Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Behavior
Click here for the English version

Behavior

بالتكرار عبر الجمجمة التحفيز المغناطيسي إلى جانب واحد نصف الكرة الأرضية من الدماغ الجرذ

Published: October 22, 2016 doi: 10.3791/54217
Automatic Translation
1,2, 2,3,4, 5, 6, 7, 7
1Department of Rehabilitation Medicine, Chungnam National University Hospital, Daejeon, 2Department of Biomedical Engineering, Seoul National University College of Medicine, 3Institute of Medical and Biological Engineering, Medical Research Center, Seoul National University, 4Department of Biomedical Engineering, Seoul National University Hospital, 5Department of Nuclear Medicine, Seoul National University Hospital, Seoul National University College of Medicine, 6Department of Rehabilitation Medicine, Gangwon Do Rehabilitation Hospital, 7Department of Rehabilitation Medicine, Seoul National University Hospital, Seoul National University College of Medicine

Introduction

المتكررة عبر الجمجمة التحفيز المغناطيسي (rTMS)، أداة لتحفيز المخ غير الغازية وتعديل العمليات العصبية وقد تم تطبيق، في علاج حالات مختلفة مثل الألم المركزي 1،2، والاكتئاب 3، والصداع النصفي 4، وحتى السكتة الدماغية 5-7. التغير السريع تيار كهربائي من خلال لفائف على رأسه يدفع مجال كهربائي على القشرة المخية وتنشيط الخلايا العصبية الناتجة. استثارة القشرة الدماغية يمكن عن طريق التضمين rTMS، والتي يمكن أن تستمر لأكثر من 30 دقيقة بعد إنهاء التحفيز.

وتشمل الآليات المقترحة لrTMS بعد تأثير طويل الأجل التقوية / مثل الاكتئاب تأثير 8، تحول مؤقت في التوازن الأيوني 9، والتمثيل الغذائي يتغير 10. وبالإضافة إلى ذلك، دي لازارو وآخرون. أقترح أن متقطعة التحفيز المتفجر ثيتا يؤثر على مدخلات متشابك مثير للالهرمية الخلايا العصبية الجهاز، سواء في حفزونصف الكرة الأرضية المقابل 11.

قيود كبيرة، ومع ذلك، فقد أعاقت الباحثين من ترجمة دليل على مقاعد البدلاء لحالات سريرية. أولا، في الدراسات الحيوانية السابقة، وكان يستخدم rTMS لتحفيز كامل الدماغ 12. التحفيز كامل الدماغ يختلف تماما عن البروتوكولات المستخدمة في الدراسات الإنسانية 9. وتتعلق المشكلة الأخرى مع مدة التحفيز. هذا يعزى جزئيا على الأقل إلى حقيقة أن نظام تبريد فعال ومتوفر لفائف صغيرة في الماضي.

في السنوات الأخيرة، وقد تم نشر المواد المنوية اقتراح سبل للتغلب على هذه الصعوبات في التجربة rTMS على الدماغ الحيوانات الصغيرة. من خلال هذه النماذج الحيوانية، تم الكشف عن أن الدماغ الفئران تبين أيضا مماثلة التغييرات استثارة القشرية كما هو الحال في الإنسان ردا على rTMS التردد المنخفض 13. الأهم من ذلك، الآليات الخلوية والجزيئية لrTMS هي باي بشكل متزايدنانوغرام التحقيق باستخدام نماذج حيوانية من rTMS. ومن الأمثلة على ذلك هو أن نوع مميز من عصبون المثبطة هو معروف أن تكون الاكثر حساسية للثيتا متقطعة التحفيز انفجار 14. نماذج القوارض من rTMS، وبالتالي، فرصا جديدة لاستكشاف الأسئلة سعى كثيرا على الأسس الجزيئية للتغيرات rTMS التي يسببها. إذا نماذج حيوانية صغيرة من rTMS يمكن استخدامها في أكثر المختبرات، فإنه قد تعجل إلى حد كبير وتعزيز البحوث في هذا المجال.

وصفنا الآن كيفية تطبيق rTMS إلى نصف الكرة الأرضية من جانب واحد من الدماغ الفئران، امتدادا للعمل السابق 15. تم تقييم التغييرات التي يسببها التحفيز باستخدام التصوير المقطعي الصغيرة بوزيترون الانبعاثات (PET) والمجهرية مرنا لدراسة التغيرات التي يسببها rTMS في قشرة الدماغ حفز.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

واستعرضت كافة الإجراءات باستخدام حيوانات وافقت عليها لجنة رعاية واستخدام الحيوان المؤسسي من مستشفى جامعة سيول الوطنية.

1. إعداد التجريبية

  1. إعداد الحيوان
    1. السماح الذكور سبراغ داولي الفئران 1 أسبوع على التكيف مع بيئتهم الجديدة قبل بدء التجربة.
      ملاحظة: على الرغم من واستخدمت لمدة 8 أسابيع الفئران القديمة في هذه الدراسة، يمكن اختار النامية أو الكبار الدماغ وفقا لفرضيات البحث.
  2. التخدير عن طريق الاستنشاق لتحريض
    1. حمل والحفاظ على التخدير مع 5٪ و 2٪ من الأيزوفلورين حله في 40٪ / 60٪ و 25٪ / 75٪ من الأكسجين / النيتروجين عن طريق الغرفة ومخروط الأنف، على التوالي. ضبط عمق التخدير إلى مستوى إلغاء المنعكس انسحاب دواسة لقرصة أخمص القدمين إلى تأكيد التخدير المناسب.
      ملاحظة: استخدام الحيوانات استيقظت يمكن أن يكون خيارا أفضل من حيث متعدية، ولكن هناك صعوبة في كبح جماح خلال rTMS وريا هم عرضة للإجهاد المفرط.
    2. مراقبة درجة حرارة الجسم مع التحقيق الذي تجريه المستقيم والحفاظ عليه عند 37 درجة مئوية باستخدام بطانية homeothermic. رصد عمق التخدير باستخدام دواسة الانسحاب لا ارادي، ودرجة الحرارة ومعدل التنفس ومعدل ضربات القلب.
  3. التبديل الإفراط في التخدير في الوريد للصيانة
    1. إعداد الذيل مع مسحة الكحول. يقثطر الوريد الذيل الأفقي مع القسطرة الوريدية 24 عيار من أجل الانتقال إلى التخدير الرابع (الشكل 1A). تحميل البروبوفول عن طريق الوريد (1 ملغ / [كغ · دقيقة] أكثر من 10 دقيقة، وذلك باستخدام 10 ملغ / مل مستحلب) للحيوانات. وقف الأيزوفلورين 5 دقائق بعد بدء البروبوفول التحميل.
    2. الحفاظ على البروبوفول التخدير بمعدل ضخ 500-700 ميكروغرام / (كلغ · دقيقة) في كافة مراحل التجربة، كما هو الحال في دراسة سابقة (16). تكملة الأكسجين عند 0.8 لتر / دقيقة عن طريق مخروط الأنف.
      ملاحظة: التخدير مع البروبوفول هو الحد قمع المحتمل لاستثارة القشرية التي inhalوكيل أوجه 17-19. ومع ذلك، والتخدير ليس إلزاميا في التجارب rTMS، ويمكن أيضا أن الحيوانات استيقظت استخدامها. وينبغي أن يتقرر أساليب التخدير في النظر في فرضيات البحث.
    3. استخدام مرهم البيطرية على العينين لمنع جفاف بينما تحت التخدير.
    4. تطبيق التحفيز المغناطيسي (انظر SECTION2) 10 دقيقة بعد الانتقال الكامل إلى التخدير د.
  4. شروط الانتعاش
    1. مراقبة العلامات الحيوية أثناء مرحلة الانتعاش. لا تترك الحيوان غير المراقب حتى استعاد وعيه كافية للحفاظ على الاستلقاء القصية. إذا كان الحيوان قد خضع لعملية جراحية، لا إعادته للشركة من الحيوانات الأخرى حتى تعافى تماما.
      ملاحظة: إذا تم إجراء عملية جراحية لنموذج المرض، وإدارة الألم بعد الجراحة ضرورية. ومع ذلك، ليست هناك حاجة لإدارة الألم لهذه التجربة rTMS.

2. المتكرر عبر الجمجمة التحفيز المغناطيسي

  1. مشجعا واللولب
    1. تطبيق التحفيز باستخدام مشجعا المتكررة من شأنها أن توفر المحفزات ثنائي الطور عبر 25 ملم الرقم 8 لفائف. تحديد موقع مركز لفائف 0.5 سم الوحشي للقمة على الخط بين الأذنين، وangulate لفائف 45 درجة على الأرض.
      ملاحظة: المجال المغناطيسي القوة القصوى لفائف هي 4،0 T. هي التي شنت على لفائف المغناطيسي بقوة على حامل مدمج.
  2. عتبة السيارات
    1. تحديد عتبة السيارات (MT) في البقعة الساخنة، مع مركز لفائف وضع 0.5 سم الوحشي للقمة على الخط بين الأذنين ومع شقة السطح على calvaria. وهذا هو نفس المنهجية المستخدمة في دراسة سابقة 20.
      ملاحظة: تحديد MT كحد ادنى كثافة التحفيز تستحضر 5 أو أكثر اضح تقلصات في forepaw المقابل بنسبة 10 المحفزات متتالية. تحقق ما إذا كان التحفيز هو الذي يسبب تقلص العضلات في المقام الأول المقابل لضمان التحفيز من جانب واحد.
    2. تطبيق rTMS
      1. تطبيق rTMS 10 دقيقة بعد استقرار التخدير العميق. ضع وسط لفائف في موقع rTMS الهدف، يتم اختيارهم من قشرات الدماغ اعتمادا على أسئلة البحث. ثم، إمالة لفائف لضمان الاتصال المباشر بين المركز فائف وسطح الجمجمة عند نقطة التحفيز.
        ملاحظة: على سبيل المثال، angulate لفائف 45 درجة على الأرض للحد من تأثير محتمل مباشر من rTMS على القشرة المقابل (الشكل 1B و1C).
      2. تعرض الحيوانات إلى جلسة 20 دقيقة rTMS من نصف الكرة الأرضية من جانب واحد. باستخدام وحدة تحكم البرمجيات، وتقديم rTMS مع التردد المنخفض (1 هرتز)، عالية التردد (20 هرتز)، أو بروتوكول التحفيز صورية، وتعيين كثافة التحفيز على 100-110٪ من طن متري.
      3. أداء 1 التحفيز هرتز دون راحة. باستخدام برنامج إدخال وحدة التحكم "1200" لقطات ل "20" دقيقة). لمدة 20 التحفيز هرتز، وإجراء 2 ثانية من التحفيز تليها 28ثانية من الراحة. باستخدام برنامج إدخال وحدة التحكم "1600" لقطات ل "20" دقيقة.
      4. لتحفيز مزيف، إمالة لفائف عمودي (90 درجة دوران) إلى calvaria ووضع حافة فائف 2 سم بعيدا عن سطح الرأس (1D الشكل). تحديد صاحب الملف بحزم الجهاز الرئيسي. ليست هناك حاجة لعقد لفائف باليد أثناء التجربة.
        ملاحظة: للتعويض عن الآثار الصوتية وغيرها من المنظمات غير محددة، ينبغي أن تستخدم بروتوكولات خدعة مميزة لبروتوكولات التحفيز متميزة. على سبيل المثال، تحفيز مزيف 1 هرتز يمكن استخدامها ل1 هرتز التجارب rTMS.
    3. تبريد لفائف
      1. استخدام نظام تبريد مائي لتمكين التحفيز المغناطيسي المتكرر لأكثر من 20 دقيقة في 1- و 20 هرتز الترددات التحفيز (الشكل 2). تعميم المياه الجليدية المحيطة طول كل من لفائف خلال التجربة لمنع ارتفاع درجة الحرارة، على الرغم من أن درجة الحرارة لفائف أو مشجعا لا رصدها.
        ملاحظة: يمكن أيضا المتاحة تجاريا لفائف الفئران تبريد استخدامها.
      2. إذا كان ذلك ممكنا، ومراقبة درجة الحرارة لفائف عن طريق عرض قياس تسخين آلة rTMS. ملاحظة: لم تكن هناك آثار سلبية تتعلق التحفيز rTMS. هناك، ومع ذلك، فإن خطر حرق محتمل في حال استخدام بطاقات هوية الأذن المعدنية بالقرب من لفائف محفزة.

    3. مايكرو التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني

    1. إعداد الحيوان
      1. إجراء استنشاق التخدير لتحريض والتخدير الرابع للصيانة (راجع الخطوة 1.2.1 و 1.3.1). تطبيق 1-هرتز rTMS إلى حيوان لمدة 10 دقيقة في كثافة التحفيز من 100-110٪ من طن متري.
      2. بعد خمس دقائق الانتهاء من التحفيز rTMS، وضخ 1 زارة التجارة والصناعة لل2- [F-18] الفلورية deoxyglucose (18 FDG) يذوب في 0.5 مل من محلول ملحي في الوريد باستخدام قسطرة الوريد الذيل. سماح 30 دقيقة لمدة 18 FDG امتصاص. ملاحظة: ضع الفئران تحت التخدير خلال كامل الصغرى PEتي التجربة.
    2. تحليل الصور
      1. استخدام الماسح الضوئي PET للتصوير الدماغ لإعادة التأكيد على unilaterality من التحفيز. إعادة بناء الصور مع 3-D خوارزمية تكرارية. لتقييم التغيرات في التمثيل الغذائي الناجمة عن rTMS، وتحديد المناطق ذات الاهتمام (رويس) في صور من أقسام الدماغ عرضية 21.
    3. قتل رحيم
      1. بعد اداء الصغرى PET والتصوير، والموت ببطء الفئران في غرفة مملوءة مسبقا مع ثاني أكسيد الكربون في حين أن الفئران هي في التخدير العميق.

    4. مرنا ميكروأري

    1. قتل رحيم
      1. حمل والحفاظ على التخدير مع 5٪ و 2٪ من الأيزوفلورين حله في 40٪ / 60٪ و 25٪ / 75٪ من الأكسجين / النيتروجين عن طريق الغرفة ومخروط الأنف، على التوالي. تخدير عميق إلى مستوى إلغاء المنعكس انسحاب دواسة لقرصة اصبع القدم قبل قطع رأسه.
      2. قطع رأس الفئران للقتل الرحيم 5 دقائق بعد 1 دورة 1 هرتز rTMS.
    2. حصاد الأنسجة
      1. وضع المواد والأدوات الجراحية في ترتيب استخدامها، بما في ذلك المناشف ورقة مطوية، مقراض العظم، microscissors، مقص جراحي أكبر، وmicroforcep، ورقم 10 أو 11 شفرة مشرط، وبغطاء 10 سم طبق بتري زجاجي مملوء الجليد ، وأنابيب 1.5 مل. إعداد كيس من البلاستيك للتخلص من الجثة.
      2. جعل شق خط الوسط الجلد في anterioposteriorly الجمجمة. بصراحة تشريح الأنسجة الرخوة والعضلات المحيطة بها مع مقص جراحي، وإزالة قطعة الجمجمة العظام باستخدام مقراض العظم. تشريح بسرعة الدماغ جديدة بعناية من الجمجمة. ثم، وضع على الجليد باستخدام microforceps وmicroscissors. شطف أنسجة المخ في محلول ملحي بارد كالثلج.
      3. نقل الدماغ على الثلج الجاف على الفور، وبعد ذلك تخزينها في -80 درجة مئوية في أنبوب حتى مزيد من المعالجة.
      4. ذوبان الجليد في أنسجة المخ قبل الحصاد.
      5. وضع الجانب الظهري الدماغ يصل، وحصاد أنسجة المخ من شارعimulated قشرة الدماغ (حوالي بقعة ساخنة في القشرة الحركية الأولية) على الجليد باستخدام microforceps وmicroscissors. وضع الأنسجة التي تحصد في أنبوب 1.5 مل.
    3. إعداد RNA
      1. استخراج الحمض النووي الريبي مجموع من الخليط الأنسجة باستخدام تحلل كاشف 22. عملية الهضم الدناز وإجراءات التنظيف. قياس عينات الحمض النووي الريبي وقسامات وتخزينها في -80 درجة مئوية حتى الاستخدام.
      2. لمراقبة الجودة، وتقييم نقاء RNA وسلامة من تغيير طبيعة هلام الكهربائي، على نسبة OD من 260: 280، وتحليلها على محلل متاحة تجاريا.
    4. وضع العلامات وتنقية
      1. تضخيم وتنقية الحمض النووي الريبي مجموع باستخدام المتاحة تجاريا عدة RNA التضخيم لانتاج كرنا البيروكسيديز. لفترة وجيزة، عكس نسخ 550 نانوغرام من الحمض النووي الريبي مجموع لكدنا] باستخدام التمهيدي T7 بنسبة ضئيلة (DT). تجميع وفي المختبر نسخ [كدنا الثاني حبلا ثم تسميته مع البيوتين NTP.
      2. بعد بورification، تحديد كدنا] باستخدام مقياس الطيف الضوئي.
    5. التهجين وبيانات الصادرات 23
      1. استخدام beadchip التعبير عن تحليل التعبير مرنا. هجن وصفت 750 نانوغرام عينات كدنا] إلى كل فأر-12 التعبير مجموعة حبة ل16-18 ساعة عند 58 درجة مئوية. تنفيذ الكشف عن إشارة مجموعة باستخدام streptavidin-و Cy3.
      2. صفائف تفحص مع ماسح ضوئي متحد البؤر. أداء تجهيز الصادرات مجموعة البيانات وتحليلها باستخدام البرمجيات المتاحة تجاريا.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

استخدمت خمسة عشر 8 أسابيع من العمر من الذكور سبراغ داولي الفئران لتحليل موثوقية بين المقيم مستقل من تقرير طن متري. عن طريق ملامسة ارتعاش العضلات، كانت النظام التجاري المتعدد الأطراف التي يمكن الحصول عليها في جميع الفئران وقياس كما 33.00 ± 4.21٪ الانتاج القصوى مشجعا (٪ هيئة علماء المسلمين) و33.93 ± 0.88٪ هيئة علماء المسلمين، على التوالي، من قبل اثنين من الباحثين المستقلين. كان لطيف-التمان التحيز -0.93، وكانت 95٪ من حدود اتفاق -9.13 إلى 7.26٪.

في التجربة الصغيرة PET على ستة الفئران 8 أسابيع من العمر (ن = 4 في rTMS 1-هرتز، و n = 2 في المجموعة rTMS الشام)، وقد حسبت امتصاص 18 F-FDG في رويس حيث بلغ متوسط نانوكوري / سم مكعب بعد معايرة كل من القشور الدماغي المماثل والمقابل في نفس الصور. تم استخدام النشاط الإشعاعي في منطقة المقابل كمرجع لتطبيع البيانات التي تم الحصول عليها في منطقة المماثل، وتم احتساب نسبة الفارق امتصاص (DUR).وقد بلغ متوسط ​​DURs يعني الحصول عليها من ثلاث صور عرضية متتالية للحصول على DURs للفئران. وهذا هو نفس المنهجية المستخدمة في دراسة سابقة 21. وأظهرت الصور 18 FDG-PET زيادة التنسيق في ايض الجلوكوز في المنطقة القشرية اليسرى حفز في المجموعة 1 هرتز، ودعم unilaterality من rTMS (الشكل 3).

في دراسة ميكروأري مرنا، تم رصد نوعية التهجين ورقاقة الأداء العام من خلال الفحص البصري من كل من الضوابط لمراقبة الجودة الداخلية والبيانات الممسوحة ضوئيا الخام. تم تصفية مجموعة البيانات وفقا لقيمة الكشف p من <0.05 (على غرار نسبة الإشارة إلى الضوضاء) في 50٪ على الأقل عينات (كان مطلوبا قيمة إشارة أعلى للحصول على قيمة الكشف p من <0.05). تم تحويل قيمة إشارة الجينات التي اختارتها اللوغاريتم وتطبيع باستخدام طريقة quantile. والدلالة الإحصائية للدا التعبيرتم تحديد تا باستخدام اختبار مان ويتني U وأمثالها التغيير، التي كانت فرضية العدم أن لا فرق موجود بين 1 هرتز rTMS (ن = 4) ومجموعة صورية (ن = 4). وتمت السيطرة على معدل اكتشاف كاذبة عن طريق ضبط قيمة ص باستخدام خوارزمية Benjamini-هوشبرج. بعد التطبيع والتصفية، من mRNAs تظهر تعبيرات التفاضلية كبيرة (| تغيير أضعاف | 1.2، ف <0.05) وقد تم اختيار. ونتيجة لذلك، كانت مستويات التعبير عن الجينات في وقت مبكر الفورية أعلى بكثير في المجموعة rTMS في مجموعة من الشام، مع التعبير عن قوس، Junb، والجينات Egr2 upregulated الشكل (4A).

وبالإضافة إلى ذلك، قمنا بقياس تعبيرات مرنا عامل التغذية العصبية في القشرة حفز والمقابل بعد 5 أيام متتالية من 20 دقيقة rTMS (ن = 5 لكل منهما في 1 هرتز و 20 هرتز مجموعات). بعد التحفيز 1 هرتز، وكان التعبير مرنا عامل التغذية العصبية highe بشكل ملحوظ(ص) في القشرة حفز مما كانت عليه في المقابل واحد (الشكل 4B). وكشف هذا الفارق rTMS الناجم عن التغيرات في قشرات الدماغ حفز والمقابل.

شكل 1
الشكل 1. إعدادات التجريبية. يتم إدخال (A) قسطرة وريدية في الوريد الذيل الأفقي (السهم)، ويستخدم مخروط الأنف للتخدير مع isoflurane فضلا عن ملحق الأوكسجين بعد التبديل لأكثر من البروبوفول في الوريد. (ب ) الظهرية عرض أمامي وحشي أثناء rTMS. (عرض الخلفي C) الظهرية. ومزوى سطح لفائف الرقم من بين 8 45 درجة على الأرض للحد من التحفيز المباشر المحتمل للقشرة المقابل. (D) والتوضيح التخطيطي rTMS الشام. يتم وضع لفائف 2 سم بعيدا عن ويميل عمودي (90 درجة دوران)إلى calvaria. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2
يستخدم الرقم 2. نظام التبريد ومضخة تعميم الماء مع موتور. التعبئة الجليد على الأسلاك النحاسية لفائف ليست هناك حاجة، ونظام التبريد enwrapping كابل لفائف كافية لتبريد الحرارة الناتجة في الأسلاك النحاسية. سطح لفائف ليست على اتصال مباشر مع الماء المثلج. نظام التبريد نشطة خلال جلسات التحفيز.

الشكل (3)
الشكل 3. التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني (PET) صورة. (A) المقاطع الاكليلية من الصور الصغيرة PET منفأر تم الحصول عليها باستخدام 2- [F-18] الفلورية deoxyglucose، والتي تبين زيادة أيض الجلوكوز المحلي في القشرة حفز بعد rTMS 1 هرتز لمدة 10 دقيقة على 100٪ من MT (السهام). (ب) نسبة FDG امتصاص في حفز / القشرة المقابل في 1 هرتز (ن = 4) وصورية مجموعة rTMS (ن = 2). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل (4)
الرقم 4. مرنا ميكروأري من الجينات فوري في وقت مبكر وعامل التغذية العصبية. (A) قوس، Junb، وEgr2 وأعرب تفاضلي، التي تم تحديدها على ميكروأري الحصول على 5 دقائق بعد 1 دورة 1 هرتز rTMS، بأمر من تغيير أضعاف. وكانت مستويات التعبير عن الجينات أعلى بكثير في المجموعة rTMS (ن = 4) ثان في مجموعة صورية (ن = 4) (ف <0.05 مع مان ويتني اختبار U)، مع التعبير عن الجينات قوس، Junb، وEgr2 upregulated. (ب) بعد 5 أيام متتالية من 20 دقيقة 1 هرتز rTMS، كان التعبير مرنا عامل التغذية العصبية الدماغي أعلى بكثير في القشرة حفز مما كانت عليه في الجانب المقابل (* ف <0.05، اختبار Wilcoxon وقعت رتبة). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

وكان الغرض الرئيسي من هذه الدراسة هو تقديم نموذج حيواني من rTMS من جانب واحد. على الرغم من التحفيز من جانب واحد هو واحد من أهم الخصائص الأساسية للبحث rTMS الإنسان، لم تعتمد العديد من الدراسات في الحيوانات الصغيرة. ومع ذلك، روتنبرغ وآخرون. 15 سجلت البرلمان الأوروبي المقابل مع التحفيز من 100٪ MT باستخدام لفائف الرقم 8 مع قطر الفص الخارجي من 20 ملم، في حين أن التحفيز مع 112.5٪ و 133.3٪ MT إنتاج المماثل وكذلك أعضاء البرلمان الأوروبي المقابل. قد يكون هذا بسبب الحقل الكهربائي الناجم كبيرة يمكن أن تؤثر على نصف الكرة الأرضية المقابل. وهكذا، دراستنا هي امتداد لهذا العمل السابق 15،24، عن طريق تحريك ملف أكثر الوحشي وتميل إلى إبراز التحفيز من جانب واحد. تم تحقيق الهدف الرئيسي من هذه الدراسة لأننا أكد أن الصغير PET كشفت عن زيادة المحلية في أيض الجلوكوز في قشرة الدماغ حفز بعد rTMS (الشكل 3).

jove_content "> الموقع والتزوي من لفائف خطوات حاسمة في هذه التجربة. التحفيز من جانب واحد ممكن عن طريق وضع مركز rTMS لفائف 1 سم الوحشي للقمة على الخط بين الأذنين وangulating لفائف 45 درجة على الأرض. والتحفيز موقع يمكن أن تكون مختلفة من القشرة الحركية الأولية (M1)، وهذا يتوقف على شرط أن المحققين يريدون استهدافها rTMS. على سبيل المثال، لتخفيف الاكتئاب، ويتم تحفيز قشرة الفص الجبهي ظهراني (DLPFC) مع rTMS، ولكن عتبة الحركية، التي ويقاس أيضا في M1، يحدد كثافة التحفيز حتى لDLPFC rTMS وبالمثل، فإن الساخنة - 0.5 سم الوحشي للقمة على الخط بين الأذنين - كان يستخدم لتحديد عتبة السيارات في الدراسة القشرة أكثر الجانبية - 1 سم الأفقي إلى قمة الرأس - اختير عمدا لضمان unilaterality من التحفيز وتحقيق التغيرات الجزيئية التي يسببها rTMS.

ve_content "> أما بالنسبة للقوة المجال المغناطيسي داخل الأنسجة، في دراسة نمذجة العناصر المحددة السابقة على حقل كهربائي يتسبب في مخ الفأر، المجال الكهربائي الناجم عن 70 ملم الرقم 8 لفائف على 75٪ وصلت هيئة علماء المسلمين ما يقرب من 150 V / م على سطح الدماغ واللحاء. وانخفضت شدة المجال الكهربائي بشكل كبير مع زيادة المسافة، والتي تبين أقصى عمق مع أكثر من 100 قوة V / م كانت فقط 1.9 ملم ل70 ملم الرقم 8 لفائف 25. وفي الفئران آخر الدراسة في 10 ملم عمق انخفضت قوة الحقل الكهربائي الناجم إلى 25٪ من ذلك على سطح الدماغ (26). ومن المثير للاهتمام، وكانت المنطقة نصف الطاقة (HPR) واسعة مثل ~ 7 × 7 ملم (0.51 سم 2) حتى عندما يكون 25 وقد استخدم ملم الرقم 8 لفائف 25. وعلى الرغم من عدم تقديم أرقام محددة ل70 ملم الرقم 8 لفائف، وعلق سلفادور وميراندا أن HPR لفائف 70 ملم كان أكبر من ذلك من لفائف 25 ملم. وبما أننا أردنا أن منع HPR من تغطيةنصف الكرة الأرضية المقابل، اخترنا بقعة 1 سم الوحشي على خط الوسط. كان يميل حتمية لضمان الاتصال المباشر بين المركز فائف وسطح الجمجمة عند نقطة التحفيز.

التخدير يمكن أن يحتمل خفض استثارة الخلايا العصبية، ايض الجلوكوز، والتعبير الجيني. Haghighi وآخرون. وكشف أن الأيزوفلورين في تركيز 0.5٪ من الاكتئاب بشكل كبير من أعضاء البرلمان الأوروبي عبر الجمجمة الكهربائية المسجلة من الفئران (17). من ناحية أخرى، تم الحفاظ عليها أعضاء البرلمان الأوروبي خلال البروبوفول ضخ يصل إلى 40 ملغ / [كغ * ساعة]، مع سعة كبيرة متبقية في الفئران (18). في دراسة الإنسان، تم الكشف عن أية إمكانات عمل العضلات مجمع (CMAP) أثناء التخدير الأيزوفلورين. ومع ذلك، 333 هرتز، أثار أربعة نبض التحفيز المغناطيسي CMAP في العضلات الضرة في 75٪ من المرضى، وفي العضلة الأمامية عظام الساق في 65٪ من المرضى، خلال البروبوفول التخدير 19. باستخدام حيوانات استيقظت يمكن أن يكون خيارا أفضل في فيزجوانب iological، لكنها ليست سهلة لكبح جماح خلال rTMS وعرضة لظروف ضاغطة.

كما لحل المشاكل، برودة البسيطة التي تستخدم مضخة تدوير المياه مكنتنا من تمديد فترة التحفيز لأكثر من 20 دقيقة حتى على تردد التحفيز 20 هرتز. وهذا أمر مهم لأنه تمكن العديد من التحفيز كما هو الحال في بروتوكولات rTMS عن مواضيع الإنسان. تبريد لفائف الرقم 8 فقط مع الثلج الباردة كيس المياه المحمولة لم يكن كافيا لضمان تحفيز أكثر من 20 دقيقة. ومدة rTMS طويلة في الحيوانات الصغيرة توفر الفرصة لتحقيق معمق من الآليات الجزيئية من rTMS. سوف المتاحة تجاريا لفائف الفئران تبريد تكون البدائل المعقولة.

كانت هناك العديد من القيود في هذه التجربة. أولا، لم يكن سوى نبض ثنائي الطور المتاحة، التي كان وجود قيود على آلة rTMS كنا. وستكون هناك حاجة الدراسات المستقبلية التحقيق في تأثير مختلف البقول والطول الموجي.ثانيا، اعتمدنا نهجا عمليا لتحديد عتبة السيارات بالجس. على الرغم من أن هذه الطريقة قد تكون أدنى من التقنيات EMG من حيث الدقة، فمن استنساخه بسهولة وقابلة للتطبيق لكثير من فرضيات البحث. على سبيل المثال، إذا كان الغرض الأساسي من الباحثين للتحقيق في الخلافات بين القشرة الحركية الأولية وsubcortices المجاورة في الجينات التي يسببها rTMS أو تعبير البروتين، وتحديد أكثر دقة من عتبة المحرك سيكون ضروريا. إذا كان الباحث، ومع ذلك، أراد أن تحليل rTMS الناجم عن ملامح التعبير الجيني في الأنسجة القشرية قبل الجبهية الظهرية الوحشية، ونهج عملي الحالي قد تكفي، لأن المسافة والزاوية بين الأنسجة المستهدفة واللولب يمكن أن تختلف قليلا خلال حركة لفائف من M1 إلى منطقة DLPFC. ثالثا، على الرغم من أننا rTMS تطبيقها بنجاح في نصف الكرة الأرضية من جانب واحد من الدماغ الفئران، لا يزال التحفيز ليس البؤري كما rTMS في البحوث الإنسان. وفاي كهربائي قوي بفعلELD من ~ 0.5 سم 2 على أقل من 10 سم 2 من سطح دماغ الفئران يبدو أكثر انتشارا نسبيا من تلك التي في السطح في نصف الكرة الغربي البشري من ~ 2500 سم 2 (27). ونحن نعتقد، مع ذلك، أن هذا النموذج المقدمة هنا يمكن استخدامها لتوضيح الآليات الجزيئية من rTMS عن طريق السماح للتحليل الفرق بين نصف الكرة الغربي في تأثيره.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Homeothermic blanket with a rectal probe Harvard apparatus 507222F
Isoflurane (Forane sol.) Choongwae
Propofol (Provive Inj. 1% 20 ml) Claris Lifesciences
Repetitive magnetic stimulator (Magstim Rapid2) Magstim Company Ltd
25 mm figure-of-8 coil Magstim Company Ltd 1165-00
PET-CT GE Healthcare
QIAzol Lysis Reagent Qiagen (US Patent No. 5,346,994)
RNeasy Lipid Tissue Mini Kit Qiagen 74804
RNeasy Mini Spin Columns Qiagen (Mat No. 1011708)
Agilent 2100 Bioanalyzer Agilent Technologies
Ambion Illumina RNA amplification kit Ambion
Nanodrop Spectrophotometer NanoDrop ND-1000
Illumina RatRef-12 Expression BeadChip Illumina, Inc.
Amersham fluorolink streptavidin-Cy3 GE Healthcare Bio-Sciences

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Lefaucheur, J. P., et al. Neurogenic pain relief by repetitive transcranial magnetic cortical stimulation depends on the origin and the site of pain. J Neurol Neurosurg Psychiatry. 75 (4), 612-616 (2004).
  2. Hirayama, A., et al. Reduction of intractable deafferentation pain by navigation-guided repetitive transcranial magnetic stimulation of the primary motor cortex. Pain. 122 (1-2), 22-27 (2006).
  3. O'Reardon, J. P., et al. Efficacy and safety of transcranial magnetic stimulation in the acute treatment of major depression: a multisite randomized controlled trial. Biol Psychiatry. 62 (11), 1208-1216 (2007).
  4. Brighina, F., et al. Facilitatory effects of 1 Hz rTMS in motor cortex of patients affected by migraine with aura. Exp Brain Res. 161 (1), 34-38 (2005).
  5. Lefaucheur, J. P. Stroke recovery can be enhanced by using repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS). Neurophysiol Clin. 36 (3), 105-115 (2006).
  6. Khedr, E. M., Ahmed, M. A., Fathy, N., Rothwell, J. C. Therapeutic trial of repetitive transcranial magnetic stimulation after acute ischemic stroke. Neurology. 65 (3), 466-468 (2005).
  7. Fregni, F., et al. A sham-controlled trial of a 5-day course of repetitive transcranial magnetic stimulation of the unaffected hemisphere in stroke patients. Stroke. 37 (8), 2115-2122 (2006).
  8. Pascual-Leone, A., Valls-Sole, J., Wassermann, E. M., Hallett, M. Responses to rapid-rate transcranial magnetic stimulation of the human motor cortex. Brain. 117 (4), 847-858 (1994).
  9. Ridding, M. C., Rothwell, J. C. Is there a future for therapeutic use of transcranial magnetic stimulation). Nat Rev Neurosci. 8 (7), 559-567 (2007).
  10. Valero-Cabre, A., Payne, B. R., Pascual-Leone, A. Opposite impact on 14C-2-deoxyglucose brain metabolism following patterns of high and low frequency repetitive transcranial magnetic stimulation in the posterior parietal cortex. Exp Brain Res. 176 (4), 603-615 (2007).
  11. Di Lazzaro, V., et al. The physiological basis of the effects of intermittent theta burst stimulation of the human motor cortex. J Physiol. 586 (16), 3871-3879 (2008).
  12. Post, A., Keck, M. E. Transcranial magnetic stimulation as a therapeutic tool in psychiatry: what do we know about the neurobiological mechanisms. J Psychiatr Res. 35 (4), 193-215 (2001).
  13. Muller, P. A., Dhamne, S. C., Vahabzadeh-Hagh, A. M., Pascual-Leone, A., Jensen, F. E., Rotenberg, A. Suppression of motor cortical excitability in anesthetized rats by low frequency repetitive transcranial magnetic stimulation. PLoS One. 9 (3), 91065 (2014).
  14. Funke, K., Benali, A. Modulation of cortical inhibition by rTMS - findings obtained from animal models. J Physiol. 589 (18), 4423-4435 (2011).
  15. Rotenberg, A., et al. Lateralization of forelimb motor evoked potentials by transcranial magnetic stimulation in rats. Clin Neurophysiol. 121 (1), 104-108 (2010).
  16. Beom, J., Kim, W., Han, T. R., Seo, K. S., Oh, B. M. Concurrent use of granulocyte-colony stimulating factor with repetitive transcranial magnetic stimulation did not enhance recovery of function in the early subacute stroke in rats. Neurol Sci. 36 (5), 771-777 (2015).
  17. Haghighi, S. S., Green, K. D., Oro, J. J., Drake, R. K., Kracke, G. R. Depressive effect of isoflurane anesthesia on motor evoked potentials. Neurosurgery. 26, 993-997 (1990).
  18. Fishback, A. S., Shields, C. B., Linden, R. D., Zhang, Y. P., Burke, D. The effects of propofol on rat transcranial magnetic motor evoked potentials. Neurosurgery. 37 (5), 969-974 (1995).
  19. Rohde, V., Krombach, G. A., Baumert, J. H., Kreitschmann-Andermahr, I., Weinzierl, M., Gilsbach, J. M. Measurement of motor evoked potentials following repetitive magnetic motor cortex stimulation during isoflurane or propofol anaesthesia. Br J Anaesth. 91 (4), 487-492 (2003).
  20. Lee, S. A., Oh, B. M., Kim, S. J., Paik, N. J. The molecular evidence of neural plasticity induced by cerebellar repetitive transcranial magnetic stimulation in the rat brain: a preliminary report. Neurosci Lett. 575, 47-52 (2014).
  21. Fu, Y. K., et al. Imaging of regional metabolic activity by (18)F-FDG/PET in rats with transient cerebral ischemia. Appl Radiat Isot. 67 (18), 1743-1747 (2009).
  22. Silveyra, P., Catalano, P. N., Lux-Lantos, V., Libertun, C. Impact of proestrous milieu on expression of orexin receptors and prepro-orexin in rat hypothalamus and hypophysis: actions of Cetrorelix and Nembutal. Am J Physiol Endocrinol Metab. 292 (3), 820-828 (2007).
  23. Zidek, N., Hellmann, J., Kramer, P. J., Hewitt, P. G. Acute hepatotoxicity: a predictive model based on focused illumina microarrays. Toxicol Sci. 99 (1), 289-302 (2007).
  24. Hsieh, T. H., Dhamne, S. C., Chen, J. J., Pascual-Leone, A., Jensen, F. E., Rotenberg, A. A new measure of cortical inhibition by mechanomyography and paired-pulse transcranial magnetic stimulation in unanesthetized rats. J Neurophysiol. 107 (3), 966-972 (2012).
  25. Salvador, R., Miranda, P. C. Transcranial magnetic stimulation of small animals: a modeling study of the influence of coil geometry, size and orientation. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2009, 674-677 (2009).
  26. Parthoens, J., Verhaeghe, J., Servaes, S., Miranda, A., Stroobants, S., Staelens, S. Performance Characterization of an Actively Cooled Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation Coil for the Rat. Neuromodulation. , (2016).
  27. Toro, R., et al. Brain size and folding of the human cerebral cortex. Cereb Cortex. 18 (10), 2352-2357 (2008).

Tags

السلوك، العدد 116، التحفيز المغناطيسي عبر الجمجمة، اللدونة العصبية، النماذج الحيوانية، قشرة الدماغ، التصوير المقطعي بالإصدار البوزيتروني والجينات في وقت مبكر الفورية، والهندسة الطبية الحيوية
بالتكرار عبر الجمجمة التحفيز المغناطيسي إلى جانب واحد نصف الكرة الأرضية من الدماغ الجرذ
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Beom, J., Lee, J. C., Paeng, J. C.,… More

Beom, J., Lee, J. C., Paeng, J. C., Han, T. R., Bang, M. S., Oh, B. M. Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation to the Unilateral Hemisphere of Rat Brain. J. Vis. Exp. (116), e54217, doi:10.3791/54217 (2016).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter