyal böylece küçük gemiler 12-14 kaynaklanan doğru ekstravasküler sinyali hakimdir. SE fMRI temel sınırlama optimize dizileri ve optimize edilmiş stimülasyon paradigmalar gerektiren, nispeten zayıf hassasiyettir. Gürültü oranı (CNR) için kontrast alan şiddeti 15 ile artar. Uzun TE da CNR artar, ancak sinyal-gürültü oranı 12,13,15 ödün. Optimal TE Ortalama eşit veya dokuların T 2 değerden daha uzun bir süreye karşılık gelir. O, 7T de, göstermiştir60 msn bir TE değeri CNR ve farklı uyaranlar tarafından tetiklenen BOLD yanıtları arasında anlamlı fark (Poirier, 2010) tespit etmek için yeterli bir sinyal-gürültü oranı sağlar.
GE ile karşılaştırıldığında T2 *-ağırlıklı kontrast, SE T2 ağırlıklı kontrast uzun TR (7T de 1,500-2,000 msn) gerektirir. Görüntü 15 dilim edebilmek için, 2000 msn bir TR kullanılır. Makul bir sınırı elde etme zamanı tutmak için, SE MR dizileri hız gerekir. Bu genellikle eko planar görüntüleme (EPI) örnekleme şeması 10,16-19 kullanılarak elde edilir. Ancak, EPI manyetik alanın büyüklüğü ile artış ve T2 * etkileri (sinyalin daha güçlü ama daha az belirli hale) ile BOLD sinyal kirlenmektedir bu görüntü bozulmaları neden olur. EPI da işitsel uyaranlara soruşturma kullanılmak üzere daha az ilgili hale çok yoğun akustik gürültü üretir. Böylece 64 bir matris boyutu 8 sn bir satın alma zaman sonuçlandı x 32, bir NADİR dizisi kullanılır. Bu zamansal resolutiyon hala blok tasarımları ile oluşturulan halsiz BOLD yanıt ile uyumlu, ama çok doğru BOLD cevabının zaman ders örnek yavaş ya da olay ile ilgili tasarımlar kullanmak. Bu dizi ile, bu nedenle çok iyi bir mekansal özgünlüğü, diferansiyel BOLD yanıtları tespit etmek için yeterince yüksek bir hassasiyet ve kullanılan uyarıcı paradigması 20,21 ile uyumlu bir zamansal çözünürlüğe ile karakterize bir saf T2 ağırlıklı SE sinyal, elde.
Songbirds içinde fMRI kullanımının avantaj ve Sınırlamalar
Son on yılda, fMRI basit duyusal-motor yüksek bilişsel görevleri arasında değişen çeşitli görevleri sırasında beyin aktivitesinin çalışma için klinik bilişsel nörobilim en popüler beyin görüntüleme tekniklerinden biri haline gelmiştir. Klinik öncesi araştırma, bu yöntem, ancak, hala sadece pek kullanılır. FMRI deney azlığı küçük hayvanlarda tamamlanmış ve özellikle ötücü muhtemelen bugüne kadaranestezi veya sedasyon tam deneklerin immobilizasyon (yukarıdaki tartışma) elde etmek için gerekli olduğu gerçeği ile ilgilidir. Bu nedenle, bu tekniğin en önemli dezavantajı olarak kabul edilir ve ele alınabilir soru türünü kısıtlar. FMRI anestezi gerektirir ve her ne kadar Ancak, BOLD sinyal esas olarak yerel alan potansiyelleri yansıtır ve böylece elektrofizyolojik ve Acil erken gen ölçülen aksiyon potansiyelleri farklıdır (IEG) çalışmaları (örneğin 22), BOLD fMRI bu tekniklerle elde edilen birçok sonuç onaylamıştır.
Bugüne kadar, ötücü kuş nörobilim en popüler teknikleri hala tek veya çok üniteli bir faaliyet IEG ve elektrofizyolojik faaliyet bağımlı ifadesidir. Bu teknikler çok yüksek uzaysal çözünürlük (; hücresel düzeyde 5-30 mikron) yarar. Ancak, oldukça invaziv ve hatta ölümcül. Buna ek olarak, elektrofizyolojik teknikler lo sayısı ile sınırlıdırböylece bir deneyde, örnek edilebilir katyonlar incelenmiştir sürecine dahil nöronal yüzey lokalizasyonu hakkında önsel bir hipotez gerektirir. 250 um arasında bir uzamsal çözünürlükle - - aksine, Kalın fMRI bir bütün beyin bir yaklaşım sağlar ve böylece varsayım içermeyen deneyler için kullanılabilir. Son olarak ve en önemlisi, MRG non-invaziv yeni olanaklar geniş bir ürün yelpazesi açan aynı konularda, tekrarlanan boyuna önlemleri sağlar.
Çıkar çatışması ilan etti.
Bu araştırma, Araştırma Vakfı hibe tarafından desteklenmiştir - Flanders (FWO, proje No G.0420.02 ve G.0443.11N), Antwerp Üniversitesi'nden Hercules Vakfı (hibe No AUHA0012), Uyumlu Araştırma İşlemleri (GOA finansman) ve kısmen Avrupa Komisyonu tarafından desteklenen - FP6 proje dimi, LSHB-CT-2005-512146 ve EC - 6. ÇP proje EMIL A.VdL için LSHC-CT-2004-503569. Flanders (FWO) - G.DG ve CP Araştırma Vakfı Doktora Sonrası Fellows vardır.
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/ |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır