Functional Magnetic Resonance Imaging in alert behaving monkeys : blood-oxygen-level-dependent brain responses related to the processing of visual stimuli and voluntary eye movements

Abstract

Blood-oxygen-level-dependent (BOLD) functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI) performed on a conventional 3 T MR scanner was used in order to investigate brain activity in response to visual stimuli and eye movements of an alert, behaving rhesus monkey. The current study presents functional data on representations of meridians and different degrees of eccentricity of the visual field, on optic flow and on saccade and smooth pursuit eye movements (SPEMs). A number of technical constraints - such as distortions of functional MR images - hampered the exact localization and identification of sites showing BOLD responses. Despite these limitations, the present results are largely in agreement with both the classical literature on monkey brain functions and comparable monkey fMRI studies. Results of the present study are in accordance with the view that processing of optic flow requires cortical areas MT/MST (middle temporal/medial superior temporal). Furthermore, the present study implicates cortical areas that are well-known for their role in oculomotor function in the processing of saccadic eye movements and SPEMs, including area LIP (lateral intraparietal), as well as the FEF (frontal eye fields) and, albeit only weakly, the SEF (supplementary eye fields). Future experiments will have to improve used material as well as experimental procedures in order to reduce artefacts in functional images. It will be of particular importance to reduce contributions of those artefacts that emerge from body movements of the monkey. Additional subjects will have to be tested in order to account for inter-individual effects.

Mithilfe von Blutsauerstoff-abhängiger (BOLD) funktioneller Magnetresonanz-Tomographie (fMRT) wurde die Hirnaktivität als Antwort auf visuelle Stimuli und Augenbewegungen eines wachen, sich definiert verhaltenden Rhesus-Affens an einem konventionellen 3 T MR-Scanner untersucht. Es werden funktionelle Daten zur Repräsentation von Meridianen und verschiedenen Exzentrizitäten des visuellen Feldes, zu optischen Flußfeldern, zu Sakkaden und zu glatten Augefolgebewegungen präsentiert. Eine Reihe von technischen Schwierigkeiten - wie z.B. Verzerrungen von funktionalen MR-Bildern - erschwerten die exakte Ortsbestimmung und Identifikation derjenigen Hirngebiete, welche BOLD-Antworten zeigten. Ungeachtet dieser Limitationen sind die Ergebnisse dieser Studie jedoch weitgehend in Übereinstimmung, sowohl mit Ergebnissen der klassischen Literatur über Hirnfunktionen von Affen, als auch mit vergleichbaren fMRT-Studien an Affen. Die Ergebnisse der vorliegenden Studie stimmen mit der Annahme überein, dass die Verarbeitung optischer Flußfelder die kortikalen Areale MT/MST (middle temporal/medial superior temporal) benötigt. Weiterhin implizieren die Ergebnisse dieser Studie kortikale Areale in der Verarbeitung von Sakkaden und glatten Augefolgebewegungen, deren Rolle in okulomotorischen Funktionen bekannt ist, einschließlich des Areals LIP (lateral intraparietal), der FEF (frontale Augenfelder) sowie, wenn auch nur schwach, der SEF (supplementäre Augenfelder). Für zukünftige Experimente wird es erforderlich sein, das verwendete Material und die experimentellen Prozeduren zu verbessern, um Artefakte in den funktionellen Bildern zu reduzieren. Eine besondere Bedeutung wird dabei die Vermeidung von Artefakten spielen, die durch Körperbewegungen des Affen hervorgerufen werden. Weitere Affen werden untersucht werden müssen, um inter-individuellen Unterschieden gerecht zu werden.