Songbirds में श्रवण उत्तेजना के साथ कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (fMRI)
Summary
यह लेख कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (fMRI) का उपयोग songbird मस्तिष्क में श्रवण उत्तेजना के तंत्रिका substrates की इमेजिंग के लिए एक अनुकूलित प्रक्रिया से पता चलता है. यह ध्वनि उत्तेजनाओं, विषय की स्थिति और fMRI डेटा के अधिग्रहण और बाद के विश्लेषण की तैयारी का वर्णन करता है.
Abstract
birdsong के तंत्रिका जीव विज्ञान, मानव भाषण के लिए एक मॉडल के रूप में, व्यवहार तंत्रिका विज्ञान में अनुसंधान के लिए एक स्पष्ट क्षेत्र है. इलेक्ट्रोफिजियोलॉजी और आणविक दृष्टिकोण कुछ न्यूरॉन्स, या मस्तिष्क, निर्भर रक्त oxygenation स्तर (बोल्ड) कार्यात्मक चुंबकीय अनुनाद इमेजिंग (fMRI) के बड़े हिस्से में एक उत्तेजना पर या तो विभिन्न उत्तेजनाओं की जांच दोनों फायदे के संयोजन की अनुमति देता है की अनुमति है, जबकि तंत्रिका सक्रियण तुलना यानी एक ही बार में पूरे मस्तिष्क में विभिन्न उत्तेजनाओं से प्रेरित. songbirds में fMRI क्योंकि उनके दिमाग के छोटे आकार की और उनकी हड्डियों क्योंकि चुनौती दे रहा है और विशेष रूप से उनकी खोपड़ी महत्वपूर्ण संवेदनशीलता कलाकृतियों उत्प्रेरण, कई हवा cavities को शामिल. ढाल गूंज (जीई) बोल्ड fMRI का सफलतापूर्वक songbirds 1-5 (एक समीक्षा के लिए, 6 देखें) करने के लिए लागू किया गया है. इन अध्ययनों संवेदनशीलता कलाकृतियों से मुक्त क्षेत्र है जो प्राथमिक और माध्यमिक श्रवण मस्तिष्क क्षेत्रों पर ध्यान केंद्रित किया. हालांकि, क्योंकि procब्याज की esses इन क्षेत्रों से परे हो सकता है, पूरे मस्तिष्क बोल्ड fMRI के इन कलाकृतियों को कम करने के लिए अतिसंवेदनशील एक एमआरआई अनुक्रम का उपयोग करने की आवश्यकता है. इस स्पिन गूंज (एसई) बोल्ड fMRI 7,8 का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है. इस अनुच्छेद में, हम बड़े पैमाने पर birdsong के व्यवहार न्यूरो में अध्ययन 15-25 ग्राम के एक वजन के साथ छोटे songbirds हैं जो ज़ेबरा फिन्चेस में इस तकनीक (Taeniopygia guttata), का उपयोग करने का वर्णन कैसे. songbirds पर fMRI अध्ययन का मुख्य विषय गीत की धारणा और गाना सीख रहा है. एसई के कमजोर बोल्ड संवेदनशीलता (जीई की तुलना में) आधारित fMRI के दृश्यों को इस तकनीक के कार्यान्वयन बहुत चुनौतीपूर्ण बना देता है के साथ संयुक्त उत्तेजनाओं के श्रवण प्रकृति.
Protocol
Representative Results
Discussion
इस रिपोर्ट में, हम anaesthetized ज़ेबरा फिन्चेस में श्रवण उत्तेजना के तंत्रिका substrates के vivo लक्षण वर्णन में विस्तृत के लिए एक अनुकूलित प्रोटोकॉल का वर्णन है.
प्रस्तुत प्रोटोकॉल के साथ लाइन में, ब?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
यह शोध रिसर्च फाउंडेशन से अनुदान द्वारा समर्थित किया गया था – फ़्लैंडर्स (FWO, परियोजना Nr G.0420.02 और G.0443.11N), एंटवर्प विश्वविद्यालय से हरक्यूलिस फाउंडेशन (अनुदान Nr AUHA0012), ठोस रिसर्च प्रक्रिया (गोवा धन), और आंशिक रूप से चुनाव आयोग द्वारा प्रायोजित – FP6 परियोजना Dimi, LSHB सीटी-2005-512146 और चुनाव आयोग – FP6 परियोजना एमिल A.VdL को LSHC सीटी-2004-503569. फ़्लैंडर्स (FWO) – G.DG और सी.पी. रिसर्च फाउंडेशन के Postdoctoral फैलो हैं.
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).
