Functionele Magnetische Resonantie Imaging (fMRI) met Auditieve Stimulatie in Zangvogels

Summary

Dit artikel toont een geoptimaliseerde procedure voor de beeldvorming van de neurale substraten van auditieve stimulatie in de zangvogelhersenen met behulp van functionele Magnetische Resonantie Imaging (fMRI). Het beschrijft de bereiding van de geluidsstimuli, de positionering van het onderwerp en de verwerving en daaropvolgende analyse van de fMRI data.

Abstract

De neurobiologie van vogelgezang, als model voor menselijke spraak, is een uitgesproken gebied van onderzoek in behavioral neuroscience. Overwegende elektrofysiologie en moleculaire aanpak kan het onderzoek van een van beide verschillende stimuli op enkele neuronen, of een stimulus in grote delen van de hersenen, bloedoxygenatie niveau afhankelijke (BOLD) functionele Magnetische Resonantie Imaging (fMRI) kunnen combineren van beide voordelen, dwz vergelijken de neurale activering geïnduceerd door verschillende stimuli in de gehele hersenen tegelijk. fMRI bij zangvogels is een uitdaging vanwege de geringe omvang van hun hersenen en omdat hun botten en vooral hun schedel bestaan ​​talrijke lucht holtes, het induceren van belang gevoeligheid artefacten. Gradiënt-echo (GE) BOLD fMRI is met succes toegepast op zangvogels ^1-5 (voor een review, zie ^6). Deze studies gericht op de primaire en secundaire auditieve hersengebieden, die vrij zijn van de gevoeligheid voor artefacten regio. Omdat processes van belang kan optreden buiten deze regio, is hele brein BOLD fMRI nodig met behulp van een MRI-sequentie minder gevoelig voor deze artefacten. Dit kan worden bereikt door spin-echo (SE) BOLD fMRI ^7,8. In dit artikel beschrijven we hoe je deze techniek in zebravinken (Taeniopygia guttata), dat zijn kleine zangvogels met een lichaamsgewicht van 15-25 g uitgebreid bestudeerd in gedragsneurowetenschappen van vogelgezang gebruiken. Het belangrijkste onderwerp van fMRI onderzoek naar zangvogels is perceptie van de zang en lied leren. De auditieve aard van de prikkels in combinatie met de zwakke BOLD gevoeligheid van SE (vergeleken met GE) op basis van fMRI sequenties maakt de uitvoering van deze techniek zeer uitdagend.

Protocol

1. Voorbereiding van de auditieve stimuli Eerst registreren het geluid-stimuli, terwijl die wordt afgespeeld in de boring van de 7T MR-systeem. De boring is een afgesloten ruimte die de auditieve stimuli leidt tot verbetering van bepaalde auditieve frequenties verstoren. Figuur 1 toont de frequenties verbeterd en onderdrukt zoals door onze opnames van witte ruis die ter plaatse van het hoofd van de vogel in de magneet boring met een glasvezel-microfoon (Optimic 1160, Optoacoustics). Om deze k…

Representative Results

Wij hier visueel voorgesteld een geoptimaliseerde reeks van procedures voor een succesvolle beeldvorming van de neurale substraten van auditieve stimuli in zebravink hersenen. Ten eerste procedure voor de bereiding van de auditieve stimuli leidt stimuli die kunnen worden in een AAN / UIT paradigma blok (fig. 2) opgenomen en die zijn genormaliseerd om mogelijke verschillen in geluidsdrukniveau dat een differentiële respons in de hersenen kan oproepen elimineren . Na bereiding van de zebravink voor…

Discussion

In dit rapport, een geoptimaliseerd protocol voor de gedetailleerde in-vivo karakterisatie van neurale substraten van auditieve stimulatie in verdoofde zebravinken beschrijven we.

In lijn met de gepresenteerde protocol, de meerderheid van de functionele hersenactiviteit studies bij dieren met behulp van BOLD fMRI, verdoven de dieren tijdens de overname. Training dieren te laten wennen aan de magneet milieu en de scanner lawaai tijdens de studieperioden is ook mogelijk, maar tijdrove…

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/