Funksjonelle studier av hørselssystemet hos pattedyr har tradisjonelt blitt utført med romlig-fokuserte teknikker som elektrofysiologiske opptak. Den følgende protokoll beskriver en fremgangsmåte for å visualisere store mønstre av fremkalt hemodynamisk aktivitet i katten auditive cortex ved hjelp av funksjonell magnetisk resonans-avbildning.
Nåværende kunnskap om sensorisk prosessering i pattedyr hørselssystemet er hovedsakelig avledet fra elektrofysiologiske studier i en rekke dyremodeller, inkludert aper, ildere, flaggermus, gnagere, og katter. For å trekke egnede paralleller mellom menneske-og dyremodeller av auditiv funksjon, er det viktig å etablere en bro mellom humane funksjonelle avbildningsstudier og animalske elektrofysiologiske studier. Funksjonell magnetisk resonans imaging (fMRI) er en etablert, minimal invasiv metode for måling brede mønstre av hemodynamisk aktivitet på tvers av ulike regioner i hjernebarken. Denne teknikken er mye brukt til å sondere sensorisk funksjon i den menneskelige hjerne, er et nyttig verktøy i å knytte studier av auditiv prosessering i både mennesker og dyr, og har blitt brukt til å undersøke auditiv funksjon hos aper og gnagere. Den følgende protokoll beskrives en eksperimentell prosedyre for å undersøke hørselsfunksjon i bedøvede voksnekatter ved å måle stimulans-fremkalt hemodynamiske endringer i auditiv cortex ved hjelp av fMRI. Denne metoden muliggjør sammenligning av de hemodynamiske respons på tvers av ulike modeller av auditiv funksjon og dermed fører til en bedre forståelse av artsuavhengige funksjoner på pattedyr auditiv cortex.
Dagens forståelse av lyd-behandlingen i pattedyr er i hovedsak hentet fra invasive elektrofysiologiske studier hos aper 1-5, ildere 6-10, flaggermus 11-14, gnagere 15-19, og katter 20-24. Elektrofysiologiske teknikker som vanligvis benytter ekstracellulære microelectrodes å registrere aktiviteten til én og flere nevroner innenfor et lite område av nevrale vev rundt elektrodespissen. Etablert funksjonell imaging metoder, som for eksempel optisk bildebehandling og funksjonell magnetisk resonans imaging (fMRI), tjene som nyttige supplement til ekstracellulære opptak ved å tilby et makroskopisk perspektiv samtidig drevet aktivitet på tvers av flere, romlig forskjellige regioner av hjernen. Intrinsic signal optisk avbildning bedre visualisering av evoked aktivitet i hjernen ved å måle aktivitetsrelaterte endringer i refleksjonsegenskaper overflaten vev mens fMRI benytter blod-oksygennivået avhengig (BOLD)kontrast å måle stimulanse-fremkalt hemodynamiske endringer i hjernen som er aktive under en bestemt oppgave. Optisk bildebehandling krever direkte eksponering av kortikale overflaten måler endringer i overflatevevet refleksjon som er relatert til stimulus-fremkalt aktivitet 25. Til sammenligning er fMRI-invasiv og utnytter de paramagnetiske egenskaper deoxygenated blod for å måle både kortikale overflaten 26-28 og sulcus basert 27,29 evoked aktivitet innenfor en intakt skallen. Sterke korrelasjoner mellom BOLD signal og neuronal aktivitet i ikke-menneskelige primater visuell cortex 30 og i menneskelig auditiv cortex 31 validere fMRI som et nyttig verktøy for å studere sensorisk funksjon. Siden fMRI har vært brukt mye for å studere funksjonene i hørselsbanen som tonotopic organisasjon 32-36, lateralization av auditiv funksjon 37, mønstre av kortikal aktivering, identifisering av kortikale regioner 38, effekten av lydIntensiteten på hørselsresponsegenskaper 39,40, samt egenskapene til den BOLD responstid selvfølgelig 29,41 i humant, ape-og rottemodeller, utvikling av en egnet funksjonell avbildningsprotokoll for å studere hørselsfunksjonen i katten ville være et nyttig supplement til funksjonell avbildning litteratur. Mens fMRI har også blitt brukt til å utforske ulike funksjonelle aspekter av det visuelle cortex i bedøvet katt 26-28,42, har få studier brukt denne teknikken for å undersøke sensorisk prosessering i katten auditiv cortex. Hensikten med den foreliggende protokoll, er å etablere en effektiv metode for å bruke fmri å kvantifisere funksjon i hørsels cortex hos en bedøvet katt. De eksperimentelle prosedyrer som er beskrevet i dette manuskriptet har blitt brukt for å beskrive funksjonene i BOLD responstid kurs i voksen katt auditiv cortex 43.
I utformingen av en fMRI-eksperiment for en bedøvet dyremodell av auditiv funksjon, bør følgende problemstillinger gis nøye vurderes: (i) virkningen av anestesi på cortical responser, (ii) effekten av bakgrunnsskannerstøy, og (iii) optimalisering av datainnsamlingsfasen av den eksperimentelle prosedyre.
Mens en bedøvet preparat har den viktige fordelen at det dannes en forlenget periode med sedasjon og minimalisere potensialet hode bevegelse under en funksjonell avbildning økt, anest…
The authors have nothing to disclose.
Forfatterne ønsker å erkjenne bidrag fra Kyle Gilbert, som designet den tilpassede RF coil, og Kevin Barker, som har designet den MR-kompatible slede. Dette arbeidet ble støttet av den kanadiske Institutes of Health Research (CIHR), naturvitenskap og Engineering Research Council of Canada (NSERC), og Canada Foundation for innovasjon (CFI).
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 |