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Neurosciences

Funktionelle Bildgebung Auditory Cortex bei erwachsenen Katzen mit Hochfeld-fMRI

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

Funktionelle Untersuchungen des Gehörs bei Säugetieren haben traditionell mit räumlich konzentriert Techniken wie elektrophysiologischen Ableitungen durchgeführt. Das folgende Protokoll beschreibt ein Verfahren zur Visualisierung von Großmuster hervorgerufen hämodynamischen Aktivität im auditorischen Kortex der Katze mit Hilfe der funktionellen Kernspintomographie.

Abstract

Aktuelle Kenntnisse der sensorischen Verarbeitung im Säuger auditorischen System wird hauptsächlich aus elektrophysiologischen Studien in einer Vielzahl von Tiermodellen, darunter Affen, Frettchen, Fledermäuse, Nagetiere und Katzen ab. Um geeignete Parallelen zwischen Mensch und Tier Modelle der auditorischen Funktion zu zeichnen, ist es wichtig, eine Brücke zwischen Mensch funktionelle Bildgebung Studien und Tierelektrophysiologische Studien zu etablieren. Die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) ist eine etablierte, minimal-invasive Methode zur Messung der breiten Muster der hämodynamischen Aktivität in verschiedenen Regionen der Großhirnrinde. Diese Technik wird häufig zur sensorischen Funktion im menschlichen Gehirn zu untersuchen, ist ein nützliches Werkzeug bei der Verknüpfung von Studien von auditiven Verarbeitung bei Menschen und Tieren und ist erfolgreich verwendet worden, um Gehörfunktion bei Affen und Nagetiere zu untersuchen. Das folgende Protokoll beschreibt eine experimentelle Verfahren zur Untersuchung der Gehörfunktion bei narkotisierten ErwachsenenKatzen durch Messung Stimulus-evozierte hämodynamischen Veränderungen im auditorischen Kortex mittels fMRT. Dieses Verfahren erleichtert den Vergleich der hämodynamischen Reaktionen auf verschiedene Modelle der Gehörfunktion so zu einem besseren Verständnis der speziesunabhängige Merkmale des Säuger auditorischen Cortex führt.

Introduction

Aktuelle Verständnis der auditiven Verarbeitung bei Säugetieren ist vor allem aus invasive elektrophysiologische Studien an Affen 1-5, Frettchen 6-10, 11-14 Fledermäuse, Nagetiere 15-19, 20-24 und Katzen ab. Elektrophysiologische Techniken verwenden üblicherweise extrazellulären Mikroelektroden, die Aktivität von einzelnen und mehreren Neuronen in einem kleinen Bereich der Umgebung der Elektrodenspitze Nervengewebe aufzunehmen. Gegründet funktionellen bildgebenden Verfahren, wie optische Bildgebung und der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRI), dienen als nützliche Ergänzung zu extrazelluläre Ableitungen durch eine makroskopische Perspektive der gleichzeitigen angetriebenen Aktivität über mehrere räumlich getrennte Bereiche des Gehirns. Intrinsic Signal optische Bildgebung erleichtert die Darstellung der evozierten Aktivität im Gehirn durch Messung der Aktivität bedingten Veränderungen in den Reflexionseigenschaften des Oberflächengewebes während fMRI nutzt die Blut-Sauerstoff-Niveau abhängig (BOLD)Im Gegensatz zum Stimulus-evozierte hämodynamischen Veränderungen in Hirnregionen, die bei einer bestimmten Aufgabe aktiv sind, zu messen. Die optische Bildgebung erfordert direkte Exposition der kortikalen Oberfläche, Maßnahmen Veränderungen in Oberflächengewebe Reflexion, die Stimulus-evozierte Aktivität 25 verbunden sind. Im Vergleich dazu ist fMRI nicht-invasive und nutzt die paramagnetischen Eigenschaften von sauerstoffarmes Blut, sowohl kortikalen Oberfläche 26-28 und Sulcus-basierte 27,29 evozierte Aktivität innerhalb einer intakten Schädel zu messen. Starke Korrelationen zwischen dem BOLD-Signal und neuronaler Aktivität in nicht-menschlichen Primaten visuellen Kortex 30 und in der menschlichen auditorischen Kortex 31 validieren fMRI als ein nützliches Werkzeug, um sensorische Funktion zu studieren. Seit fMRI wurde ausgiebig genutzt, um Funktionen der Hörbahn wie tonotopen Organisation 32-36, Lateralisa der auditiven Funktion 37, Muster der kortikalen Aktivierung, die Identifizierung von kortikalen Regionen 38, Auswirkungen von Schall studierenIntensität auf 39,40 Gehörantworteigenschaften, und die Eigenschaften des BOLD Reaktionszeit natürlich in 29,41 Mensch, Affe und Ratte Modelle, die Entwicklung einer geeigneten funktionellen Bildgebungsprotokoll zu Gehörfunktion bei der Katze studieren würde eine sinnvolle Ergänzung zu bieten die funktionelle Bildgebung Literatur. Während fMRI wurde auch verwendet, um verschiedene funktionale Aspekte des visuellen Kortex in der narkotisierten Katze 26-28,42 erkunden, haben nur wenige Studien diese Technik verwendet, um die sensorische Verarbeitung in Katze auditorischen Kortex zu untersuchen. Der Zweck der vorliegenden Protokolls ist es, eine effektive Methode der Verwendung von fMRT-Funktion im auditorischen Kortex der narkotisierten Katze quantifizieren zu etablieren. Die in dieser Handschrift skizzierten experimentellen Verfahren wurden erfolgreich eingesetzt, um die Eigenschaften des BOLD Reaktionszeit natürlich in der erwachsenen Katze auditorischen Kortex 43 zu beschreiben.

Protocol

Das folgende Verfahren kann auf jede Imaging-Experiments in narkotisierten Katzen eingesetzt werden eingesetzt werden. Schritte, die speziell für Gehör Experimente erforderlich sind (Schritte 1.1-1.7, 2.8, 4.1) können modifiziert werden, um andere Sinnesreiz Protokolle aufzunehmen. Alle Experimente die Genehmigung der Einsatz von Tieren Unterausschuss des Universitätsrates für Tierpflege an der Universität von Western Ontario und folgte den von der Canadian Council on Animal Care (CCAC…

Representative Results

Repräsentative funktionellen Daten wurden in einer horizontalen Bohrung 7T Scanner erworben und unter Verwendung des Statistik Parametric Mapping Toolbox in MATLAB analysiert. Robust kortikalen hämodynamischen Reaktionen auf akustische Stimulation durchweg bei Katzen mit dem beschriebenen Versuchsprotokoll 43 beobachtet. Fig. 6 zeigt die BOLD-Aktivierung bei 2 Tieren in Reaktion auf ein Breitbandrauschen 30 sec Stimulus in Blockbauweise dargestellt. T-Statistik Karten der Breitbandrauschen …

Discussion

In der Gestaltung einer fMRI-Experiment für einen narkotisierten Tiermodell der Gehörfunktion, sollten die folgenden Fragen sorgfältig geprüft werden: (i) die Auswirkungen der Narkose auf kortikalen Antworten, (ii) die Wirkung der Hintergrundscanner Lärm, und (iii) die Optimierung der Datenerfassungsphase der experimentellen Verfahren.

Während ein narkotisierten Vorbereitung bietet den wichtigen Vorteil zur Herstellung einer längere Sedierung und Minimierung potenzieller Kopfbewegung …

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Die Autoren möchten die Beiträge von Kyle Gilbert, der die benutzerdefinierte HF-Spule entwickelt, und Kevin Barker, der die MRI-kompatiblen Schlitten entworfen bestätigen. Diese Arbeit wurde von der Canadian Institutes of Health Research (CIHR), Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada (NSERC) und Kanada Foundation for Innovation (CFI) unterstützt.

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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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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