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신경과학

ハイフィールドのfMRIを使って大人の猫における聴覚皮質の機能イメージング

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

哺乳動物における聴覚系の機能的研究は、伝統的に、このような電気生理学的記録のような空間的に焦点を当てた技術を用いて行われている。以下のプロトコルは、機能的磁気共鳴画像法を用いてネコ聴覚皮質における誘発血行力​​学的活性の大規模パターンを可視化する方法が記載されている。

Abstract

哺乳類の聴覚系における感覚処理の現在の知識は主にサル、フェレット、コウモリ、げっ歯類、およびネコを含む種々の動物モデルでの電気生理学的研究から派生しています。聴覚機能のヒトおよび動物モデルの間の適切な類似点を描画するためには、人間の機能イメージング研究および動物電気生理学的研究の間のブリッジを確立することが重要である。機能的磁気共鳴画像法（fMRI）は、大脳皮質の異なる領域にわたって血行力学活性の広いパターンを測定する確立された、低侵襲的方法である。この技術は、広く、人間の脳における感覚機能をプローブするために使用され、ヒトおよび動物の両方における聴覚処理の研究を連結するのに有用なツールであり、正常サルおよびげっ歯類における聴覚機能を調査するために使用されている。次のプロトコルは、麻酔、成人で聴覚機能を調査するための実験手順について説明しますfMRIのを使って聴覚野の刺激誘発血行動態の変化を測定することにより、猫。この方法は、このように、哺乳類の聴覚皮質の種に依存しない機能のより良い理解につながる聴覚機能の異なるモデル間で血行動態の応答の比較を容易にします。

Introduction

哺乳類における聴覚処理の現在の理解は主にサル1-5、フェレット6月10日、11月14日コウモリ、げっ歯類15〜19、および20〜24猫に侵襲的な電気生理学的研究から派生しています。電気生理学的技術は、一般に、電極先端の周囲の神経組織の小領域内の単一および複数のニューロンの活動を記録するために、細胞外微小電極を利用する。このような光イメージングや機能的磁気共鳴画像法（fMRI）などの機能的画像検査法を確立し、脳の複数の空間的に別個の領域を越え、同時主導型取引の巨視的な視点を提供することにより、細胞外記録するための有用な補完を提供しています。内因性シグナル光学イメージングは​​fMRIのは、血液酸素レベル依存（BOLD）を利用しながら、表面組織の反射特性の活動に関連した変化を測定することにより、脳内の誘発活動の可視化を容易に特定のタスクの実行中にアクティブになっている脳領域における刺激誘発血行動態の変化を測定するとは対照的。光学イメージングは、刺激誘発作用25に関連している表面組織の反射率の変化を測定するに皮質表面の直接の露出を必要とします。比較では、fMRIのは、非侵襲的であり、完全な頭蓋骨内皮質表面26〜28と溝ベース27,29誘発活性の両方を測定するために、脱酸素化血液の常磁性特性を利用している。ヒト以外の霊長類の視覚野30において、人間の聴覚皮質31の太字の信号と神経活動の間に強い相関が感覚機能を研究するための有用なツールとしてのfMRIを検証します。 fMRIのは、そのようなtonotopic組織32〜36、聴覚機能37の定位、皮質活性化のパターンは、皮質領域38の識別、音の効果のような聴覚路の機能を研究するために広く使用されているので聴覚応答特性39,40、およびヒト、サルおよびラットモデルにおけるBOLD応答時間コース29,41の特性上の強度、ネコにおける聴覚機能を研究するための適切な官能撮影プロトコルの開発に有用であるが、補体を提供する機能イメージング文学。 fMRIのも、麻酔ネコ26-28,42における視覚皮質の様々な機能的側面 ​​を探求するために使用されてきたが、いくつかの研究では、猫の聴覚皮質に感覚処理を調べるためにこのテクニックを使用している。本プロトコルの目的は、麻酔したネコの聴覚皮質における機能を定量化するためのfMRIを用いた効果的な方法を確立することである。本稿で概説した実験手順は正常成体ネコ聴覚野43にBOLD応答の時間経過の特徴を記述するために使用されてきた。

Protocol

次の手順では、ネコが使用される麻酔した任意のイメージング実験に適用することができる。特に聴覚実験（1.1から1.7、2.8、4.1ステップ）に必要な手順は他の感覚刺激プロトコルに対応するように変更することができます。 すべての実験手順はウェスタンオンタリオ大学の動物管理上の大学審議会の動物への使用小委員会からの承認を受け、動物管理カナダ評議会（…

Representative Results

代表的な機能のデータは、7T水平ボアスキャナで取得し、MATLABでの統計的パラメトリックマッピングツールボックスを用いて分析した。聴覚刺激に対してロバスト皮質血行動態応答が一貫して記述実験プロトコル43を使用して、猫に観察されている。 図6は、ブロックの設計で提示30秒の広帯域ノイズ刺激に応答した2匹の動物に太字の活性化を示している。ベースラインに…

Discussion

（I）皮質反応に対する麻酔の影響は、バックグラウンドのスキャナノイズ（II）の影響、及び（iii）の最適化：聴覚機能の麻酔をかけた動物モデルのためのfMRI実験を設計する際には、以下の問題が慎重に検討を与えられるべきである実験手順のデータ収集段階である。

麻酔された調製物は、鎮静作用の持続期間を生成し、機能イメージングセッション中に潜在的な頭部…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

著者らは、MRI互換のそりを設計されたカスタムRFコイルを設計したカイル·ギルバート、そしてケビン·バーカーの貢献を感謝したい。この作品は、健康の研究（CIHR）、カナダ自然科学工学研究評議会（NSERC）、およびイノベーションのためのカナダの財団（CFI）のカナダの協会によってサポートされていました。

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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