فإن الكتاب أود أن أنوه مساهمات كايل جيلبرت، الذي صمم لفائف RF العرف، وكيفن باركر، الذي صمم زلاجات التصوير بالرنين المغناطيسي المتوافقة. وأيد هذا العمل من قبل المعاهد الكندية لأبحاث الصحة (CIHR)، العلوم الطبيعية والهندسة مجلس البحوث كندا (NSERC)، والمؤسسة الكندية للابتكار (CFI).

يمكن تطبيق الإجراء التالي لأي تجربة التصوير في تخدير التي تستخدم القطط. الخطوات التي يتعين على وجه التحديد لإجراء التجارب السمعية (الخطوات 1،1-1،7، 2.8، 4.1) يمكن تعديلها لاستيعاب بروتوكولات التحفيز الحسية الأخرى. تلقى جميع الإجراءات التجريبية موافقة من اللجنة الفرعية استخدام الحيوان لمجلس الجامعة على رعاية الحيوان في جامعة ويسترن اونتاريو وفقا للمبادئ التوجيهية المحددة من قبل المجلس الكندي للرعاية الحيوان (CCAC) 44. التجربة المبينة يتطلب ما يقرب من 150 دقيقة من إعداد الحيوان للشفاء. ويتضح مدار الساعة من التجربة في الشكل 1. 1. التحفيز معدات التحضير ويبين الشكل 2 المكونات الإلكترونية والاتصالات المقابلة المطلوبة لتوليد التحفيز السمعي في الماسح الضوئي التصوير بالرنين المغناطيسي. المتطلبات هي كما وOLLOWS: جهاز كمبيوتر، وبطاقة الصوت الخارجية، والسلطة مكبر للصوت ستيريو ونظام سماعة الرنين المغناطيسي الوظيفي متوافق. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> توصيل الكمبيوتر التي سيتم استخدامها لتقديم التحفيز السمعي إلى بطاقة الصوت الخارجية عن طريق الناقل التسلسلي العالمي (USB) كابل. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إرفاق الكابلات التي تربط الموانئ إخراج بطاقة الصوت الخارجية لمنافذ الإدخال من السلطة مكبر للصوت ستيريو. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إرفاق الكابلات التي تربط الموانئ إخراج السلطة مكبر للصوت ستيريو إلى منافذ الإدخال من مربع محول للنظام سماعة الرنين المغناطيسي الوظيفي متوافق. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ربط سماعات الأذنين لمنافذ الإخراج من مربع المحولات. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام محمية الكابلات المحورية مع وصلات BNC للاتصال مربع محول إلى لوحة اختراق خارج غرفة الماسح الضوئي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ربط تجميع الكابلات سماعة إلى الموانئ BNC المقابلة على لوحة تغلغل داخل الغرفة الماسح الضوئي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ربط رغوة نصائح الأذن لسماعات الأذن ثم توصيل سماعات رس الجمعية كابل. تشغيل اختبار التحفيز السمعي لتأكيد يتم نقل هذا الصوت من الكمبيوتر إلى سماعات الأذن. افصل سماعات الأذن وإدراج رغوة نصائح الأذن بشكل آمن إلى آذان القط أثناء مرحلة إعداد الحيوان (الخطوة 2.7). </li></ol> 2. إعداد الحيوان <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ليمهد للتخدير القط وإدارة خليط من المسكنات الأتروبين سلفات (0.02 ملغ / كلغ) وآسيبرومازين (0.02 ملغ / كلغ) عن طريق الحقن تحت الجلد (SC). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد 20 دقيقة، ويدير الكيتامين (4 ملغ / كلغ) وdexmedetomidine هيدروكلوريد (0،02-0،03 ملغ / كلغ) عن طريق الحقن العضلي (IM) للحث على حقن التخدير. عادة ما يتم الجمع بين الكيتامين مع المسكنات وارتخاء العضلات، في هذه الحالة، هيدروكلوريد dexmedetomidine، للحد من الهزات وتصلب العضلات يلاحظ عموما عند استخدام الكيتامين وحدها 45. هذا المزيج مخدر عادة يدفع ما يقرب من 150 دقيقة من التخدير وكثيرا ما يستخدم في الممارسة البيطرية للحثالتخدير في الحيوانات الصغيرة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مرة واحدة فقد القط المنعكس المقوم لها، وتطبيق مرهم للعين للعيون لمنع جفاف أثناء العملية. وضع القسطرة سكنى في الوريد الصافن الإنسي للتسليم في الوريد من الكيتامين. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> اختبار ناجح لتحريض التخدير عن طريق معسر في احد اصابع القدم على forepaw ثم مراقبة ما إذا كان القط تنسحب مخلب لها. مرة واحدة يختفي منعكس دواسة، وقمع منعكس هفوة عن طريق الرش على الجدران يدوكائين البلعوم ثم التنبيب القط مع الأنبوب الرغامي 4،0-4،5. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> الحفاظ على التخدير طوال الدورة التصوير مع ضخ معدل ثابت من الكيتامين (،6-،75 ملغ / كغ / ساعة) واستنشاق isoflurane و(0.4-0.5٪) تسليم في 100٪ من الأكسجين في 1-1.5 لتر / دقيقة. الجمع بين 60 مل من المياه المالحة و 0.07 مل من الكيتامين في حقنة 60 مل ثم ضع الحقنة في ضخ حقنة. هذه الخطوة لا يمكن أن يؤديها قبل premedicating القط. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مكان دافئ منصات التدفئة مملوءة الشمع على الأرض من ليالي التصوير بالرنين المغناطيسي المتوافقةأدى (أرقام 3A و 3C) ثم طبقة من العازل البلاستيك فقاعة التفاف حول الجدران الداخلية للزلاجات. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> وضع القط في وضع القصية في التفاف فقاعة العزل في زلاجات التصوير بالرنين المغناطيسي المتوافقة مع (الشكل 3C). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> مرة واحدة يتم وضع القط، وضبط الرأس للوصول إلى الأذنين. لفة نصائح الأذن رغوة في أصغر قطر ممكن ثم إدراج كل طرف الأذن في عمق قناة الأذن. مرة واحدة إدراج، ينبغي للنصائح الأذن رغوة توسيع لملء الفضاء داخل قنوات الأذن. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ضبط القط حتى يتم وضع رأسه بشكل صحيح ضمن 3 قنوات التردد الراديوي (RF) لفائف (الشكل 3B). استقرار الرأس مع رغوة الذاكرة الصوتية الملطف (الشكل 3D). وضع رغوة حول الأذنين لتوفير توهين إضافية من ضوضاء الماسح الضوئي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> التفاف القط في بطانية العزل البلاستيك التفاف فقاعة ثم تأمين ونقل زلاجات إلى السرير الماسح الضوئي. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ربط خطوط ضخ وأنابيب تسليم مخدر ومعدات الرصد لقطة. ربط سماعات لتجميع الكابلات سماعة تعلق على لوحة الاختراق. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بدء ضخ الكيتامين في معدل تدفق قاعدة 0.6 ملغ / كغ / ساعة ثم زيادة معدل التدفق على النحو المطلوب استنادا إلى عمق التخدير. ضبط الجرعة الأولي isoflurane وإلى 0.5٪ ثم تنخفض إلى 0.4٪ مرة واحدة وقد تم جمع بالاشعة التشريحية. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> رصد وتسجيل التشبع القط الأكسجين في الدم، في نهاية المد CO 2 مستويات ومعدل ضربات القلب والتنفس ودرجة حرارة الجسم (إن أمكن) في كافة مراحل التجربة باستخدام معدات الرصد التصوير بالرنين المغناطيسي متوافق مع وضعه على مسافة مناسبة من حمل الماسح الضوئي. الجدول 1 يسرد يعني القيم ونطاقات القياسات الفسيولوجية للتنفيذ الناجح لهذا الإجراء. عادة ما ترتبط الزيادات المطردة في معدل ضربات القلب والتنفس مع انتعاش وشيك من التخدير. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> بعد قاكتمال ession، وإزالة القط من زلاجات. الاستمرار في توفير التدفئة تكميلية مع منصات التدفئة والمناشف حتى الحيوان للشفاء تماما. بمجرد عودة هفوة لا ارادي، وإزالة الأنبوب الرغامي. مراقبة القط حتى يتم استعادة المنعكس المقوم ثم العودة الحيوان إلى المرفق. تقييم هذا الحيوان بعد يوم من إجراء لضمان عدم وجود آثار سلبية من التجربة. </li></ol> 3. التصوير الدماغ <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> جمع بالاشعة التشريحية للدماغ القط في توجيه شريحة المحوري. استخدام المعلمات التصوير التالية لحجم إشارة التشريحية: تسلسل التصوير FLASH مع TR = 750 ميللي ثانية، TE = 8 ميللي ثانية، مصفوفة = 256 × 256، واقتناء حجم فوكسل = 281 ميكرون س 281 ميكرون × 1.0 مم. مدة الفحص التشريحي ما يقرب من 6 دقائق. الشكل 4 (اللوحة اليسرى) على شريحة صورة تشريحية العينة التي تم الحصول عليها باستخدام المعايير المحددة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> استخدام المعلمات التالية التصوير لfunctioأحجام نال: مجزأة معشق الصدى مستو اقتناء (برنامج التحصين الموسع) مع TR = 1،000 ميللي ثانية، TE = 15 مللي ثانية، 3 شرائح / طائرة، 21 × 1 مم شرائح؛ مصفوفة = 96 × 96؛ الحقل من رأي = 72 مم × 72 مم؛ اقتناء حجم فوكسل = 0.75 ملم × 0.75 ملم × 1.0 ملم؛ اكتساب الوقت = 3 ثانية / حجم الشكل 4 (اللوحة اليمنى) على شريحة وظيفية صورة العينة التي تم الحصول عليها باستخدام المعايير المحددة. </li></ol> 4. عرض الحوافز <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تقديم النطاق العريض الضوضاء البيضاء التحفيز (0-25 كيلو هرتز، 100 ميللي ثانية رشقات نارية مع 5 ميللي ثانية الوقت ارتفاع / الخريف، 1 عرض كل 200 ميللي ثانية، 90-100 ديسيبل SPL) في تصميم كتلة التي لعبت التحفيز السمعي لمدة 30 ثانية و تناوبت مع 30 ثانية الأساس (أي التحفيز) حالة (الشكل 5). كرر هذه الخطوة حتى لوحظ أثار سمعيا-BOLD النشاط في القشرة السمعية. مدة كل شوط وظيفية باستخدام تصميم القطاعات ما يقرب من 4.5 دقيقة لمدة 90 مجلدا. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تقديم الحوافز في أبتكبده كتلة التكوين للتصميم العدد المرغوب فيه من أشواط وظيفية. </li></ol> 5. تحليل البيانات <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحديد البرامج المناسبة تحليل الرنين المغناطيسي الوظيفي (مثل إدارة الأداء الاجتماعي، FSL) لمعالجة كميات الوظيفية المكتسبة. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> إعادة تنظيم كل وحدة تخزين وظيفية لحجم المكتسبة الأقرب في الوقت المناسب لالمرجع التشريحية الفحص. حفظ الناتجة الحركة القيم التصحيح للاستخدام في الخطوة 5.6. استبعاد أي أشواط وظيفية في حركات الرأس التي التناوب تتجاوز 1 درجة أو حركات الرأس متعدية يتجاوز 1 مم. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Coregister كل وحدة تخزين إلى مرجع التشريحية الفحص. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> السلس كل وحدة تخزين مع 2 ملم ذات العرض الكامل نصف الحد الأقصى (FWHM) مرشح التمويه. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> دمج وظيفة مربع موجة (عربة النقل) والتي تتطابق مع ON-OFF تصميم كتلة التحفيز باعتبارها regressor إلى النموذج الخطي العام (GLM). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> دمج القيم تصحيح الحركة كما تراجع للا مصلحة لحساب التحف المتصلة الحركة. تطبيق يوعتبة الإحصائية ncorrected ع = 0.001 إلى GLM النتائج لعرض مجموعات من تفعيل BOLD. تحديد حجم أصغر العنقودية التي يلتقي تصحيح (الخطأ للأسرة الحكيم: FWE) عتبة ع &lt;0.05 على مستوى المجموعة. تعيين عتبة حد العنقودية إلى هذه القيمة لعرض مجموعات ذات دلالة إحصائية في المناطق ذات الاهتمام. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> تحديد BOLD تغيير إشارة المئة (PSC) في كل فوكسل بالفرق بين إشارة BOLD يعني خلال كتل التحفيز وإشارة BOLD يعني خلال كتل الأساس. </li></ol>

الكتاب تعلن أي تضارب في المصالح أو مالية أو خلاف ذلك.

في تصميم تجربة الرنين المغناطيسي الوظيفي لنموذج حيواني تخدير وظيفة السمع، ينبغي إيلاء المسائل التالية دراسة متأنية: (ط) تأثير التخدير على الاستجابات القشرية، (ب) تأثير الضوضاء الماسح الضوئي الخلفية، و (ج) التحسين من مرحلة جمع البيانات من إجراء التجارب. <p class="jove_content...

مشتق الفهم الحالي للتجهيز السمعي في الثدييات أساسا من الدراسات الكهربية الغازية في القرود 1-5، 6-10 قوارض، والخفافيش 11-14، 15-19 القوارض، والقطط 20-24. تقنيات الكهربية تستخدم عادة microelectrodes خارج الخلية لتسجيل نشاط الخلايا العصبية واحد ومتعددة داخل منطقة صغيرة من الأنسجة العصبية المحيطة طرف القطب. أنشأت أساليب التصوير وظيفية، مثل التصوير الضوئي والتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI)، وخدمة مفيدة ليكمل التسجيلات خارج الخلية من خلال توفير منظور العيانية النشاط مدفوعة في وقت واحد في جميع أنحاء متعددة، مناطق مختلفة من الدماغ مكانيا. التصوير الضوئي إشارة الجوهرية يسهل التصور النشاط منبهات المسموعة في الدماغ عن طريق قياس التغيرات المرتبطة النشاط في خصائص الانعكاس من سطح الأنسجة بينما يستخدم الرنين المغناطيسي الوظيفي على مستوى الأكسجين في الدم التي تعتمد على (بولد)على النقيض لقياس التغيرات الدورة الدموية، أثار التحفيز في مناطق الدماغ التي تنشط أثناء مهمة معينة. يتطلب التصوير الضوئي التعرض المباشر لسطح القشرية لتدابير التغيرات في سطح الانعكاس الأنسجة التي ترتبط النشاط أثار التحفيز 25. في المقارنة، الرنين المغناطيسي الوظيفي هو موسع ويستغل خصائص الدم غير المؤكسج ممغطس لقياس كل من السطح القشري 26-28 والقائم على التلم 27،29 النشاط منبهات المسموعة داخل الجمجمة سليمة. الارتباط القوي بين إشارة BOLD ونشاط الخلايا العصبية في القشرة البصرية الرئيسيات غير البشرية 30 و في القشرة السمعية الإنسان 31 التحقق من صحة الرنين المغناطيسي الوظيفي كأداة مفيدة لدراسة وظيفة حسية. منذ الرنين المغناطيسي الوظيفي وقد استخدمت على نطاق واسع لدراسة ملامح المسار السمعية مثل تنظيم التوضع النغمي 32-36، lateralization من 37 وظيفة السمع، وأنماط التنشيط القشرية، وتحديد المناطق القشرية 38، وآثار الصوتكثافة على خصائص الاستجابة السمعية 39،40، وخصائص زمن الاستجابة بالطبع BOLD 29،41 في الإنسان، والقرد، ونماذج الفئران، فإن وضع بروتوكول التصوير وظيفية مناسبة لدراسة وظيفة السمع في القط توفير مكملا مفيدا ل الأدب التصوير وظيفية. بينما الرنين المغناطيسي الوظيفي كما تم استخدامها لاستكشاف مختلف الجوانب الوظيفية من القشرة البصرية في القط تخدير 26-28،42، وقد استخدمت هذه التقنية قليل من الدراسات لفحص تجهيز الحسية في القشرة السمعية القط. الغرض من هذا البروتوكول هو إنشاء وسيلة فعالة لاستخدام الرنين المغناطيسي الوظيفي لتحديد وظيفة في القشرة السمعية للتخدير القط. الإجراءات التجريبية المبينة في هذا المخطوط استخدمت بنجاح لوصف ملامح الاستجابة دوام BOLD في القط الكبار السمعية القشرة 43.

<table border="1">
 <tbody>
 <tr>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>Material</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Atropine sulphate injection 0.5 mg/mL</td>
 <td>Rafter 8 Products</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Acepromazine 5 mg/mL</td>
 <td>Vetoquinol Inc.</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Ketamine hydrochloride 100 mg/mL</td>
 <td>Bimeda-MTC</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Dexmedetomidine hydrochloride (Dexdomitor 0.5 mg/mL)</td>
 <td>Orion Pharma</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Isoflurane 99.9%</td>
 <td>Abbott Laboratories</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Lidocaine (Xylocaine endotracheal 10 mg/metered dose)</td>
 <td>Astra Zeneca</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Lubricating opthalmic ointment (Refresh Lacri Lube)</td>
 <td>Allergan Inc.</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Saline 0.95%</td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>IV Catheter 22g (wings)</td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>IV Extension Set</td>
 <td>Codan US Corp.</td>
 <td>BC 269</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>IV Administration Set 10 drips/mL</td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Endotracheal tube 4.0</td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Heating pads (Snuggle Safe)</td>
 <td>Lenric C21 Ltd.</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Syringe 60 mL</td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td></td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>Equipment</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>External sound card</td>
 <td>Roland Corporation</td>
 <td>Cakewalk UA-25EX</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Stereo power amplifier</td>
 <td>Pyle Audio Inc.</td>
 <td>Pyle Pro PCAU11</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>MRI-compatible insert earphone system</td>
 <td>Sensimetric Corporation</td>
 <td>Model S14</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Foam ear tips for insert earphones</td>
 <td>E-A-R Auditory Systems</td>
 <td>Earlink 3B</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>End-tidal CO2 monitor</td>
 <td>Nellcor&nbsp;</td>
 <td>N-85</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>MRI-compatible pulse oximeter</td>
 <td>Nonin Medical Inc.</td>
 <td>Model 7500</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Syringe pump</td>
 <td>Harvard Apparatus</td>
 <td>70-2208</td>
 <td></td>
 </tr>
 </tbody>
 </table>

functional imaging of auditory cortex in adult cats using high-field fmri

ويستمد المعرفة الحالية للمعالجة الحسية في الجهاز السمعي الثدييات أساسا من الدراسات الكهربية في مجموعة متنوعة من النماذج الحيوانية، بما في ذلك القرود والقوارض والخفافيش والقوارض، والقطط. من أجل استخلاص أوجه الشبه بين النماذج مناسبة الإنسان والحيوان وظيفة السمع، فمن المهم لإقامة جسر بين الدراسات التصوير وظيفية الإنسان والحيوان الدراسات الكهربية. وظيفية التصوير بالرنين المغناطيسي (الرنين المغناطيسي الوظيفي) هو أسلوب مينيملي أنشئت لقياس أنماط واسعة من النشاط الدورة الدموية في جميع أنحاء مناطق مختلفة من قشرة الدماغ. ويستخدم على نطاق واسع هذه التقنية لتحقيق الوظيفة الحسية في الدماغ البشري، هو أداة مفيدة في ربط الدراسات المعالجة السمعية في كل من البشر والحيوانات، وقد استخدمت بنجاح للتحقيق وظيفة السمع في القرود والقوارض. يصف البروتوكول بعد إجراء التجارب للتحقق وظيفة السمع في الكبار تخديرالقطط عن طريق قياس التغيرات في الدورة الدموية أثار تحفيز القشرة السمعية باستخدام الرنين المغناطيسي الوظيفي. هذا الأسلوب يسهل المقارنة بين استجابات الدورة الدموية عبر نماذج مختلفة من وظيفة السمع مما يؤدي إلى فهم أفضل للميزات الأنواع مستقلة عن القشرة السمعية الثدييات.

تم الحصول على بيانات وظيفية ممثل في 7T الأفقي الماسح الضوئي تتحمل وتحليلها باستخدام الأدوات الإحصائية حدودي رسم الخرائط في MATLAB. وقد لوحظ باستمرار استجابات الدورة الدموية القشرية قوية لتحفيز السمعية في القطط باستخدام بروتوكول التجريبية وصفها 43. يوضح الشكل ...

Watch this Scientific Journal Video about Functional Imaging of Auditory Cortex in Adult Cats using High-field fMRI at JoVE.com

Functional Imaging of Auditory Cortex in Adult Cats using High-field fMRI

وقد جرت العادة على إجراء دراسات وظيفية للنظام السمعي في الثدييات باستخدام تقنيات تركز مكانيا مثل التسجيلات الكهربية. يصف بروتوكول التالية طريقة لتصور أنماط واسعة النطاق من أثار النشاط الدورة الدموية في القط القشرة السمعية باستخدام التصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي.

التصوير الوظيفي للسمعي اللحاء في القطط الكبار باستخدام الحقل عالي الرنين المغناطيسي الوظيفي

Current knowledge of sensory processing in the mammalian auditory system is mainly derived from electrophysiological studies in a variety of animal ...

functional-imaging-auditory-cortex-adult-cats-using-high-field

Research

JoVE Journal

Neuroscience

11.4K Views.  University of Western Ontario.  وقد جرت العادة على إجراء دراسات وظيفية للنظام السمعي في الثدييات باستخدام تقنيات تركز مكانيا مثل التسجيلات الكهربية. يصف بروتوكول التالية طريقة لتصور أنماط واسعة النطاق من أثار النشاط الدورة الدموية في القط القشرة السمعية باستخدام التصو...

Video: Functional Imaging of Auditory Cortex in Adult Cats using High-field fMRI

Chronic Imaging of Mouse Visual Cortex Using a Thinned-skull Preparation

In vivo imaging using two-photon laser scanning microscopy (2PLSM) allows the study of living cells and neuronal processes in the intact brain. The technique presented here allows the imaging of the same area of the brain at several time points (chronic imaging) with microscopic resolution allowing the tracking of dendritic spines which are the small structures that represent the majority of postsynaptic excitatory sites in the CNS. The ability to clearly resolve fine cortical structures over several time points has many advantages, specifically in the study of brain plasticity in which morphological changes at synapses and circuit remodeling may help explain underlying mechanisms. In this video and supplementary material, we show a protocol for chronic in vivo imaging of the intact brain using a thinned-skull preparation. The thinned-skull preparation is a minimally invasive approach, which avoids potential damage to the dura and/or cortex, thus reducing the onset of an inflammatory response. When this protocol is performed correctly, it is possible to clearly monitor changes in dendritic spine characteristics in the intact brain over a prolonged period of time.

In this video and supplemental material, we show a protocol for chronic in vivo imaging of the intact brain using a thinned-skull preparation.

مزمنة التصوير ماوس القشرة البصرية باستخدام إعداد ضعفت - الجمجمة

In vivo imaging using two-photon laser scanning microscopy (2PLSM) allows the study of living cells and neuronal processes in the intact brain. The ...

Correlating Behavioral Responses to fMRI Signals from Human Prefrontal Cortex: Examining Cognitive Processes Using Task Analysis

The aim of this methods paper is to describe how to implement a neuroimaging technique to examine complementary brain processes engaged by two similar tasks. Participants' behavior during task performance in an fMRI scanner can then be correlated to the brain activity using the blood-oxygen-level-dependent signal. We measure behavior to be able to sort correct trials, where the subject performed the task correctly and then be able to examine the brain signals related to correct performance. Conversely, if subjects do not perform the task correctly, and these trials are included in the same analysis with the correct trials we would introduce trials that were not only for correct performance. Thus, in many cases these errors can be used themselves to then correlate brain activity to them. We describe two complementary tasks that are used in our lab to examine the brain during suppression of an automatic responses: the stroop1 and anti-saccade tasks. The emotional stroop paradigm instructs participants to either report the superimposed emotional 'word' across the affective faces or the facial 'expressions' of the face stimuli1,2. When the word and the facial expression refer to different emotions, a conflict between what must be said and what is automatically read occurs. The participant has to resolve the conflict between two simultaneously competing processes of word reading and facial expression. Our urge to read out a word leads to strong 'stimulus-response (SR)' associations; hence inhibiting these strong SR's is difficult and participants are prone to making errors. Overcoming this conflict and directing attention away from the face or the word requires the subject to inhibit bottom up processes which typically directs attention to the more salient stimulus. Similarly, in the anti-saccade task3,4,5,6, where an instruction cue is used to direct only attention to a peripheral stimulus location but then the eye movement is made to the mirror opposite position. Yet again we measure behavior by recording the eye movements of participants which allows for the sorting of the behavioral responses into correct and error trials7 which then can be correlated to brain activity. Neuroimaging now allows researchers to measure different behaviors of correct and error trials that are indicative of different cognitive processes and pinpoint the different neural networks involved.

The goal of our research is to correlate behavior to brain activity. Accurate behavioral measures and imaging techniques allow us to elucidate brain-behavior relationships.

ربط الاستجابات السلوكية لإشارات الرنين المغناطيسي الوظيفي من قشرة الفص الجبهي الإنسان: دراسة العمليات المعرفية عن طريق تحليل المهمة

The aim of this methods paper is to describe how to implement a neuroimaging technique to examine complementary brain processes engaged by two similar ...

Co-analysis of Brain Structure and Function using fMRI and Diffusion-weighted Imaging

The study of complex computational systems is facilitated by network maps, such as circuit diagrams. Such mapping is particularly informative when studying the brain, as the functional role that a brain area fulfills may be largely defined by its connections to other brain areas. In this report, we describe a novel, non-invasive approach for relating brain structure and function using magnetic resonance imaging (MRI). This approach, a combination of structural imaging of long-range fiber connections and functional imaging data, is illustrated in two distinct cognitive domains, visual attention and face perception. Structural imaging is performed with diffusion-weighted imaging (DWI) and fiber tractography, which track the diffusion of water molecules along white-matter fiber tracts in the brain (Figure 1). By visualizing these fiber tracts, we are able to investigate the long-range connective architecture of the brain. The results compare favorably with one of the most widely-used techniques in DWI, diffusion tensor imaging (DTI). DTI is unable to resolve complex configurations of fiber tracts, limiting its utility for constructing detailed, anatomically-informed models of brain function. In contrast, our analyses reproduce known neuroanatomy with precision and accuracy. This advantage is partly due to data acquisition procedures: while many DTI protocols measure diffusion in a small number of directions (e.g., 6 or 12), we employ a diffusion spectrum imaging (DSI)1, 2 protocol which assesses diffusion in 257 directions and at a range of magnetic gradient strengths. Moreover, DSI data allow us to use more sophisticated methods for reconstructing acquired data. In two experiments (visual attention and face perception), tractography reveals that co-active areas of the human brain are anatomically connected, supporting extant hypotheses that they form functional networks. DWI allows us to create a "circuit diagram" and reproduce it on an individual-subject basis, for the purpose of monitoring task-relevant brain activity in networks of interest.

We describe a novel approach for simultaneous analysis of brain function and structure using magnetic resonance imaging (MRI). We assess brain structure with high-resolution diffusion-weighted imaging and white-matter fiber tractography. Unlike standard structural MRI, these techniques allow us to directly relate anatomical connectivity to functional properties of brain networks.

شارك في تحليل بنية الدماغ والدالة باستخدام الرنين المغناطيسي الوظيفي وانتشارها المرجحة التصوير

The study of complex computational systems is facilitated by network maps, such as circuit diagrams. Such mapping is particularly informative when ...

Deep Brain Stimulation with Simultaneous fMRI in Rodents

In order to visualize the global and downstream neuronal responses to deep brain stimulation (DBS) at various targets, we have developed a protocol for using blood oxygen level dependent (BOLD) functional magnetic resonance imaging (fMRI) to image rodents with simultaneous DBS. DBS fMRI presents a number of technical challenges, including accuracy of electrode implantation, MR artifacts created by the electrode, choice of anesthesia and paralytic to minimize any neuronal effects while simultaneously eliminating animal motion, and maintenance of physiological parameters, deviation from which can confound the BOLD signal.&#160;Our laboratory has developed a set of procedures that are capable of overcoming most of these possible issues. For electrical stimulation, a homemade tungsten bipolar microelectrode is used, inserted stereotactically at the stimulation site in the anesthetized subject. In preparation for imaging, rodents are fixed on a plastic headpiece and transferred to the magnet bore. For sedation and paralysis during scanning, a cocktail of dexmedetomidine and pancuronium is continuously infused, along with a minimal dose of isoflurane; this preparation minimizes the BOLD ceiling effect of volatile anesthetics. In this example experiment, stimulation of the subthalamic nucleus (STN) produces BOLD responses which are observed primarily in ipsilateral cortical regions, centered in motor cortex. Simultaneous DBS and fMRI allows the unambiguous modulation of neural circuits dependent on stimulation location and stimulation parameters, and permits observation of neuronal modulations free of regional bias. This technique may be used to explore the downstream effects of modulating neural circuitry at nearly any brain region, with implications for both experimental and clinical DBS.

This protocol describes a standard method for simultaneous functional magnetic resonance imaging and deep brain stimulation in the rodent. The combined use of these experimental tools allows for the exploration of global downstream activity in response to electrical stimulation at virtually any brain target.

تحفيز الدماغ العميق مع الرنين المغناطيسي الوظيفي في وقت واحد في القوارض

In order to visualize the global and downstream neuronal responses to deep brain stimulation (DBS) at various targets, we have developed a protocol for ...

Live Imaging of Mitosis in the Developing Mouse Embryonic Cortex

Although of short duration, mitosis is a complex and dynamic multi-step process fundamental for development of organs including the brain. In the developing cerebral cortex, abnormal mitosis of neural progenitors can cause defects in brain size and function. Hence, there is a critical need for tools to understand the mechanisms of neural progenitor mitosis. Cortical development in rodents is an outstanding model for studying this process. Neural progenitor mitosis is commonly examined in fixed brain sections. This protocol will describe in detail an approach for live imaging of mitosis in ex vivo embryonic brain slices. We will describe the critical steps for this procedure, which include: brain extraction, brain embedding, vibratome sectioning of brain slices, staining and culturing of slices, and time-lapse imaging. We will then demonstrate and describe in detail how to perform post-acquisition analysis of mitosis. We include representative results from this assay using the vital dye Syto11, transgenic mice (histone H2B-EGFP and centrin-EGFP), and in utero electroporation (mCherry-&#945;-tubulin). We will discuss how this procedure can be best optimized and how it can be modified for study of genetic regulation of mitosis. Live imaging of mitosis in brain slices is a flexible approach to assess the impact of age, anatomy, and genetic perturbation in a controlled environment, and to generate a large amount of data with high temporal and spatial resolution. Hence this protocol will complement existing tools for analysis of neural progenitor mitosis.

Neural progenitor mitosis is a critical parameter of neurogenesis. Much of our understanding of neural progenitor mitosis is based on analysis of fixed tissue. Live imaging in embryonic brain slices is a versatile technique to assess mitosis with high temporal and spatial resolution in a controlled environment.

التصوير حية من الانقسام في تطوير الجنينية الماوس اللحاء

Although of short duration, mitosis is a complex and dynamic multi-step process fundamental for development of organs including the brain. In the ...

Two-Photon in vivo Imaging of Dendritic Spines in the Mouse Cortex Using a Thinned-skull Preparation

In the mammalian cortex, neurons form extremely complicated networks and exchange information at synapses. Changes in synaptic strength, as well as addition/removal of synapses, occur in an experience-dependent manner, providing the structural foundation of neuronal plasticity. As postsynaptic components of the most excitatory synapses in the cortex, dendritic spines are considered to be a good proxy of synapses. Taking advantages of mouse genetics and fluorescent labeling techniques, individual neurons and their synaptic structures can be labeled in the intact brain. Here we introduce a transcranial imaging protocol using two-photon laser scanning microscopy to follow fluorescently labeled postsynaptic dendritic spines over time in vivo. This protocol utilizes a thinned-skull preparation, which keeps the skull intact and avoids inflammatory effects caused by exposure of the meninges and the cortex. Therefore, images can be acquired immediately after surgery is performed. The experimental procedure can be performed repetitively over various time intervals ranging from hours to years. The application of this preparation can also be expanded to investigate different cortical regions and layers, as well as other cell types, under physiological and pathological conditions.

Two-Photon in vivo Imaging of Dendritic Spines in the Mouse Cortex Using a Thinned-skull Preparation

Time-lapse imaging in the living animal provides valuable information on structural reorganization in the intact brain. Here, we introduce a thinned-skull preparation that allows transcranial imaging of fluorescently labeled synaptic structures in the living mouse cortex by two-photon microscopy.

ثنائي الفوتون<em&gt; في الجسم الحي</em&gt; التصوير من العمود الفقري شجيري في اللحاء باستخدام الماوس الجمجمة ضعفت إعداد

In the mammalian cortex, neurons form extremely complicated networks and exchange information at synapses. Changes in synaptic strength, as well as ...

Live Imaging of Primary Cerebral Cortex Cells Using a 2D Culture System

During cerebral cortex development, progenitor cells undergo several rounds of symmetric and asymmetric cell divisions to generate new progenitors or postmitotic neurons. Later, some progenitors switch to a gliogenic fate, adding to the astrocyte and oligodendrocyte populations. Using time-lapse video-microscopy of primary cerebral cortex cell cultures, it is possible to study the cellular and molecular mechanisms controlling the mode of cell division and cell cycle parameters of progenitor cells. Similarly, the fate of postmitotic cells can be examined using cell-specific fluorescent reporter proteins or post-imaging immunocytochemistry. More importantly, all these features can be analyzed at the single-cell level, allowing the identification of progenitors committed to the generation of specific cell types. Manipulation of gene expression can also be performed using viral-mediated transfection, allowing the study of cell-autonomous and non-cell-autonomous phenomena. Finally, the use of fusion fluorescent proteins allows the study of symmetric and asymmetric distribution of selected proteins during division and the correlation with daughter cells fate. Here, we describe the time-lapse video-microscopy method to image primary cerebral cortex murine cells for up to several days and analyze the mode of cell division, cell cycle length and fate of newly generated cells. We also describe a simple method to transfect progenitor cells, which can be applied to manipulate genes of interest or simply label cells with reporter proteins.

Live imaging is a powerful tool to study cellular behaviors in real time. Here, we describe a protocol for time-lapse video-microscopy of primary cerebral cortex cells that allows a detailed examination of the phases enacted during the lineage progression from primary neural stem cells to differentiated neurons and glia.

يعيش تصوير خلايا قشرة الدماغ الأولية باستخدام نظام ثقافة 2D

During cerebral cortex development, progenitor cells undergo several rounds of symmetric and asymmetric cell divisions to generate new progenitors or ...

Imaging Neural Activity in the Primary Somatosensory Cortex Using Thy1-GCaMP6s Transgenic Mice

The mammalian brain exhibits marked symmetry across the sagittal plane. However, detailed description of neural dynamics in symmetric brain regions in adult mammalian animals remains elusive. In this study, we describe an experimental procedure for measuring calcium dynamics through dual optical windows above bilateral primary somatosensory corticies (S1) in Thy1-GCaMP6s transgenic mice using 2-photon (2P) microscopy. This method enables recordings and quantifications of neural activity in bilateral mouse brain regions one at a time in the same experiment for a prolonged period in vivo. Key aspects of this method, which can be completed within an hour, include minimally invasive surgery procedures for creating dual optical windows, and the use of 2P imaging. Although we only demonstrate the technique in the S1 area, the method can be applied to other regions of the living brain facilitating the elucidation of structural and functional complexities of brain neural networks.

Imaging Neural Activity in the Primary Somatosensory Cortex Using Thy1-GCaMP6s Transgenic Mice

We describe an experimental procedure for measuring neuronal activity through dual optical windows above bilateral primary somatosensory corticies (S1) in Thy1-GCaMP6s transgenic mice using 2-photon (2P) microscopy in vivo.

التصوير النشاط العصبي في القشرة الأولية Somatosensory باستخدام Thy1-GCaMP6s الفئران المحورة وراثيا

The mammalian brain exhibits marked symmetry across the sagittal plane. However, detailed description of neural dynamics in symmetric brain regions in ...

Real-Time fMRI Brain Mapping in Animals

Dynamic fMRI responses vary largely according to the physiological conditions of animals either under anesthesia or in awake states. We developed a real-time fMRI platform to guide experimenters to monitor fMRI responses instantaneously during acquisition, which can be used to modify the physiology of animals to achieve desired hemodynamic responses in animal brains. The real-time fMRI set-up is based on a 14.1T preclinical MRI system, enabling the real-time mapping of dynamic fMRI responses in the primary forepaw somatosensory cortex (FP-S1) of anesthetized rats. Instead of a retrospective analysis to investigate confounding sources leading to the variability of fMRI signals, the real-time fMRI platform provides a more effective scheme to identify dynamic fMRI responses using customized macro-functions and a common neuroimage analysis software in the MRI system. Also, it provides immediate troubleshooting feasibility and a real-time biofeedback stimulation paradigm for brain functional studies in animals.

Animal brain functional mapping can benefit from the real-time functional magnetic resonance imaging (fMRI) experimental set-up. Using the latest software implemented in the animal MRI system, we established a real-time monitoring platform for small animal fMRI.

رسم خرائط الدماغ بالرنين المغناطيسي الوظيفي في الوقت الحقيقي في الحيوانات

Dynamic fMRI responses vary largely according to the physiological conditions of animals either under anesthesia or in awake states. We developed a ...

Whole-Brain 3D Activation and Functional Connectivity Mapping in Mice using Transcranial Functional Ultrasound Imaging

Functional ultrasound (fUS) imaging is a novel brain imaging modality that relies on the high-sensitivity measure of the cerebral blood volume achieved by ultrafast doppler angiography. As brain perfusion is strongly linked to local neuronal activity, this technique allows the whole-brain 3D mapping of task-induced regional activation as well as resting-state functional connectivity, non-invasively, with unmatched spatio-temporal resolution and operational simplicity. In comparison with fMRI (functional magnetic resonance imaging), a main advantage of fUS imaging consists in enabling a complete compatibility with awake and behaving animal experiments. Moreover, fMRI brain mapping in mice, the most used preclinical model in Neuroscience, remains technically challenging due to the small size of the brain and the difficulty to maintain stable physiological conditions. Here we present a simple, reliable and robust protocol for whole-brain fUS imaging in anesthetized and awake mice using an off-the-shelf commercial fUS system with a motorized linear transducer, yielding significant cortical activation following sensory stimulation as well as reproducible 3D functional connectivity pattern for network identification.

This protocol describes the quantification of volumetric cerebral hemodynamic variations in the mouse brain using functional ultrasound (fUS). Procedures for 3D functional activation map following sensory stimulation as well as resting-state functional connectivity are provided as illustrative examples, in anesthetized and awake mice.

كامل الدماغ تنشيط 3D ورسم خرائط الاتصال الوظيفي في الفئران باستخدام التصوير بالموجات فوق الصوتية وظيفية عبر الجمجمة

Functional ultrasound (fUS) imaging is a novel brain imaging modality that relies on the high-sensitivity measure of the cerebral blood volume achieved by ...