Name: functional magnetic resonance imaging (fmri) with auditory stimulation in songbirds
Uploaded: 2013-06-03T08:56:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Functional Magnetic Resonance Imaging fMRI with Auditory Stimulation in Songbirds at JoVE.com

Dit onderzoek werd ondersteund door subsidies van het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek - Vlaanderen (FWO, project Nr G.0420.02 en G.0443.11N), de Herculesstichting (subsidie ​​Nr AUHA0012), gecoördineerde Research Actions (GOA financiering) van de Universiteit Antwerpen, en mede gesponsord door EC - FP6 project Dimi, LSHB-CT-2005-512146 en EC - FP6 project EMIL LSHC-CT-2004-503569 om A.VdL. G.DG en CP zijn postdocs van het Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek - Vlaanderen (FWO).

1. Voorbereiding van de auditieve stimuli <ol><li> Eerst registreren het geluid-stimuli, terwijl die wordt afgespeeld in de boring van de 7T MR-systeem. De boring is een afgesloten ruimte die de auditieve stimuli leidt tot verbetering van bepaalde auditieve frequenties verstoren. Figuur 1 toont de frequenties verbeterd en onderdrukt zoals door onze opnames van witte ruis die ter plaatse van het hoofd van de vogel in de magneet boring met een glasvezel-microfoon (Optimic 1160, Optoacoustics). Om deze k...

<ol>
	<li>Van Meir, V., 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=Spatiotemporal+properties+of+the+BOLD+response+in+the+songbirds'+auditory+circuit+during+a+variety+of+listening+tasks.">Spatiotemporal properties of the BOLD response in the songbirds' auditory circuit during a variety of listening tasks.</a> Neuroimage. 25, 1242-1255 (2005).</li><li>Boumans, T., Theunissen, F. E., Poirier, C., Van Der Linden, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neural+representation+of+spectral+and+temporal+features+of+song+in+the+auditory+forebrain+of+zebra+finches+as+revealed+by+functional+MRI.">Neural representation of spectral and temporal features of song in the auditory forebrain of zebra finches as revealed by functional MRI.</a> The European Journal of Neuroscience. 26, 2613-2626 (2007).</li><li>Boumans, T., 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+magnetic+resonance+imaging+in+zebra+finch+discerns+the+neural+substrate+involved+in+segregation+of+conspecific+song+from+background+noise.">Functional magnetic resonance imaging in zebra finch discerns the neural substrate involved in segregation of conspecific song from background noise.</a> Journal of Neurophysiology. 99, 931-938 (2008).</li><li>Boumans, T., 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+MRI+of+auditory+responses+in+the+zebra+finch+forebrain+reveals+a+hierarchical+organisation+based+on+signal+strength+but+not+selectivity.">Functional MRI of auditory responses in the zebra finch forebrain reveals a hierarchical organisation based on signal strength but not selectivity.</a> PloS ONE. 3, e3184 (2008).</li><li>Vignal, C., 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=Measuring+brain+hemodynamic+changes+in+a+songbird:+responses+to+hypercapnia+measured+with+functional+MRI+and+near-infrared+spectroscopy.">Measuring brain hemodynamic changes in a songbird: responses to hypercapnia measured with functional MRI and near-infrared spectroscopy.</a> Physics in Medicine and Biology. 53, 2457-2470 (2008).</li><li>Van der Linden, A., Van Meir, V., Boumans, T., Poirier, C., Balthazart, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MRI+in+small+brains+displaying+extensive+plasticity.">MRI in small brains displaying extensive plasticity.</a> Trends in Neurosciences. 32, 257-266 (2009).</li><li>Poirier, C., Van der Linden, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spin+echo+BOLD+fMRI+on+songbirds.">Spin echo BOLD fMRI on songbirds.</a> Methods Mol. Biol. 771, 569-576 (2011).</li><li>Poirier, C., Verhoye, M., Boumans, T., Van der Linden, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Implementation+of+spin-echo+blood+oxygen+level-dependent+(BOLD)+functional+MRI+in+birds.">Implementation of spin-echo blood oxygen level-dependent (BOLD) functional MRI in birds.</a> NMR in Biomedicine. 23, 1027-1032 (2010).</li><li>Poirier, C., 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=A+three-dimensional+MRI+atlas+of+the+zebra+finch+brain+in+stereotaxic+coordinates.">A three-dimensional MRI atlas of the zebra finch brain in stereotaxic coordinates.</a> Neuroimage. 41, 1-6 (2008).</li><li>Zhao, F., Wang, P., Kim, S. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cortical+depth-dependent+gradient-echo+and+spin-echo+BOLD+fMRI+at+9.4T.">Cortical depth-dependent gradient-echo and spin-echo BOLD fMRI at 9.4T.</a> Magnetic Resonance in Medicine: Official Journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 51, 518-524 (2004).</li><li>Harel, N., Lin, J., Moeller, S., Ugurbil, K., Yacoub, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combined+imaging-histological+study+of+cortical+laminar+specificity+of+fMRI+signals.">Combined imaging-histological study of cortical laminar specificity of fMRI signals.</a> NeuroImage. 29, 879-887 (2006).</li><li>Duong, T. Q., 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=Microvascular+BOLD+contribution+at+4+and+7+T+in+the+human+brain:+gradient-echo+and+spin-echo+fMRI+with+suppression+of+blood+effects.">Microvascular BOLD contribution at 4 and 7 T in the human brain: gradient-echo and spin-echo fMRI with suppression of blood effects.</a> Magnetic Resonance in Medicine: Official Journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 49, 1019-1027 (2003).</li><li>Lee, S. P., Silva, A. C., Ugurbil, K., Kim, S. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusion-weighted+spin-echo+fMRI+at+9.4+T:+microvascular/tissue+contribution+to+BOLD+signal+changes.">Diffusion-weighted spin-echo fMRI at 9.4 T: microvascular/tissue contribution to BOLD signal changes.</a> Magnetic Resonance in Medicine: Official Journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 42, 919-928 (1999).</li><li>Uludag, K., Muller-Bierl, B., Ugurbil, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+integrative+model+for+neuronal+activity-induced+signal+changes+for+gradient+and+spin+echo+functional+imaging.">An integrative model for neuronal activity-induced signal changes for gradient and spin echo functional imaging.</a> NeuroImage. 48, 150-165 (2009).</li><li>Yacoub, E., 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=Spin-echo+fMRI+in+humans+using+high+spatial+resolutions+and+high+magnetic+fields.">Spin-echo fMRI in humans using high spatial resolutions and high magnetic fields.</a> Magnetic Resonance in Medicine: Official Journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 49, 655-664 (2003).</li><li>Keilholz, S. D., Silva, A. C., Raman, M., Merkle, H., Koretsky, A. P. <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+the+rodent+somatosensory+pathway+using+multislice+echo+planar+imaging.">Functional MRI of the rodent somatosensory pathway using multislice echo planar imaging.</a> Magnetic Resonance in Medicine: Official Journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 55, 316-324 (2006).</li><li>Keilholz, S. D., Silva, A. C., Raman, M., Merkle, H., Koretsky, A. P. <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+the+rodent+somatosensory+pathway+using+multislice+echo+planar+imaging.">Functional MRI of the rodent somatosensory pathway using multislice echo planar imaging.</a> Magnetic Resonance in Medicine: Official Journal of the Society of Magnetic Resonance in Medicine / Society of Magnetic Resonance in Medicine. 52, 89-99 (2004).</li><li>Goloshevsky, A. G., Silva, A. C., Dodd, S. J., Koretsky, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=BOLD+fMRI+and+somatosensory+evoked+potentials+are+well+correlated+over+a+broad+range+of+frequency+content+of+somatosensory+stimulation+of+the+rat+forepaw.">BOLD fMRI and somatosensory evoked potentials are well correlated over a broad range of frequency content of somatosensory stimulation of the rat forepaw.</a> Brain Research. 1195, 67-76 (2008).</li><li>Kida, I., Yamamoto, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stimulus+frequency+dependence+of+blood+oxygenation+level-dependent+functional+magnetic+resonance+imaging+signals+in+the+somatosensory+cortex+of+rats.">Stimulus frequency dependence of blood oxygenation level-dependent functional magnetic resonance imaging signals in the somatosensory cortex of rats.</a> Neuroscience Research. 62, 25-31 (2008).</li><li>Poirier, C., Boumans, T., Verhoye, M., Balthazart, J., Van der Linden, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Own-song+recognition+in+the+songbird+auditory+pathway:+selectivity+and+lateralization.">Own-song recognition in the songbird auditory pathway: selectivity and lateralization.</a> The Journal of Neuroscience: The Official Journal of the Society for Neuroscience. 29, 2252-2258 (2009).</li><li>Poirier, C., 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=Own+song+selectivity+in+the+songbird+auditory+pathway:+suppression+by+norepinephrine.">Own song selectivity in the songbird auditory pathway: suppression by norepinephrine.</a> PloS ONE. 6, e20131 (2011).</li><li>Logothetis, N. K., Pauls, J., Augath, M., Trinath, T., Oeltermann, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neurophysiological+investigation+of+the+basis+of+the+fMRI+signal.">Neurophysiological investigation of the basis of the fMRI signal.</a> Nature. 412, 150-157 (2001).</li></ol>

In dit rapport, een geoptimaliseerd protocol voor de gedetailleerde in-vivo karakterisatie van neurale substraten van auditieve stimulatie in verdoofde zebravinken beschrijven we. In lijn met de gepresenteerde protocol, de meerderheid van de functionele hersenactiviteit studies bij dieren met behulp van BOLD fMRI, verdoven de dieren tijdens de overname. Training dieren te laten wennen aan de magneet milieu en de scanner lawaai tijdens de studieperioden is ook mogelijk, maar tijdrove...

<table border="1">
 <tbody>
 <tr>
 <td>Name of the reagent/equipment</td>
 <td>Company</td>
 <td>Catalogue number</td>
 <td>Comments </td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Isoflurane anaesthetic</td>
 <td>Isoflo</td>
 <td>05260-05</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>PC-Sam hardware/software</td>
 <td>SA-Instruments</td>
 <td></td>
 <td><a href="http://www.i4sa.com" target="_blank">http://www.i4sa.com</a></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Monitoring and gating system</td>
 <td></td>
 <td>1025</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>MR-compatible small rodent heater system</td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>Model 1025 compatible</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Rectal temperature probe</td>
 <td></td>
 <td>RTP-102B</td>
 <td>7'', 0.044'' </td>
 </tr>
 <tr>
 <td>7T MR scanner</td>
 <td>Bruker Biospin</td>
 <td>PHS 70/16 </td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Paravision software</td>
 <td></td>
 <td>5.1</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Gradient Insert</td>
 <td></td>
 <td>BGA9S</td>
 <td>400 mT/m, 300A, 500V</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Gradient Amplifiers</td>
 <td>Copley Co., USA</td>
 <td>C256</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Transmit resonators</td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>Inner diameter: 72 mm, transmit only, active decoupled</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Receiver antenna - 20 mm quadrature Mouse Head</td>
 <td></td>
 <td></td>
 <td>Receive only, active decoupled</td>
 </tr>
 <tr>
 <td>WaveLab software</td>
 <td>Steinberg</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Praat software</td>
 <td>Paul Boersma, University of Amsterdam</td>
 <td></td>
 <td><a href="http://www.praat.org" target="_blank">http://www.praat.org</a></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Non-magnetic dynamic speakers</td>
 <td>Visation, Germany</td>
 <td>HK 150</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Fiber optic microphone</td>
 <td>Optoacoustics, </td>
 <td>Optimic 1160</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Sound amplifier</td>
 <td>Phonic corporation</td>
 <td>MM 1002a</td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Presentation software</td>
 <td>Neurobehavioral Systems Inc.</td>
 <td></td>
 <td></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>MRIcro</td>
 <td>Chris Rorden</td>
 <td></td>
 <td><a href="http://www.cabiatl.com/mricro/mricro/" target="_blank">http://www.cabiatl.com/mricro/mricro/</a></td>
 </tr>
 <tr>
 <td>Statistical Parametric Mapping (SPM)</td>
 <td>Welcome Trust Centre for Neuroimaging</td>
 <td>8</td>
 <td><a href="http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/" target="_blank">http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/</a></td>
 </tr>
 </tbody>
</table>

functional magnetic resonance imaging (fmri) with auditory stimulation in songbirds

De neurobiologie van vogelgezang, als model voor menselijke spraak, is een uitgesproken gebied van onderzoek in behavioral neuroscience. Overwegende elektrofysiologie en moleculaire aanpak kan het onderzoek van een van beide verschillende stimuli op enkele neuronen, of een stimulus in grote delen van de hersenen, bloedoxygenatie niveau afhankelijke (BOLD) functionele Magnetische Resonantie Imaging (fMRI) kunnen combineren van beide voordelen, dwz vergelijken de neurale activering geïnduceerd door verschillende stimuli in de gehele hersenen tegelijk. fMRI bij zangvogels is een uitdaging vanwege de geringe omvang van hun hersenen en omdat hun botten en vooral hun schedel bestaan ​​talrijke lucht holtes, het induceren van belang gevoeligheid artefacten. Gradiënt-echo (GE) BOLD fMRI is met succes toegepast op zangvogels 1-5 (voor een review, zie 6). Deze studies gericht op de primaire en secundaire auditieve hersengebieden, die vrij zijn van de gevoeligheid voor artefacten regio. Omdat processes van belang kan optreden buiten deze regio, is hele brein BOLD fMRI nodig met behulp van een MRI-sequentie minder gevoelig voor deze artefacten. Dit kan worden bereikt door spin-echo (SE) BOLD fMRI 7,8. In dit artikel beschrijven we hoe je deze techniek in zebravinken (Taeniopygia guttata), dat zijn kleine zangvogels met een lichaamsgewicht van 15-25 g uitgebreid bestudeerd in gedragsneurowetenschappen van vogelgezang gebruiken. Het belangrijkste onderwerp van fMRI onderzoek naar zangvogels is perceptie van de zang en lied leren. De auditieve aard van de prikkels in combinatie met de zwakke BOLD gevoeligheid van SE (vergeleken met GE) op basis van fMRI sequenties maakt de uitvoering van deze techniek zeer uitdagend.

<html> Wij hier visueel voorgesteld een geoptimaliseerde reeks van procedures voor een succesvolle beeldvorming van de neurale substraten van auditieve stimuli in zebravink hersenen. Ten eerste procedure voor de bereiding van de auditieve stimuli leidt stimuli die kunnen worden in een AAN / UIT paradigma blok (fig. 2) opgenomen en die zijn genormaliseerd om mogelijke verschillen in geluidsdrukniveau dat een differentiële respons in de hersenen kan oproepen elimineren . Na bereiding van de zebravink voor...

Watch this Scientific Journal Video about Functional Magnetic Resonance Imaging fMRI with Auditory Stimulation in Songbirds at JoVE.com

Functional Magnetic Resonance Imaging fMRI with Auditory Stimulation in Songbirds

Dit artikel toont een geoptimaliseerde procedure voor de beeldvorming van de neurale substraten van auditieve stimulatie in de zangvogelhersenen met behulp van functionele Magnetische Resonantie Imaging (fMRI). Het beschrijft de bereiding van de geluidsstimuli, de positionering van het onderwerp en de verwerving en daaropvolgende analyse van de fMRI data.

Functionele Magnetische Resonantie Imaging (fMRI) met Auditieve Stimulatie in Zangvogels

The neurobiology of birdsong, as a model for human speech, is a pronounced area of research in behavioral neuroscience. Whereas electrophysiology and ...

Research

JoVE Journal

Behavior

Functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) with Auditory Stimulation in Songbirds

Best Current Practice for Obtaining High Quality EEG Data During Simultaneous fMRI

Beste huidige praktijk voor het verkrijgen van High Quality EEG Gegevens Tijdens Gelijktijdig fMRI

Simultaneous  EEG-fMRI allows the excellent temporal resolution of EEG to be combined with the  high spatial accuracy of fMRI. The data  from these two ...

Quantitative Assessment of Cortical Auditory-tactile Processing in Children with Disabilities

Kwantitatieve beoordeling van Corticale auditieve-tactiele verwerking bij kinderen met een handicap

Objective and easy measurement of sensory processing is extremely difficult in nonverbal or vulnerable pediatric patients. We developed a new methodology ...

Stimulating the Lip Motor Cortex with Transcranial Magnetic Stimulation

Het stimuleren van de Lip Motor Cortex met transcraniële magnetische stimulatie

Transcranial magnetic stimulation (TMS) has proven to be a useful tool in investigating the role of the articulatory motor cortex in speech perception. ...

Transcranial Direct Current Stimulation and Simultaneous  Functional Magnetic Resonance Imaging

Transcraniële Direct Current Stimulatie en Gelijktijdige Functional Magnetic Resonance Imaging

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a noninvasive brain stimulation technique that uses weak electrical currents administered to the scalp ...

Transcranial Magnetic Stimulation for Investigating Causal Brain-behavioral Relationships and their Time Course

Transcraniële magnetische stimulatie voor het onderzoeken Causaal Brain-gedrags Relaties en hun Tijdcurve

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is a safe, non-invasive brain stimulation technique that uses a strong electromagnet in order to temporarily ...

Transferring Cognitive Tasks Between Brain Imaging Modalities: Implications for Task Design and Results Interpretation in fMRI Studies

Het overbrengen van cognitieve taken tussen Brain beeldvorming: implicaties voor de taak een ontwerp en Interpretatie van resultaten in fMRI Studies

As cognitive neuroscience methods develop, established experimental tasks are used with emerging brain imaging modalities. Here transferring a paradigm ...

Design and Implementation of an fMRI Study Examining Thought Suppression in Young Women with, and At-risk, for Depression

Ontwerp en implementatie van een fMRI studie naar Dacht Onderdrukking in jonge vrouwen met en At-risico, voor depressie

Ruminative brooding is associated with increased vulnerability to major depression. Individuals who regularly ruminate will often try to reduce the ...

Multifunctional Setup for Studying Human Motor Control Using Transcranial Magnetic Stimulation, Electromyography, Motion Capture, and Virtual Reality

Multifunctionele Setup voor het bestuderen van Human Motor Control Met behulp van Transcraniële Magnetische Stimulatie, Elektromyografie, Motion Capture en Virtual Reality

The study of neuromuscular control of movement in humans is accomplished with numerous technologies. Non-invasive methods for investigating neuromuscular ...

Neuronavigation-guided Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation for Aphasia

-Neuronavigatie geleide Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation voor Afasie

Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is widely used for several neurological conditions, as it has gained acknowledgement for its potential ...