הדמיה תהודה מגנטית תפקודית (fMRI) עם גירוי שמיעתי בציפורי שיר
Summary
מאמר זה מציג את הליך אופטימלי עבור הדמיה של מצעים העצביים של גירוי שמיעתי במוח ציפור השיר באמצעות תהודה מגנטית תפקודית (fMRI). הוא מתאר את ההכנה של גירויי קול, מיקום של הנושא והרכישה וניתוח שלאחר מכן את נתוני ה-fMRI.
Abstract
נוירוביולוגיה של ציוץ הציפורים, כמודל לדיבור אנושי, היא אזור בולט של מחקר במדעי המוח התנהגותיים. אילו electrophysiology ומולקולרי גישות לאפשר החקירה או גירויים שונים על כמה תאי עצב, או גירוי אחד בחלקים גדולים של המוח, רמת חמצון בדם תלויה (BOLD) דימות תהודה מגנטית תפקודית (fMRI) מאפשרת שילוב של שני היתרונות, כלומר להשוות את ההפעלה העצבית הנגרם על ידי גירויים שונים במוח כולו בבת אחת. fMRI בציפור שיר מאתגר בגלל גודלו הקטן של המוח שלהם ובגללם את עצמות הגולגולת שלהם ובעיקר מהווה חללי אוויר רבים, גרימת חפצי רגישות חשובות. שיפוע ההד (GE) fMRI BOLD יושם בהצלחה לציפור שיר (1-5 לביקורת, ראה 6). מחקרים אלה התמקדו באזורים במוח השמיעתי הראשוניים ומשניים, שהם אזורים חופשיים של חפצים רגישים. עם זאת, בגלל procהנון של עניין עשוי להתרחש מעבר לאזורים אלה, נדרש כל fMRI BOLD המוח באמצעות רצף ה-MRI פחות רגיש לממצאים אלה. זו יכולה להיות מושגת על ידי שימוש בספין הד (SE) fMRI BOLD 7,8. במאמר זה, אנו מתארים כיצד להשתמש בטכניקה זו בפרושי זברה (Taeniopygia guttata), שהם ציפור שיר קטן עם משקל גוף של 15-25 גרם נחקר רב במדעי מוח התנהגות של ציוץ הציפורים. הנושא העיקרי של מחקרי fMRI על ציפור שיר הוא שיר תפיסה ולמידת שיר. הטבע השמיעתי של הגירויים בשילוב עם רגישות BOLD החלשה של SE (בהשוואה ל-GE) רצפי fMRI מבוסס הופכים את היישום של טכניקה זו מאוד מאתגר.
Protocol
Representative Results
Discussion
בדו"ח זה, אנו מתארים פרוטוקול מותאם לאפיון מפורט בvivo של מצעים עצביים של גירוי שמיעתי בפרושי זברה מורדמים.
בקנה אחד עם הפרוטוקול שהוצג, רוב מחקרי הפעלת מוח תפקודיים בבעלי חיים באמצעות fMRI BOLD, לטשטש את בעלי החיים בזמן הרכישה. ?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
מחקר זה נתמך על ידי מענקים מהקרן לחקר – פלנדריה (FWO, פרויקט מס G.0420.02 וG.0443.11N), קרן הרקולס (מענק מס AUHA0012), פעולות מחקר מרוכזת (מימון GOA) מאוניברסיטת אנטוורפן, ו חסות בחלקו על ידי הנציבות האירופית – FP6 פרויקט דימי, LSHB-CT-2005-512,146 וEC – FP6 פרויקט אמיל LSHC-CT-2,004-503,569 לA.VdL. G.DG וCP הם בחורי דוקטורט של קרן המחקר – פלנדריה (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/ |
References
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Poirier, C., Van der Linden, A. M. Spin echo BOLD fMRI on songbirds. Methods Mol. Biol. 771, 569-576 (2011).
- 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).
- Poirier, C., et al. A three-dimensional MRI atlas of the zebra finch brain in stereotaxic coordinates. Neuroimage. 41, 1-6 (2008).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Poirier, C., et al. Own song selectivity in the songbird auditory pathway: suppression by norepinephrine. PloS ONE. 6, e20131 (2011).
- 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).
