저자는 MRI 호환 썰매를 디자인 한 사용자 정의 RF 코​​일 설계 카일 길버트, 케빈 바커의 기여를 인정하고 싶습니다. 이 작품은 건강 연구의 캐나다 연구소 (CIHR), 자연 과학 및 캐나다 (NSERC)의 공학 연구 협의회, 혁신에 대한 캐나다 재단 (CFI)에 의해 지원되었다.

다음 절차는 고양이가 사용되는 마취 된 어​​떠한 촬상 실험에 적용 할 수있다. (1.1-1.7 단계, 2.8, 4.1) 특별히 청각 실험에 필요한 단계는 다른 감각 자극 프로토콜을 수용하기 위해 수정 될 수 있습니다. 모든 실험 절차는 웨스턴 온타리오 대학의 동물 관리에 대학위원회의 동물 사용 분과위원회의 승인을받은 동물 관리에 캐나다위원회 (CCAC) (44)에 의해 지정된 지침을 따랐다. 설명 실험 회복 동물 준비에서 약 150 분을 필요로합니다. 실험의 시간 코스는도 1에 도시되어있다. 1. 자극 장비 준비 도 2는 전자 부품 및 MRI 스캐너에서 청각 자극을 생성하기 위해 필요한 해당 연결을 나타낸다. 요구 사항은 F과 같습니다ollows : 컴퓨터, 외장 사운드 카드, 스테레오 파워 앰프와의 fMRI 호환 이어폰 시스템. <ol><li> 범용 직렬 버스 (USB) 케이블을 통해 외부 사운드 카드에 청각 자극을 제시하는 데 사용되는 컴퓨터를 연결한다. </li><li> 스테레오 전력 증폭기의 입력 포트에 외부 사운드 카드의 출력 포트를 연결하는 케이블을 연결. </li><li> fMRI를 호환 이어폰 시스템의 변압기 박스의 입력 포트에 스테레오 전력 증폭기의 출력 포트를 연결하는 케이블을 연결. </li><li> 변압기 상자의 출력 포트에 바 이노 럴 이어폰을 연결합니다. </li><li> 사용 스캐너 실외 침투 패널 변압기 박스를 연결하는 BNC 연결과 동축 케이블을 차폐. </li><li> 스캐너 실내의 침투 패널에 대응 BNC 포트에 이어폰 케이블 조립체를 연결한다. </li><li> 이어폰에 폼 이어 팁을 연결 한 후 이어폰 t에게 연결케이블 어셈블리 오. 그 소리는 이어폰을 컴퓨터에서 전송되는 확인하기 위해 테스트 청각 자극을 실행합니다. 이어폰을 분리하고 동물의 준비 단계 (단계 2.7) 동안 안전하게 고양이의 귀에 폼 이어 팁을 삽입합니다. </li></ol> 2. 동물 준비 <ol><li> , 고양이를 premedicate 피하 (SC) 주사를 통해 아트로핀 황산염의 진정 혼합물 (0.02 ㎎ / ㎏)와 아세 프로 마진 (0.02 ㎎ / ㎏)을 관리하는. </li><li> 20 분 후, 마취를 유도하기 근육 내 (IM) 주사를 통해 케타민 (4 ㎎ / kg) 및 dexmedetomidine 염산염 (0.02 ~ 0.03 ㎎ / kg)을 투여. 케타민 통상 케타민 단독 45 사용될 때 일반적으로 관찰 떨림과 근육 경직을 줄이기 위해,이 경우, dexmedetomidine 염산염, 진정제, 근육 이완제와 결합된다. 이 마취 조합은 일반적으로 진정 작용의 약 150 분을 유도하고 자주 유도하기 위해 동물의 실제 사용작은 동물을 마취. </li><li> 고양이가 된 직립 반사 손실되면, 절차를 수행하는 동안 건조를 방지하기 위해 눈에 안과 연고를 적용합니다. 마취제의 정맥 전달을위한 중간 복재 정맥 유치 카테터를 배치합니다. </li><li> 앞발은 그 고양이가 발을 철회 여부를 관찰에 발가락을 곤란하게하여 성공적으로 마취 유도를위한 시험. 페달 반사가 사라지면, 다음 4.0-4.5 기관 내 튜브와 함께 고양이를 삽관 인두 벽에 리도카인을 분사하여 개그 반사를 억제합니다. </li><li> 1.5 L / 분에서 100 % 산소를 전달 케타민의 일정한 속도로 주입 (0.6-0.75 ㎎ / ㎏ / h) 및 흡입 이소 플루 란 (0.4 ~ 0.5 %)와 영상 세션에 걸쳐 마취를 유지합니다. 60 ML의 주사기에 생리 식염수 60 ㎖ 및 케타민 (ketamine) 0.07 ㎖의 결합 후 주사기 펌프에 주사기를 놓습니다. 이 단계는 고양이를 premedicating하기 전에 수행 할 수 있습니다. </li><li> MRI-호환의 바닥에 따뜻한 왁스 채워진 가열 패드를 배치주도 (도 3a 및도 3C) 다음 슬 레드의 내부 벽 주위에 절연 플라스틱 버블 랩 레이어. </li><li> MRI 호환 썰매 (그림 3C)에서 절연 버블 랩 내에서 흉골 위치에 고양이를 넣습니다. </li><li> 고양이가 배치되면, 귀에 액세스하는 헤드를 조정한다. 가능한 가장 작은 직경으로 폼 이어 팁을 롤 후 깊은 외이도에 각 귀 끝을 삽입합니다. 일단 삽입, 폼 이어팁은 귀 운하 내에서 공간을 채우기 위해 확장해야합니다. </li><li> 머리가 제대로 3 채널 무선 주파수 (RF) 코일 (그림 3B) 내에 위치 할 때까지 고양이를 조정합니다. 음향 감쇠 메모리 폼 (그림 3D)로 머리를 고정. 스캐너 소음의 추가 감쇠를 제공하기 위해 귀 주위에 거품을 놓습니다. </li><li> 다음 보안 스캐너 침대에 썰매를 운반 플라스틱 버블 랩의 절연 담요에 고양이를 감싸십시오. </li><li> 고양이에 주입 라인, 마취 배달 튜브 및 모니터링 장비를 연결합니다. 침투 패널에 부착 된 이어폰 케이블 어셈블리에 이어폰을 연결합니다. </li><li> 마취의 깊이에 기초하여 필요에 따라 0.6 ㎎ / kg /시의 기본 유량으로 케타민 주입을 시작하고 유량을 증가시킨다. 해부학 적 검사가 수집되고 나면 초기 이소 플루 란 용량을 0.5 %로 설정 한 후 0.4 %로 감소. </li><li> 모니터와 스캐너 구멍에서 적절한 거리에 위치 MRI 호환 모니터링 장비를 사용하여 실험을하는 동안 고양이의 혈액 산소 포화도, 호 기말 이산화탄소 농도, 심박수, 호흡 및 직장 온도를 (가능한 경우)을 기록. 표 1 값과이 절차의 성공적인 실행을위한 생리 학적 측정의 범위를 의미한다. 심장 박동 및 호흡의 꾸준한 증가는 일반적으로 마취에서 절박한 복구와 연관되어 있습니다. </li><li> 이후의ession는 썰매에서 고양이를 제거 완료됩니다. 동물이 완전히 회복 될 때까지 가열 패드와 수건 보조 난방을 제공하기 위해 계속합니다. 개그 반사가 반환되면, 기관 내 튜브를 제거합니다. 복원력 반사는 다음 시설에 동물을 반환 복원 될 때까지 고양이를 모니터링합니다. 실험에서 부작용을 지키기 위해 동물에게 시술 후 하루를 평가합니다. </li></ol> 3. 뇌 영상 <ol><li> 축 슬라이스 방향으로 고양이의 뇌의 해부학 적 검사를 수집합니다. 해부학 적 기준 볼륨에 대한 다음과 같은 이미지 매개 변수를 사용하여 TR = 750 밀리 초와 플래시 영상 시퀀스를, TE = 8 밀리 초, 매트릭스 = 256 X 256 X 1.0 mm 수집 복셀 크기 = 281 μm의 X 281 μm의. 해부학 적 검사의 지속 시간은 약 6 분. 그림 4 (왼쪽 패널) 지정된 매개 변수를 사용하여 얻은 샘플 해부학 적 이미지 조각을 제공합니다. </li><li> 능의 대한 다음 촬상 파라미터를 사용NAL 볼륨 : TR = 1,000 밀리로, TE는 = 15 밀리 초, 3 세그먼트 / 비행기, 21 X 1mm의 조각 분할 인터리브 에코 평면 수집 (EPI) 행렬 = 96 X 96, 시야 = 72mm X 72 mm, 취득 복셀 크기 = X 825 mm × 1.0 mm 0.75 mm;. 수집 시간 = 3 초 / 볼륨 4 (오른쪽 패널)도 지정된 매개 변수를 사용하여 얻은 샘플 기능 이미지 조각을 제공합니다. </li></ol> 4. 자극의 프리젠 테이션 <ol><li> 청각 자극이 30 초 동안 재생되는 블록 디자인에 광대역 백색 잡음 자극 (0-25 kHz에서, 5 밀리 초 상승 / 하강 시간, 1 프리젠 테이션 100 밀리 초 버스트마다 200 밀리 초, 90-100데시벨 SPL)를 제시하고 30 초 기준 (무 자극) 상태 (그림 5)로 교체했다. 어쿠스틱 유발 BOLD 활동이 청각 피질에서 관찰 될 때까지이 단계를 반복합니다. 블록 설계를 사용하여 각각의 기능의 실행 기간은 90 볼륨에 대해 약 4.5 분이다. </li><li> AP에 자극을 제시기능 실행의 원하는 번호와 적합한 블록 설계 구성. </li></ol> 5. 데이터 분석 <ol><li> 획득 한 기능 볼륨을 처리 할 수있는 적절한의 fMRI 분석 소프트웨어 (예 : SPM, FSL)을 선택합니다. </li><li> 참고 해부학 적 검사에 시간에 가까운 인수 볼륨에 각 기능 볼륨을 다시 정렬합니다. 단계 5.6 사용에 대한 결과 모션 보정 값을 저장합니다. 회전 헤드의 움직임이 1 ° 또는 번역 헤드의 움직임을 1 mm를 초과를 초과하는 모든 기능 실행을 제외합니다. </li><li> 참고 해부 검사에 Coregister 각 볼륨. </li><li> 2mm 반치 전폭 (FWHM) 가우시안 필터를 사용하여 각 볼륨을 부드럽게. </li><li> 일반 선형 모형 (GLM)에 대한 회귀 변수로 ON-OFF 자극 블록 설계에 해당하는 구형파 (박스 카) 기능을 통합 할 수 있습니다. </li><li> 운동 관련 이슈를 설명 할 수없는 그 회귀 변수로 모션 보정 값을 통합. U 적용P의 ncorrected 통계 임계 값은 = GLM에 0.001 BOLD 활성화의 클러스터를 볼 수 결과. (: FWE 가족 현명한 오류) 클러스터 수준에서 p &lt;0.05의 임계 값 수정을 충족 작은 클러스터의 크기를 결정합니다. 관심 영역에서 통계적으로 의미있는 클러스터를 보려면이 값으로 클러스터 범위의 임계 값을 설정합니다. </li><li> 기준 블록 동안 자극 블록과 평균 BOLD 신호 동안 평균 BOLD 신호의 차이로 각 복셀의 BOLD %의 신호 변화 (PSC)를 정의합니다. </li></ol>

저자는 금융 또는 기타 관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.

청각 기능의 마취 된 동물 모델의 fMRI 실험 설계에서, 다음과 같은 문제가 신중하게 고려되어야한다 : 피질 반응에 마취 (I)의 영향, 배경 스캐너 잡음 (II)의 효과, 그리고 (iii) 최적화 실험 절차의 데이터 수집 단계. 마취 준비 진정 작용의 연장 기간을 생산 및 기능 영상 세션 동안 잠재적 인 머리의 움직임을 최소화하는 중요한 이점을 제공하지만, 마취는 대뇌 피질의 혈류 역...

포유류의 청각 처리의 현재 이해는 주로 원숭이 1-5, 흰 족제비 6-10, 박쥐 11-14, 15-19 설치류, 고양이 20 ~ 24에 침략 전기 생리학 연구에서 파생됩니다. 전기 생리 기법은 일반적으로 전극 팁을 둘러싸는 신경 조직의 작은 영역 내에서 단일 및 복수의 뉴런의 활성을 기록하는 세포 외 미소 전극을 이용한다. 광 이미징 및 기능성 자기 공명 영상 (fMRI)와 같은 기능 영상 방법, 뇌의 여러 공간적으로 서로 다른 지역에 걸쳐 동시 운전 장치 ​​활동의 거시적 관점을 제공하여 세포 녹음에 유용 보완 역할을 설립. fMRI를 혈액 산소 수준의 종속 (BOLD)를 이용하면서 내장 신호 광학 이미징은 표면 조직의 반사 특성의 활동과 관련된 변화를 측정하여 뇌의 유발 활동의 시각화를 용이하게특정 작업 중에 활성 뇌 영역의 자극 - 유발 혈역학 적 변화를 측정 대조적. 광학 이미징 자극 유발 활동 (25)과 관련된 표면 조직의 반사율의 변화를 측정하는 대뇌 피질의 표면에 직접 노출이 필요합니다. 비교에서의 fMRI는 비 침습적이며 그대로 두개골 내에서 대뇌 피질의 표면에 26 ~ 28과 고랑 기반 27, 29 유발 활동을 모두 측정하는 환원 된 혈액의 성체의 특성을 이용한다. 인간이 아닌 영장류 시각 ​​피질 (30)과 인간의 청각 피질 (31)의 BOLD 신호와 신경 세포의 활동 사이에 강한 상관 관계는 감각 기능을 연구 할 수있는 유용한 도구로의 fMRI를 확인합니다. 의 fMRI는 tonotopic 조직 32-36, 청각 기능 (37)의 재화, 대뇌 피질의 활성화 패턴, 대뇌 피질의 영역 (38)의 식별, 소리의 영향과 청각 경로의 기능을 연구하기 위해 광범위하게 사용되고 있기 때문에청각 응답 특성 39, 40, 인간, 원숭이, 쥐 모델, 고양이의 청각 기능을 연구하기에 적합한 기능 영상 프로토콜의 개발에 유용한 보충을 제공 할 것이다에 굵은 응답 시간 코스 29,41의 특성에 대한 강도 기능 영상 문학. fMRI를 또한 마취 된 고양이 26-28,42에있는 시각 피질의 다양한 기능적 측면을 탐구하는 데 사용되었지만, 몇 가지 연구는 고양이 청각 피질의 감각 처리를 검토하는이 기술을 사용하고 있습니다. 본 프로토콜의 목적은 마취 된 고양이의 청각 피질 기능을 정량화의 fMRI를 사용하는 효과적인 방법을 확립하는 것이다. 이 논문에서 설명하는 실험 절차는 성공적으로 성인 고양이 청각 피질 (43)에 BOLD 응답 시간 코스의 특징을 설명하는 데 사용되었다.

<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

포유류의 청각 시스템에있는 감각 처리의 현재의 지식은 주로 원숭이, 흰 족제비, 박쥐, 쥐, 고양이 등의 동물 모델의 다양한 전기 생리학 연구에서 파생됩니다. 청각 기능의 인간 및 동물 모델 간의 최적 평행선을 그리는 위해서는, 인간의 기능적 이미징 연구 동물 전기 생리학 연구 간의 브리지를 설정하는 것이 중요하다. 기능성 자기 공명 영상 (fMRI)는 대뇌 피질의 여러 영역에 걸쳐 혈역학 적 활동의 다양한 패턴을 측정 설립, 최소 침습적 방법이다. 이 기술은 널리 인간의 뇌에서 감각 기능을 조사하는 데 사용되는, 인간과 동물 모두에서 청각 처리의 연구를 연결하는 유용한 도구이며, 성공적으로 원숭이와 쥐의 청각 기능을 조사하는 데 사용되었다. 다음 프로토콜은 마취 성인의 청각 기능을 조사하기위한 실험 절차를 설명의 fMRI를 사용하여 청각 피질의 자극 유발 혈역학 적 변화를 측정 고양이. 이 방법은 따라서 포유류의 청각 피질의 종의 독립적 인 기능의 더 나은 이해에 이르는 청각 기능의 다른 모델에서 혈역학 적 반응의 비교를 용이하게한다.

대표적인 기능 데이터는 7T 수평 구멍 스캐너에서 획득 및 MATLAB에서 통계 파라 메트릭 매핑 도구를 사용하여 분석 하였다. 청각 자극에 강력한 대뇌 피질의 혈역학 적 반응은 지속적으로 기술 된 실험 프로토콜 43을 사용하여 고양이에서 관찰되었다. 그림 6은 블록 설계에서 제시된 30 초 광대역 잡음 자극에 대한 응답으로이 동물의 BOLD 활성화를 보여줍니다. 기준 대 광대역 잡...

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

포유 동물의 청각 시스템의 기능 연구는 전통적으로 전기 생리학 녹음 등의 공간에 초점을 맞춘 기술을 사용하여 수행되었다. 다음 프로토콜은 기능적 자기 공명 영상을 이용하여 고양이 청각 피질에서 유발 혈역학 활성의 대규모 패턴을 시각화하는 방법을 설명한다.

하이 필드의 fMRI를 사용하여 성인 고양이의 청각 피질의 기능적 이미징

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

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Research

JoVE Journal

Neuroscience

11.4K 조회수.  University of Western Ontario.  포유 동물의 청각 시스템의 기능 연구는 전통적으로 전기 생리학 녹음 등의 공간에 초점을 맞춘 기술을 사용하여 수행되었다. 다음 프로토콜은 기능적 자기 공명 영상을 이용하여 고양이 청각 피질에서 유발 혈역학 활성의 대규모 패턴을 시각화하는 방법을 설명한다. 

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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.

Thinned - 해골 준비를 사용하여 마우스 시각 피질의 만성 이미징

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

연구

신경과학

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.

인간의 전두엽 피질에서 fMRI 신호에 행동 응답을 연관 : 작업 분석을 사용하여인지 과정을 검토

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.

fMRI 및 확산 - 가중 영상을 사용하여 뇌의 구조와 기능의 공동 분석

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.

설치류에 동시 fMRI를 깊은 뇌 자극

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.

개발 마우스 배아의 피질 유사 분열의 라이브 영상

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.

두 광자<em&gt; 생체</em&gt; 시닝 두개골 준비를 사용하여 마우스 피질 돌기 쪽의 영상

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.

2D 문화 시스템을 사용 하 여 기본 대뇌 피 질 세포의 영상 라이브

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.

Thy1를 사용 하 여 기본 Somatosensory 피 질에서 신경 활동을 이미징-GCaMP6s 유전자 변형 쥐

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.

동물의 실시간 fMRI 뇌 매핑

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.

경두개 기능 적 초음파 이미징을 사용하여 마우스의 전신 뇌 3D 활성화 및 기능 적 연결 매핑

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