JoVE Journal > Behavior
Summary
Abstract
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
자동 번역
행동분석학

Funktionel magnetisk resonans (fMRI) med Auditiv Stimulation i Songbirds

Published: June 03, 2013
doi:
10.3791/4369
, , , , , ,
1Bio-Imaging Lab,University of Antwerp

Summary

Denne artikel viser en optimeret procedure for billeddannelse af de neurale substrater af auditiv stimulation i sangfugl hjernen hjælp af funktionel magnetisk resonans (fMRI). Det beskriver fremstillingen af ​​de sunde stimuli, positionering af emnet og erhvervelsen og den efterfølgende analyse af de fMRI data.

Abstract

Neurobiologi af fuglesang, som en model for menneskelig tale, er en udtalt forskningsområde i adfærdsmæssige neurovidenskab. Betragtninger elektrofysiologi og molekylær tilgange tillader undersøgelse af enten forskellige stimuli om få neuroner, eller en stimulus i store dele af hjernen, blodets iltning niveau afhængig (fed) funktionel magnetisk resonans (fMRI) giver mulighed at kombinere både fordele, dvs sammenligne neurale aktivering fremkaldt af forskellige stimuli i hele hjernen på én gang. fMRI i sangfugle er udfordrende på grund af den lille størrelse af deres hjerner, og fordi deres knogler og især deres kraniet omfatter talrige lufthulrum, overtalelse vigtige modtagelighed artefakter. Gradient-ekko (GE) BOLD fMRI er blevet anvendt med succes til sangfugle 1-5 (for en gennemgang, 6. se). Disse undersøgelser fokuseret på de primære og sekundære auditive områder i hjernen, som er områder, fri for modtagelighed artefakter. Men fordi proccesser af interesse kan forekomme over disse regioner er hele hjernen BOLD fMRI kræves anvendelse af en MRI-sekvens mindre modtagelige for disse artefakter. Dette kan opnås ved hjælp af spin-ekko (SE) BOLD fMRI 7,8. I denne artikel beskriver vi, hvordan du bruger denne teknik i zebrafinker (Taeniopygia guttata), som er små sangfugle med en kropsvægt på 15-25 g omfattende undersøgt i adfærdsmæssige neurovidenskab af Fuglesang. Det vigtigste emne for fMRI undersøgelser af sangfugle er sang perception og sang læring. Den auditive karakter stimuli kombineret med den svage BOLD følsomhed SE (i forhold til GE) baserede fMRI sekvenser gør implementeringen af ​​denne teknik meget udfordrende.

Protocol

1.. Forberedelse af lydstimuli Første optage lyd-stimuli, mens der spilles inde i boringen i 7T MR-systemet. Boringen er et lukket rum, der kan forvride de auditive stimuli resulterer i forbedring af visse auditive frekvenser. Figur 1 viser hyppigheden forbedret og undertrykt som vist ved vores optagelser af hvid støj på placeringen af fuglens hoved i magneten boring ved hjælp af en fiberoptisk mikrofon (Optimic 1160, Optoacoustics). For at kompensere denne kunstige ekstraudstyr, er en eq…

Representative Results

Vi her visuelt præsenteret en optimeret sekvens af procedurer for en vellykket billeddannelse af neurale substrater af auditive stimuli i zebra finke hjernen. For det første beskrevne procedure til fremstilling af de auditive stimuli medfører stimuli, der kan inkorporeres i en ON / OFF-blok paradigme (figur 2), og som er normaliseret til fjerne potentielle forskelle i lydtrykniveau, som kan fremkalde en differentieret reaktion i hjernen . Efter klargøring af zebra finke for MRI scanning og pla…

Discussion

I denne rapport beskriver vi en optimeret protokol til den detaljerede in vivo karakterisering af neurale substrater af auditiv stimulation i bedøvede zebrafinker.

I overensstemmelse med den fremlagte protokol, de fleste af funktionelle hjerne aktivering hos dyr ved hjælp af BOLD fMRI bedøve dyrene under overtagelsen. Træning dyr at vænne dem til magneten miljø og scanneren støj under undersøgelsens perioder er også muligt, men snarere tidskrævende og udfordrende og derfor…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Denne forskning blev støttet af tilskud fra Research Foundation – Flandern (FWO, projekt Nr G.0420.02 og G.0443.11N), Hercules Foundation (tilskud Nr AUHA0012), samordnede forskningsaktioner (GOA finansiering) fra University of Antwerpen, og delvist sponsoreret af EC – FP6-projekt Dimi, LSHB-CT-2005 til 512.146 og EC – FP6-projekt EMIL LSHC-CT-2004 til 503.569 til A.VdL. G.DG og CP er postdocs af Research Foundation – Flandern (FWO).

Materials

Name of the reagent/equipment Company Catalogue 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/
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Van Meir, V., et al. Spatiotemporal properties of the BOLD response in the songbirds’ auditory circuit during a variety of listening tasks. Neuroimage. 25, 1242-1255 (2005).
  2. Boumans, T., Theunissen, F. E., Poirier, C., Van Der Linden, A. Neural representation of spectral and temporal features of song in the auditory forebrain of zebra finches as revealed by functional MRI. The European Journal of Neuroscience. 26, 2613-2626 (2007).
  3. Boumans, T., et al. Functional magnetic resonance imaging in zebra finch discerns the neural substrate involved in segregation of conspecific song from background noise. Journal of Neurophysiology. 99, 931-938 (2008).
  4. Boumans, T., et al. Functional MRI of auditory responses in the zebra finch forebrain reveals a hierarchical organisation based on signal strength but not selectivity. PloS ONE. 3, e3184 (2008).
  5. Vignal, C., et al. Measuring brain hemodynamic changes in a songbird: responses to hypercapnia measured with functional MRI and near-infrared spectroscopy. Physics in Medicine and Biology. 53, 2457-2470 (2008).
  6. Van der Linden, A., Van Meir, V., Boumans, T., Poirier, C., Balthazart, J. MRI in small brains displaying extensive plasticity. Trends in Neurosciences. 32, 257-266 (2009).
  7. Poirier, C., Van der Linden, A. M. Spin echo BOLD fMRI on songbirds. Methods Mol. Biol. 771, 569-576 (2011).
  8. Poirier, C., Verhoye, M., Boumans, T., Van der Linden, A. Implementation of spin-echo blood oxygen level-dependent (BOLD) functional MRI in birds. NMR in Biomedicine. 23, 1027-1032 (2010).
  9. Poirier, C., et al. A three-dimensional MRI atlas of the zebra finch brain in stereotaxic coordinates. Neuroimage. 41, 1-6 (2008).
  10. Zhao, F., Wang, P., Kim, S. G. Cortical depth-dependent gradient-echo and spin-echo BOLD fMRI at 9.4T. Magnetic Resonance in Medicine: Official Journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 51, 518-524 (2004).
  11. Harel, N., Lin, J., Moeller, S., Ugurbil, K., Yacoub, E. Combined imaging-histological study of cortical laminar specificity of fMRI signals. NeuroImage. 29, 879-887 (2006).
  12. Duong, T. Q., et al. Microvascular BOLD contribution at 4 and 7 T in the human brain: gradient-echo and spin-echo fMRI with suppression of blood effects. Magnetic Resonance in Medicine: Official Journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 49, 1019-1027 (2003).
  13. Lee, S. P., Silva, A. C., Ugurbil, K., Kim, S. G. Diffusion-weighted spin-echo fMRI at 9.4 T: microvascular/tissue contribution to BOLD signal changes. Magnetic Resonance in Medicine: Official Journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 42, 919-928 (1999).
  14. Uludag, K., Muller-Bierl, B., Ugurbil, K. An integrative model for neuronal activity-induced signal changes for gradient and spin echo functional imaging. NeuroImage. 48, 150-165 (2009).
  15. Yacoub, E., et al. Spin-echo fMRI in humans using high spatial resolutions and high magnetic fields. Magnetic Resonance in Medicine: Official Journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 49, 655-664 (2003).
  16. Keilholz, S. D., Silva, A. C., Raman, M., Merkle, H., Koretsky, A. P. Functional MRI of the rodent somatosensory pathway using multislice echo planar imaging. Magnetic Resonance in Medicine: Official Journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 55, 316-324 (2006).
  17. Keilholz, S. D., Silva, A. C., Raman, M., Merkle, H., Koretsky, A. P. Functional MRI of the rodent somatosensory pathway using multislice echo planar imaging. Magnetic Resonance in Medicine: Official Journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 52, 89-99 (2004).
  18. Goloshevsky, A. G., Silva, A. C., Dodd, S. J., Koretsky, A. P. BOLD fMRI and somatosensory evoked potentials are well correlated over a broad range of frequency content of somatosensory stimulation of the rat forepaw. Brain Research. 1195, 67-76 (2008).
  19. Kida, I., Yamamoto, T. Stimulus frequency dependence of blood oxygenation level-dependent functional magnetic resonance imaging signals in the somatosensory cortex of rats. Neuroscience Research. 62, 25-31 (2008).
  20. Poirier, C., Boumans, T., Verhoye, M., Balthazart, J., Van der Linden, A. Own-song recognition in the songbird auditory pathway: selectivity and lateralization. The Journal of Neuroscience: The Official Journal of the Society for Neuroscience. 29, 2252-2258 (2009).
  21. Poirier, C., et al. Own song selectivity in the songbird auditory pathway: suppression by norepinephrine. PloS ONE. 6, e20131 (2011).
  22. Logothetis, N. K., Pauls, J., Augath, M., Trinath, T., Oeltermann, A. Neurophysiological investigation of the basis of the fMRI signal. Nature. 412, 150-157 (2001).

Tags

Functional Magnetic Resonance ImagingFMRIAuditory StimulationSongbirdsNeurobiologyBirdsongBehavioral NeuroscienceElectrophysiologyMolecular ApproachesBOLD FMRINeural ActivationStimuliBrainBonesSkullAir CavitiesSusceptibility ArtifactsGradient-echoGE BOLD FMRIPrimary Auditory Brain AreasSecondary Auditory Brain AreasWhole Brain BOLD FMRISpin-echoZebra FinchesTaeniopygia Guttata
check_url/kr/4369?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Van Ruijssevelt, L., De Groof, G., Van der Kant, A., Poirier, C., Van Audekerke, J., Verhoye, M., Van der Linden, A. Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) with Auditory Stimulation in Songbirds. J. Vis. Exp. (76), e4369, doi:10.3791/4369 (2013).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image