저자는 인정하지 않습니다.

다음 실험 프로토콜은 펜실베이니아 주립 대학 의과 대학의 기관 검토위원회 (Institutional Review Board)의 지침을 따랐으며, 인간 피험자는 연구에 참여하기 전에 서면 동의를 얻었다. 참고 : 데모 목적으로 시판되는 MRI 호환 감각 계를 사용하여 간단한 악취 자극 패러다임을 제시합니다. 이 패러다임은 요법의 효과를 감소시키는 데 효과적이며 신뢰할 수있는 후각 fMRI 데이터를 제공합니다 15 . 이 프로토콜에서 설명 된 특정 단계는 사용 된 감각계의 유형에 따라 다를 수 있습니다. 그러나 유사한 기능을 갖춘 가정용 또는 상업용으로 사용할 수있는 모든 유형의 장비를 유사한 방식으로 사용할 수 있습니다. 감각계는 호흡을 모니터링 할 수 있어야하고 정확한 타이밍으로 냄새를 유발할 수 있어야합니다. 전체 냄새 전달 시스템 (( 예 : 유리 및 폴리 테트라 플루오로 에틸렌)에 불활성 인 물질로 만들어졌으며, 악취 경로는 최소한의 사 공간으로 부드럽고 기밀합니다. 1. 패러다임 디자인 <ol><li> 프로그래머블 감각계에서 공기 흐름 밸브 시퀀스를 지정하여 새로운 패러다임을 만듭니다. 참고 : 밸브 시퀀스는 다양한 농도 또는 유형의 냄새 물질을 담고있는 특정 공기 채널의 개폐 순서 및 타이밍입니다. 이 시연에서 6 개의 채널에 대한 각 밸브가 두 번 열렸으며 총 12 개의 악취 전달이 이루어졌습니다. 하나의 밸브가 열릴 때마다 다른 모든 밸브는 닫히고 다른 모든 밸브가 이미 한 번 열렸을 때마다 각 밸브가 다시 열렸습니다. <ol><li> 자극을위한 지속 시간 (특정 채널의 열림)과 채널을 닫을 시간을 지정하십시오. 참고 :이 데모에서 악취 표현의 지속 시간은 6 초 였고,닫히는 채널의 지속 시간은 22 초에서 38 초까지 다양했다. </li><li> 밸브 열림과 닫음의 반복 횟수를 설정하십시오. 여기서 반복 횟수는 1입니다. </li><li> 각 유분의 프리젠 테이션을 동일한 유속의 무취 공기를 사용하여 삽입하십시오. 예를 들어 상대 습도 50 %, 실내 온도 22 ° C에서 6 L / 분의 유속으로 냄새가 있거나없는 공기 흐름을 피사체에 전달하십시오. 참고 : 공기 흐름이 다양 할 때 촉감을 유발할 수 있으므로 이는 중요합니다. </li></ol></li></ol> 2. 냄새 처리제 준비 <ol><li> 악취 원자가, 쾌감, 강도, 친숙 함 및 삼차 성분을 고려하여 냄새 자극 패러다임에 적절한 향기를 선택하십시오 ( 표 1 참조). 참고 : 표 1 은 일반적으로 사용되는 냄새 성분을 나열합니다. 라벤더 냄새가 저온에서 중등도의 삼차 자극을 최소화하기 때문에이 시연을 위해 선택되었습니다.일반적으로 쾌적하고 익숙한 것으로 인식됩니다. </li><li> 냄새 제거제를 준비하기 위해 적절한 용매 ( 예 : 물, 미네랄 오일, 1,2- 프로판 디올, 에탄올)를 선택하십시오. 참고 : 여기에서는 1,2- 프로판 디올을 냄새 처리제 제조용 용매로 사용했습니다. </li><li> 냄새 자극 패러다임에 적합한 악취제 농도를 선택하십시오. 예를 들어, 후각 자극 19에 대한 0.10 % (부피 / 부피) 농도의 1,2- 프로판 디올에서 라벤더 오일을 희석하십시오. 참고 : 이것은 정상적인 피실험자 집단에 의해 일련의 상이한 농도의 정신 물리학 적 평가에 의해 수행 될 수있다. </li><li> 냄새 제거제 용기에 적절한 냄새 제거제를 넣으십시오. 모든 용기의 공간과 용액의 양, 용액의 표면적이 같아야합니다. 예를 들어 냄새 제거제 용기에는 300 mL 크기의 유리 병 6 개를 사용하고 0.10 % 라벤더 오일 용액 50 mL를 넣습니다. </li><li> 연결냄새 전달을위한 적절한 채널로 향기 용기를 놓습니다. </li></ol> 3. 올포 커미터 (Olfactometer) 설정 <ol><li> 연결구를 점검하여 모든 냄새 제거제 용기가 냄새 제거제 운반기에 제대로 부착되었는지 확인하십시오. 과도하게 조이지 마십시오. 씰이 손상 될 수 있습니다. 적절한 냄새는 각 냄새 제거제 용기를 통과하는 공기 흐름을 점검하여 나중에 단계에서 보장됩니다. </li><li> 냄새 제거제 캐리어를 자석 실에 넣고 각 튜브를 실내 외부의 감각계에 연결하십시오. 주 장치는 MR과 호환되지 않습니다. 공기 흐름에 영향을 줄 수 있으므로 튜빙에 꼬임이 있는지 육안으로 확인하십시오. 각 채널의 기류는 이후 단계에서 점검됩니다. </li><li> 번호를 올바른 포트에 맞추면 olfactometer의 모든 튜브를 냄새 제거제 캐리어에 안전하게 연결하십시오. 정확성을 위해, 컬러 코드, 튜브, 채널 1이되도록 핑크 등의 2 채널, 블루. </li><li> 흐름을 첨부하여 모든 채널의 공기 흐름을 일관되게 유지하십시오.유량계를 튜브의 출력단에 연결하십시오. 혈압계의 제어판에서 각 채널을 수동으로 열고 각 채널의 유량이 일정해질 때까지 총 공기 흐름과 각 채널 및 플러시 라인의 유량을 조정하십시오. </li><li> Polytetrafluoroethylene (PTFE) 튜빙을 사용하여 얼굴 마스크 또는 노즈 피스를 냄새 제거제 캐리어에 연결하십시오. 채널을 전환 할 때 피사체에 전달되는 공기 흐름 ( 예 : 6 L / 분)이 일치하는지 확인하십시오. </li><li> 냄새 자극 패러다임과 fMRI 이미지 수집을 동기화하기 위해 olfactometer의 &quot;trigger in&quot;포트에 MRI 시스템의 고주파 트리거를 연결하십시오. 광 - 전기 신호 변환기가 필요할 수 있습니다. </li><li> 각 채널 및 플러시 라인의 총 기류 및 유량을 설계된 양으로 조정하십시오. 예를 들어, 총 공기 유량은 6 L / min이고 각 채널 및 플러시 라인의 유량은 3 L / min입니다. </li><li> 공압 호흡기를 연결하십시오.r 벨트를 통해 공압 전기 신호 변환기 박스를 통해 감각 계의 응답 포트에 연결합니다. </li><li> 주관적인 반응이 필요한 경우 공압식 전기 신호 변환기 상자를 통해 공압 응답 패드를 혈압계의 응답 포트에 연결하십시오. </li></ol> 4. 실험 절차 <ol><li> MRI 절차가 환자에게 안전한지 확인하기 위해 사전 검사를 실시하십시오. <ol><li> 잠재적 인 임플란트, 폐쇄 공포증 또는 fMRI 연구에 안전하게 참여할 수있는 피험자의 능력을 방해 할 수있는 다른 기존 상태를 포함하여 병력에 대해 주제를 물어보십시오. 또한, 실험 중 냄새 물질의 냄새를 맡을 수 있는지 확인하기 위해 냄새 물질의 냄새 역치 테스트를 수행하십시오. </li></ol></li><li> MRI 검사 침대에서 피검자를 위로 놓습니다. 콧 구멍으로 공기가 불어 날 수 있도록 피사체에 얼굴 마스크 또는 노우즈 피스를 올립니다. 호흡 센서를 t그는 가슴이나 복부. 피검자에게 정상적으로 호흡하도록하십시오. 호기계 표시 장치에 표시된 호흡 패턴에 따라 호흡 센서를 고정하는 벨트의 조임과 위치를 수동으로 조정하십시오. </li><li> olfactometer에 호흡 데이터를 기록하는 데이터 폴더를 만듭니다. &quot;파일 관리자&quot;를 클릭하고 현재 제목에 할당 된 제목 ID를 입력 한 다음 입력을 &quot;확인&quot;하십시오. </li><li> &quot;패러다임 체크&quot;옵션을 사용하여 자극 전달을 포함하지 않고 냄새 전달 및 흡입의 동조를 테스트하고 필요한 경우 냄새 전달의 시작이 피험자의 흡입 단계와 동기화되도록 &quot;밸브 지연&quot;시간을 수동으로 조정하십시오. </li><li> olfactometer의 컨트롤 유닛에서 &quot;trigg-in&quot;모드를 선택하여 악취 자극과 fMRI 이미지 수집 사이의 동기화를 설정하십시오. 참고 :이 기능은 악취 자극 패러다임이 외부 트리거를 통해 &quot;MRI 시스템에서 시작된 포트에서 트리거하십시오. 따라서 패러다임은 스캐너의 외부 트리거가 수신 될 때까지 실행되지 않습니다. MRI 스캐너가 보내는 어떤 종류의 트리거 펄스 (전기 또는 가벼운)인지 확인하십시오. 두 시스템을 연결하려면 신호 변환기가 필요할 수 있습니다. </li><li> 감각계의 컨트롤 유닛에서 &quot;resp trigger start&quot;를 선택하여 호흡 트리거를 활성화하십시오. 참고 : 활성화되면 각 패러다임 시퀀스 요소의 시작이 흡입과 동기화됩니다. 이것은 호기 단계의 시작부터 호흡주기의 약 절반 정도의 냄새 전달을 지연시킴으로써 경험적으로 달성 할 수 있습니다. </li><li> MRI 콘솔에서 fMRI 이미지 수집을 시작합니다. 이미지 수집이 시작되면 곧 냄새 자극 패러다임이 시작됩니다. 불규칙한 호흡 활동이 있는지 호흡 패턴을 모니터링하십시오. 주 : 불규칙한 호흡기 활동은 고원, 더 길고 더 긴주기의 형태 일 수 있습니다.이상한 파도. 여기에서 BOLD 신호에 민감한 T 2 * 가중 에코 평면 영상 시퀀스는 fMRI 영상 획득을 위해 2000ms 반복 시간, 30ms 에코 시간, 90 ° 플립 각, 220mm x 220mm 시야, 80 × 80 획득 매트릭스, 30 mm 두께의 축 슬라이스 30 개, 통합 평행 영상 기술을위한 가속 계수 2를 지원합니다. </li><li> 이미징 프로토콜이 끝나면 피사체를 자석 밖으로 옮겨 얼굴 마스크 / 노즈 피스를 제거합니다. </li></ol> 5. 올 팔소 미터 클린업 <ol><li> 공기 펌프의 전원을 끕니다. 냄새 제거제 운반선에서 냄새 제거제 용기를 떼어 내고 깨끗한 빈 용기로 교체하십시오. </li><li> 공기 펌프의 전원을 켭니다. 각 채널을 무취 공기로 5 분 동안 플러싱하여 공기 라인의 잔류 냄새 물질을 제거하십시오. </li><li> 감각계를 종료하십시오. </li><li> 알코올 닦개로 코 조각이나 안면 마스크를 소독합니다. 따뜻한 물로 얼굴 마스크 나 코 부분을 헹구고 나서 공기 건조하십시오. </li></ol&gt; 6. 데이터 분석 <ol><li> 데이터를 처리하기 위해 오픈 소스 소프트웨어 후각 네트워크 자극 편집 도구 (시작) (www.pennstatehershey.org/web/nmrlab/resources/software/onset) 15 호흡 데이터 파일을로드 참고 : ONSET 소프트웨어는 Xiaoyu Sun에서 개발했습니다. 패러다임과 호흡 추적의 타이밍에 기반한 악취 자극의 시작이 자동으로 감지됩니다. 실제 자극 벡터는 냄새 전달 중 각 효과적인 흡입의 시작 시간으로 정의됩니다. <ol><li> 측정 냄새 무취 기간 (15) 사이의 호흡률 및 볼륨 (각 흡입 및 호기 위상 쌍 아래 영역)을 비교한다. 참고 :이 호흡 매개 변수는 냄새와 무취 사이에 큰 차이가 없어야합니다. </li><li> 중앙 olfac의 활성화를 위해 ONSET의 실제 시작 및 지속 시간 벡터를 사용하여 fMRI 데이터를 처리합니다.시스템 15 . </li></ol></li></ol>

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N., Sch&#246;pf, V., Negoias, S., Hummel, T., Lepore, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dual+processing+streams+in+chemosensory+perception.">Dual processing streams in chemosensory perception.</a> Front Hum Neurosci. 6, (2012).</li><li>Yousem, D. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gender+effects+on+odor-stimulated+functional+magnetic+resonance+imaging.">Gender effects on odor-stimulated functional magnetic resonance imaging.</a> Brain Res. 818 (2), 480-487 (1999).</li><li>Koulivand, P. H., Ghadiri, M. K., Gorji, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Lavender+and+the+nervous+system.">Lavender and the nervous system.</a> Evid Based Compl Alt Med. 2013, (2013).</li><li>Yousem, D. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+MR+imaging+during+odor+stimulation:+Preliminary+data.">Functional MR imaging during odor stimulation: Preliminary data.</a> Neuroradiology. 204 (3), 833-838 (1997).</li><li>Hummel, T., Doty, R. L., Yousem, D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+MRI+of+intranasal+chemosensory+trigeminal+activation.">Functional MRI of intranasal chemosensory trigeminal activation.</a> Chem Senses. 30 (suppl. 1), i205-i206 (2005).</li></ol>

저자는 공개 할 것이 없습니다.

실험 절차는 신중하게 고려하여 신뢰할만한 후각 활성화 데이터를 수집하기 위해 적절하게 실행되어야합니다. 프로토콜 내에서 중요한 단계는 냄새 전달을 이미지 수집과 동기화하고, 냄새 물질을 적절하게 농축하여 정신 물리학 적 반응을 조절하고, 안정적인 안정된 호흡 신호 및 일정한 공기 흐름을 갖춘 은폐계를 설정하고 호흡을 후 처리하는 호흡 유발 패러다임을 구현하는 것을 포함합니?...

인간의 후각 시스템은 감각 시스템보다 훨씬 더 많은 것으로 이해된다. 왜냐하면 올레핀 작용은 또한 항상성 조절 및 감정에 중요한 역할을하기 때문이다. 임상 적으로, 인간의 후각 시스템은 알츠하이머 병, 파킨슨 병, 외상 후 스트레스 장애, 우울증 1, 2, 3, 4, 5 등 많은 유행 신경 질환 및 정신 질환의 공격에 취약한 것으로 알려져있다. 현재, 혈액 - 산소 - 레벨 - 의존성 (BOLD) 콘트라스트를 갖는 기능적 자기 공명 영상 (fMRI)은 인간 두뇌의 맵핑 기능을위한 가장 가치있는 기술이다. 중추 신경 구조 ( 예 : piriform cortex, orbitofrontal cortex, 편도선 및 섬피 피질)의 특정 기능에 대한 상당한 지식이이 기술로 획득되었습니다6 , 7 , 8 , 9 , 10 . 그러나 인간의 중앙 후각 기관 및 관련 질환에 대한 연구에 fMRI를 적용하는 데는 BOLD 신호의 신속한 습관 변화와 호흡에 의한 다양한 조절이 두 가지 주요 장애물로 인해 어려움을 겪고 있습니다. 일상 생활에서 일정 기간 동안 냄새에 노출되면 우리는 빠르게 냄새에 익숙해집니다. 사실, 후각 fMRI를 사용하여 연구했을 때, 냄새 유발 fMRI 신호는 요법에 의해 빠르게 감쇠되며, 이는 자극 패러다임 디자인 8 , 10 , 11 , 12 , 13 , 14 에 대한 도전 과제입니다. 주요 후각 피질에서 초기의 유의미한 BOLD 신호는 지속됩니다odorant가 발병 한 후 몇 초 동안 지속됩니다. 따라서 후각 fMRI 패러다임은 단기간에 오랜 자극이나 잦은 냄새 자극을 피해야합니다. 요법의 효과를 줄이기 위해 일부 연구에서는 fMRI 패러다임에 악취를 번갈아 표시하려고 시도했습니다. 그러나,이 접근법은 각각의 냄새 물질이 독립적 인 자극 이벤트로서 취급 될 수 있기 때문에 데이터 분석을 복잡하게 할 수있다. 피실험자의 호흡 패턴이 다양 할 때 또 다른 기술적 인 문제가 발생한다. 흡입은 고정 타이밍 패러다임 (fixed-timing paradigm) 동안 냄새 물질 투여와 항상 동기화되는 것은 아니다. 후각 자극의 발병 및 지속 기간은 각 개인의 호흡에 의해 조절되며, 이는 fMRI 데이터 품질 및 분석을 혼란스럽게합니다. 일부 연구에서는 호흡과 냄새 발병을 동기화하기 위해 시각 또는 청각 단서로이 문제를 완화하려고 시도했지만 피험자의 순응도는 특히 임상 인구에서 다양합니다. 위장 관련 뇌 활성화이러한 단서는 특정 애플리케이션에서 데이터 분석을 복잡하게 만들 수도 있습니다. 따라서, 냄새 전달과 흡입을 동기화시키는 것은 후각 fMRI 연구 15에서 결정적 일 수있다. 특히 데이터 분석 과정에서 후각 fMRI에 중요한 추가 고려 사항은 냄새 물질 선택입니다. 인지 강도와 관련하여 적절한 냄새 물질 농도를 찾는 것은 다양한 실험 조건 또는 질병 하에서 뇌의 활성화 수준을 정량하고 비교하는 데 중요합니다. 악취 물질 선택은 또한 냄새 원자가 또는 즐거움을 고려해야합니다. 이것은 후각 학습 16 , 17 에서 분기되는 시간적 프로파일을 유발하는 것으로 알려져있다. 이런 이유 때문에 라벤더 냄새가 부분적으로이 데모 용으로 선택되었습니다. 특정 연구의 목적에 따라 다른 냄새 성분이 더 나은 선택 일 수 있습니다. 또한, 삼차 자극은 최소화해야합니다olfaction과 직접적인 관련이없는 활성화 18 . 이 보고서에서는 자기 공명 환경에서 감각계를 사용하여 호흡 유발 패러다임을 설정하고 실행하는 fMRI 기술을 시연합니다. 또한 데이터 수집 중에 발생할 수있는 일부 타이밍 오류를 줄여 데이터 분석을 더욱 향상시킬 수있는 사후 처리 도구를 제시합니다.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>3T MR scanner</td>
			<td>Siemens</td>
			<td></td>
			<td>Any MR scanner is acceptable.&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Olfactometer</td>
			<td>Emerging Tech Trans, LLC</td>
			<td></td>
			<td>Any olfactometer with similar capabilities is acceptable.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>6-channel odorant carrier</td>
			<td>Emerging Tech Trans, LLC</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nosepiece/applicator</td>
			<td>Emerging Tech Trans, LLC</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PTFE tubing</td>
			<td>Emerging Tech Trans, LLC</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TTL convertor box</td>
			<td>Emerging Tech Trans, LLC</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Respiratory sensor belt</td>
			<td>Emerging Tech Trans, LLC</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lavender oil</td>
			<td>Givaudan Flavors Corporation</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1,2 propanediol</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>P6209</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ONSET</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>www.pennstatehershey.org/web/nmrlab/resources/software/onset</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SPM8&#160;</td>
			<td>Wellcome Trust Center for Neuroimaging, University College London, London, UK&#160;</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a free-breathing fmri method to study human olfactory function

인간의 고환에 대한 연구는 생물 의학 연구에서 임상 평가에 이르기까지 응용 분야가 매우 복잡하고 가치있는 분야입니다. 현재, 기능적 자기 공명 영상 (fMRI)을 이용한 인간 중심 후각 기능의 평가는 몇 가지 기술적 어려움 때문에 여전히 어려운 과제이다. 적절한 냄새 물질 선택, 냄새 표현과 호흡 사이의 상호 작용, 냄새 물질에 대한 기대감이나 습관을 포함하여 fMRI를 사용하여 중앙 후각 기관 기능을 매핑하는 효과적인 방법을 고려할 때 고려해야 할 몇 가지 중요한 변수가 있습니다. 이벤트 관련 호흡 유발 후각 fMRI 기술은 냄새 물질을 정확하게 관리하여 잠재적 인 간섭을 최소화하면서 후각 시스템을 자극 할 수 있습니다. 우리의 데이터 후 처리 방법을 사용하여 주요 후각 피질에서 fMRI 신호의 정확한 온셋을 효과적으로 포착 할 수 있습니다. 기술 사전여기에 보냄으로써 신뢰할 수있는 후각 fMRI 결과를 생성하는 효율적이고 실질적인 방법을 제공합니다. 그러한 기술은 알츠하이머 및 파킨슨 병을 비롯한 후각 퇴행과 관련된 질병의 진단 도구로서 임상 영역에서 궁극적으로 적용될 수 있습니다. 우리는 인간의 후각 기관의 복잡성을 더 깊이 이해하기 시작합니다.

그림 1 은 MR- 호환성을 고려하여 자석 실 내외부의 후각 fMRI 설정을 보여줍니다. 그림 2a 는 표준 고정 타이밍 패러다임을 보여 주며, 그림 2b 는 &quot;호흡 트리거&quot;가 냄새 전달 및 흡입을 동기화 할 수있는 패러다임을 보여줍니다. 명확한 흡입 피크가있는 ?...

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A Free-breathing fMRI Method to Study Human Olfactory Function

우리는 인간의 중앙 후각 시스템에서 신뢰할 수있는 기능적 자기 공명 영상 (fMRI) 데이터를 얻기위한 기술적 난제와 해결책을 제시합니다. 여기에는 후각 fMRI 패러다임 디자인, MRI 호환 감각 계의 fMRI 데이터 수집, 악취 선택 및 데이터 후 처리를위한 특수 소프트웨어 도구에 대한 특수 고려 사항이 포함됩니다.

인간의 후각 기능을 연구하기위한 자유 호흡 fMRI 방법

The study of human olfaction is a highly complex and valuable field with applications ranging from biomedical research to clinical evaluation. Currently, ...

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Research

JoVE Journal

Neuroscience

9.5K 조회수.  Pennsylvania State University College of Medicine.  우리는 인간의 중앙 후각 시스템에서 신뢰할 수있는 기능적 자기 공명 영상 (fMRI) 데이터를 얻기위한 기술적 난제와 해결책을 제시합니다. 여기에는 후각 fMRI 패러다임 디자인, MRI 호환 감각 계의 fMRI 데이터 수집, 악취 선택 및 데이터 후 처리를위한 특수 소프트웨어 도구에 대한 특수 고려 사항이 포함됩니다. 

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Combining Transcranial Magnetic Stimulation and fMRI to Examine the Default Mode Network

The default mode network is a group of brain regions that are active when an individual is not focused on the outside world and the brain is at "wakeful rest."1,2,3 It is thought the default mode network corresponds to self-referential or "internal mentation".2,3
It has been hypothesized that, in humans, activity within the default mode network is correlated with certain pathologies (for instance, hyper-activation has been linked to schizophrenia 4,5,6 and autism spectrum disorders 7 whilst hypo-activation of the network has been linked to Alzheimer's and other neurodegenerative diseases 8). As such, noninvasive modulation of this network may represent a potential therapeutic intervention for a number of neurological and psychiatric pathologies linked to abnormal network activation. One possible tool to effect this modulation is Transcranial Magnetic Stimulation: a non-invasive neurostimulatory and neuromodulatory technique that can transiently or lastingly modulate cortical excitability (either increasing or decreasing it) via the application of localized magnetic field pulses.9
In order to explore the default mode network's propensity towards and tolerance of modulation, we will be combining TMS (to the left inferior parietal lobe) with functional magnetic resonance imaging (fMRI). Through this article, we will examine the protocol and considerations necessary to successfully combine these two neuroscientific tools.

In this article, we examine the methodology and considerations relevant to the combination of TMS and fMRI to examine the effects of brain stimulation on the default network.

기본 모드 네트워크를 검사하기 위해 Transcranial 자석 자극과 fMRI를 결합

The default mode network is a group of brain regions that are active when an individual is not focused on the outside world and the brain is at "wakeful ...

연구

신경과학

Lentivirus-mediated Genetic Manipulation and Visualization of Olfactory Sensory Neurons in vivo

Development of a precise olfactory circuit relies on accurate projection of olfactory sensory neuron (OSN) axons to their synaptic 
targets in the olfactory bulb (OB). The molecular mechanisms of OSN axon growth and targeting are not well understood. Manipulating gene expression and subsequent 
visualizing of single OSN axons and their terminal arbor morphology have thus far been challenging. To study gene function at the single cell level within a specified 
time frame, we developed a lentiviral based technique to manipulate gene expression in OSNs in vivo. Lentiviral particles are delivered to OSNs by microinjection 
into the olfactory epithelium (OE). Expression cassettes are then permanently integrated into the genome of transduced OSNs. Green fluorescent protein expression 
identifies infected OSNs and outlines their entire morphology, including the axon terminal arbor. Due to the short turnaround time between microinjection and 
reporter detection, gene function studies can be focused within a very narrow period of development. With this method, we have detected GFP expression within as 
few as three days and as long as three months following injection. We have achieved both over-expression and shRNA mediated knock-down by lentiviral microinjection. 
This method provides detailed morphologies of OSN cell bodies and axons at the single cell level in vivo, and thus allows characterization of candidate gene function 
during olfactory development.

Lentivirus-mediated Genetic Manipulation and Visualization of Olfactory Sensory Neurons in vivo

We present a lentiviral technique for genetic manipulation and visualization of single olfactory sensory neuron axon and its terminal arborization in vivo.

강한 감각 뉴런의 Lentivirus - 중재 유전자 조작 및 시각화 생체내에</em

Development of a precise olfactory circuit relies on accurate projection of olfactory sensory neuron (OSN) axons to their synaptic 
targets in 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.

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 ...

Mouse Hindbrain Ex Vivo Culture to Study Facial Branchiomotor Neuron Migration

Embryonic neurons are born in the ventricular zone of the brain, but subsequently migrate to new destinations to reach appropriate targets. Deciphering the molecular signals that cooperatively guide neuronal migration in the embryonic brain is therefore important to understand how the complex neural networks form which later support postnatal life. Facial branchiomotor (FBM) neurons in the mouse embryo hindbrain migrate from rhombomere (r) 4 caudally to form the paired facial nuclei in the r6-derived region of the hindbrain. Here we provide a detailed protocol for wholemount ex vivo culture of mouse embryo hindbrains suitable to investigate the signaling pathways that regulate FBM migration. In this method, hindbrains of E11.5 mouse embryos are dissected and cultured in an open book preparation on cell culture inserts for 24 hr. During this time, FBM neurons migrate caudally towards r6 and can be exposed to function-blocking antibodies and small molecules in the culture media or heparin beads loaded with recombinant proteins to examine roles for signaling pathways implicated in guiding neuronal migration.

Mouse Hindbrain Ex Vivo Culture to Study Facial Branchiomotor Neuron Migration

Embryonic neurons are born in the ventricular zone of the neural tube, but migrate to reach appropriate targets. Facial branchiomotor (FBM) neurons are a useful model to study neuronal migration. This protocol describes the wholemount ex vivo culture of mouse embryo hindbrains to investigate mechanisms that regulate FBM migration.

마우스 후뇌<em&gt; 전의 VIVO</em&gt; 문화 얼굴 Branchiomotor 신경 세포의 마이 그 레이션을 연구하는

Embryonic neurons are born in the ventricular zone of the brain, but subsequently migrate to new destinations to reach appropriate targets. Deciphering ...

The Olfactory System as a Model to Study Axonal Growth Patterns and Morphology In Vivo

The olfactory system has the unusual capacity to generate new neurons throughout the lifetime of an organism. Olfactory stem cells in the basal portion of the olfactory epithelium continuously give rise to new sensory neurons that extend their axons into the olfactory bulb, where they face the challenge to integrate into existing circuitry. Because of this particular feature, the olfactory system represents a unique opportunity to monitor axonal wiring and guidance, and to investigate synapse formation. Here we describe a procedure for in vivo labeling of sensory neurons and subsequent visualization of axons in the olfactory system of larvae of the amphibian Xenopus laevis. To stain sensory neurons in the olfactory organ we adopt the electroporation technique. In vivo electroporation is an established technique for delivering fluorophore-coupled dextrans or other macromolecules into living cells. Stained sensory neurons and their axonal processes can then be monitored in the living animal either using confocal laser-scanning or multiphoton microscopy. By reducing the number of labeled cells to few or single cells per animal, single axons can be tracked into the olfactory bulb and their morphological changes can be monitored over weeks by conducting series of in vivo time lapse imaging experiments. While the described protocol exemplifies the labeling and monitoring of olfactory sensory neurons, it can also be adopted to other cell types within the olfactory and other systems.

The Olfactory System as a Model to Study Axonal Growth Patterns and Morphology In Vivo

We describe a protocol for in vivo labeling of olfactory sensory neurons by electroporation and subsequent confocal laser-scanning or multiphoton microscopy to visualize neuronal morphology and its development over time.

모델로 후각 시스템은 축삭 성장 패턴 및 형태를 연구하는<em&gt; 생체</em

The olfactory system has the unusual capacity to generate new neurons throughout the lifetime of an organism. Olfactory stem cells in the basal portion of ...

A Protocol for the Administration of Real-Time fMRI Neurofeedback Training

Neurologic disorders are characterized by abnormal cellular-, molecular-, and circuit-level functions in the brain. New methods to induce and control neuroplastic processes and correct abnormal function, or even shift functions from damaged tissue to physiologically healthy brain regions, hold the potential to dramatically improve overall health. Of the current neuroplastic interventions in development, neurofeedback training (NFT) from functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) has the advantages of being completely non-invasive, non-pharmacologic, and spatially localized to target brain regions, as well as having no known side effects. Furthermore, NFT techniques, initially developed using fMRI, can often be translated to exercises that can be performed outside of the scanner without the aid of medical professionals or sophisticated medical equipment. In fMRI NFT, the fMRI signal is measured from specific regions of the brain, processed, and presented to the participant in real-time. Through training, self-directed mental processing techniques, that regulate this signal and its underlying neurophysiologic correlates, are developed. FMRI NFT has been used to train volitional control over a wide range of brain regions with implications for several different cognitive, behavioral, and motor systems. Additionally, fMRI NFT has shown promise in a broad range of applications such as the treatment of neurologic disorders and the augmentation of baseline human performance. In this article, we present an fMRI NFT protocol developed at our institution for modulation of both healthy and abnormal brain function, as well as examples of using the method to target both cognitive and auditory regions of the brain.

The ability to induce and/or control neural plasticity may be critical in future treatments for neurologic disorders and the recovery from brain injury. In this paper, we present a protocol on the use of neurofeedback training with functional magnetic resonance imaging to modulate human brain function.

관리의 실시간 fMRI Neurofeedback 훈련에 대 한 프로토콜

Neurologic disorders are characterized by abnormal cellular-, molecular-, and circuit-level functions in the brain. New methods to induce and control ...

New Methods to Study Gustatory Coding

The sense of taste allows animals to detect chemicals in the environment, giving rise to behaviors critical for survival. When Gustatory Receptor Neurons (GRNs) detect tastant molecules, they encode information about the identity and concentration of the tastant as patterns of electrical activity that then propagate to follower neurons in the brain. These patterns constitute internal representations of the tastant, which then allow the animal to select actions and form memories. The use of relatively simple animal models has been a powerful tool to study basic principles in sensory coding. Here, we propose three new methods to study gustatory coding using the moth Manduca sexta. First, we present a dissection procedure for exposing the maxillary nerves and the subesophageal zone (SEZ), allowing recording of the activity of GRNs from their axons. Second, we describe the use of extracellular electrodes to record the activity of multiple GRNs by placing tetrode wires directly into the maxillary nerve. Third, we present a new system for delivering and monitoring, with high temporal precision, pulses of different tastants. These methods allow the characterization of neuronal responses in vivo directly from GRNs before, during and after tastants are delivered. We provide examples of voltage traces recorded from multiple GRNs, and present an example of how a spike sorting technique can be applied to the data to identify the responses of individual neurons. Finally, to validate our recording approach, we compare extracellular recordings obtained from GRNs with tetrodes to intracellular recordings obtained with sharp glass electrodes.

We present three new methods to study gustatory coding. Using a simple animal, the moth Manduca sexta (Manduca), we describe a dissection protocol, the use of extracellular tetrodes to record the activity of multiple gustatory receptor neurons, and a system for delivering and monitoring precisely timed pulses of tastants.

새로운 방식으로 맛보기 코딩 공부하기

The sense of taste allows animals to detect chemicals in the environment, giving rise to behaviors critical for survival. When Gustatory Receptor Neurons ...

Tracking Drosophila Larval Behavior in Response to Optogenetic Stimulation of Olfactory Neurons

The ability of insects to navigate toward odor sources is based on the activities of their first-order olfactory receptor neurons (ORNs). While a considerable amount of information has been generated regarding ORN responses to odorants, the role of specific ORNs in driving behavioral responses remains poorly understood. Complications in behavior analyses arise due to different volatilities of odorants that activate individual ORNs, multiple ORNs activated by single odorants, and the difficulty in replicating naturally observed temporal variations in olfactory stimuli using conventional odor-delivery methods in the laboratory. Here, we describe a protocol that analyzes Drosophila larval behavior in response to simultaneous optogenetic stimulation of its ORNs. The optogenetic technology used here allows for specificity of ORN activation and precise control of temporal patterns of ORN activation. Corresponding larval movement is tracked, digitally recorded, and analyzed using custom written software. By replacing odor stimuli with light stimuli, this method allows for a more precise control of individual ORN activation in order to study its impact on larval behavior. Our method could be further extended to study the impact of second-order projection neurons (PNs) as well as local neurons (LNs) on larval behavior. This method will thus enable a comprehensive dissection of olfactory circuit function and complement studies on how olfactory neuron activities translate in to behavior responses.

Tracking Drosophila Larval Behavior in Response to Optogenetic Stimulation of Olfactory Neurons

This protocol analyzes navigational behavior of Drosophila larva in response to simultaneous optogenetic stimulation of its olfactory neurons. Light of 630 nm wavelength is used to activate individual olfactory neurons expressing a red-shifted channel rhodopsin. Larval movement is simultaneously tracked, digitally recorded, and analyzed using custom-written software.

초파리 애벌레 동작 Optogenetic 후 각 신경의 자극에 대 한 응답 추적

The ability of insects to navigate toward odor sources is based on the activities of their first-order olfactory receptor neurons (ORNs). While a ...

3D Kinematic Analysis for the Functional Evaluation in the Rat Model of Sciatic Nerve Crush Injury

Compared to the Sciatic Functional Index (SFI), kinematic analysis is a more reliable and sensitive method for performing functional evaluations of sciatic nerve injury rodent models. In this protocol, we describe a novel kinematic analysis method that uses a three-dimensional (3D) motion capture apparatus for functional evaluations using a rat sciatic nerve crush injury model. First, the rat is familiarized with treadmill walking. Markers are then attached to the designated bone landmarks and the rat is made to walk on the treadmill at the desired speed. Meanwhile, the posterior limb movements of the rat are recorded using four cameras. Depending on the software used, marker tracings are created using both automatic and manual modes and the desired data are produced after subtle adjustments. This method of kinematic analysis, which uses a 3D motion capture apparatus, offers numerous advantages, including superior precision and accuracy. Many more parameters can be investigated during the comprehensive functional evaluations. This method has several shortcomings that require consideration: The system is expensive, can be complicated to operate, and may produce data deviations due to skin shifting. Nevertheless, kinematic analysis using a 3D motion capture apparatus is useful for performing functional anterior and posterior limb evaluations. In the future, this method may become increasingly useful for generating accurate assessments of various traumas and diseases.

We introduce a kinematic analysis method that uses a three-dimensional motion capture apparatus containing four cameras and data processing software for performing functional evaluations during fundamental research involving rodent models.

Sciatic 신경 호감 상해의 쥐 모형에 있는 기능 평가를 위한 3D 운동학 분석

Compared to the Sciatic Functional Index (SFI), kinematic analysis is a more reliable and sensitive method for performing functional evaluations of ...

인간의 후각 기능을 연구하기위한 자유 호흡 fMRI 방법

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