Introduction
Repetitiva transkraniell magnetisk stimulering (rTMS), ett verktyg för icke-invasiv hjärnstimulering och neuromodulation har använts vid behandling av olika tillstånd såsom central smärta 1,2, depression 3, migrän fyra, och även stroke 5-7. Snabbt föränderlig elektrisk ström genom spolarna på huvudet inducerar ett elektriskt fält på hjärnbarken och en resulterande neuronal aktivering. Retbarhet av hjärnbarken kan moduleras av rTMS, vilket kan pågå i mer än 30 minuter efter stimuleringen avslutas.
Föreslagna mekanismer för rTMS efter effekt innefattar långsiktig potentiering / depressionsliknande effekt 8, övergående förändring i jonisk balans 9, och metabola förändringar 10. Dessutom Di Lazzaro et al. tyder på att intermittent theta burst stimulering påverkar excitatoriska synaptiska ingångar pyramidbanan nervceller, både i den stimuleradeoch kontralaterala hemisfären 11.
Betydande begränsningar har emellertid hindrat forskare från att översätta på bänk bevis för kliniska situationer. Först, i tidigare djurstudier rTMS används för hela hjärnan stimulering 12. Hela hjärnan stimulering är helt annorlunda från de protokoll som används i humanstudier 9. Det andra problemet är relaterat med stimulerings varaktighet. Detta är åtminstone delvis tillskrivas det faktum att ett effektivt kylsystem var otillgänglig för små spolar i det förflutna.
Under de senaste åren har seminal artiklar publicerats föreslå sätt för att övervinna dessa svårigheter i rTMS experiment på den lilla djuret hjärnan. Med dessa djurmodeller, visade det sig att den råtthjärna visar också liknande kortikala upphetsning förändringar som i människa som svar på lågfrekventa rTMS 13. Ännu viktigare, cellulära och molekylära mekanismer för rTMS är allt being undersöktes med användning av djurmodeller av rTMS. Ett typexempel är att en distinkt typ av hämmande interneuronen är känd för att vara mest känsliga för intermittent theta skurstimulerings 14. Gnagarmodeller av rTMS därmed erbjuda nya möjligheter för att utforska mycket sökta frågor om de molekylära grunderna för rTMS-inducerade förändringar. Om små djurmodeller för rTMS kan användas i flera laboratorier, kan det kraftigt påskynda och stärka forskningen inom detta område.
Vi beskriver nu hur man ansöker rTMS till den ensidiga hjärnråtthjärna, en förlängning av det tidigare arbetet 15. Stimulering-inducerade förändringar utvärderades med hjälp av mikro positronemissionstomografi (PET) och mRNA microarrays att studera rTMS-inducerade förändringar i stimulerat hjärnbarken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Alla förfaranden som använder djur har granskats och godkänts av Institutional Animal Care och användning kommittén i Seoul National University Hospital.
1. Försöksinställning
- djur~~POS=TRUNC
- Tillåt Sprague-Dawley en vecka för att anpassa sig till sin nya miljö innan experimentet.
OBS! Även om 8 veckor gamla råttor användes i föreliggande studie, kan en utvecklande eller vuxna hjärnan väljas enligt de forskningshypoteser.
- Tillåt Sprague-Dawley en vecka för att anpassa sig till sin nya miljö innan experimentet.
- Inhalationsanestesi för induktion
- Inducera och upprätthålla anestesi med 5% och 2% av isofluran löst i 40% / 60% och 25% / 75% syre / kväve via en kammare och noskon, respektive. Justera anestesi djup till nivån för att avskaffa pedaltillbakadragande reflex till tå nypa för att bekräfta korrekt anesthetization.
OBS: Genom att använda vaknat djur kan vara ett bättre val i translationella termer, men det finns svårigheter att hålla under rTMS och thej är benägna att överdriven stress. - Övervaka kroppstemperaturen med en rektal sond och bibehålla den vid 37 ° C genom användning av en homeothermic filt. Övervaka anestesidjups använder pedal tillbakadragande reflex, temperatur, andningsfrekvens och hjärtfrekvens.
- Inducera och upprätthålla anestesi med 5% och 2% av isofluran löst i 40% / 60% och 25% / 75% syre / kväve via en kammare och noskon, respektive. Justera anestesi djup till nivån för att avskaffa pedaltillbakadragande reflex till tå nypa för att bekräfta korrekt anesthetization.
- Övergången till intravenös anestesi för underhåll
- Förbered svansen med en tuss. ANVÄNDA KATETER en lateral svansven med en 24-gauge venös kateter för övergång till IV anestesi (Figur 1A). Belastning propofol intravenöst (1 mg / [kg · min] under 10 minuter, med användning av 10 mg / ml emulsion) till djuren. Avbryt isofluran 5 min efter start propofol laddning.
- Bibehålla propofol sedation vid en infusionshastighet av 500 - 700 | ig / (kg-min) under hela experimentet, såsom i en tidigare studie 16. Komplettera syre vid 0,8 L / min via en noskon.
OBS: anestesi med propofol är att minska risken undertryckande av kortikal retbarhet av inhalation agent 17-19. Emellertid är anestesi inte obligatoriskt i rTMS experiment, och vaknat djur kan också användas. Bedövningsmetoder bör avgöras med hänsyn till forskningshypoteser. - Använd veterinär salva på ögonen för att förhindra torrhet under narkos.
- Tillämpa magnetisk stimulering (se section2) 10 min efter fullständig övergång till iv anestesi.
- återhämtningsförhållanden
- Övervaka vitala under återhämtningsfasen. Lämna inte djuret utan uppsikt tills den har återfått tillräcklig medvetenhet för att upprätthålla sternala VILA. Om ett djur har opererats, inte returnera den till företaget av andra djur tills återhämtat sig helt.
OBS: Om operation för en sjukdom modell utförs, är nödvändigt postoperativ smärthantering. Men inte behövs smärtlindring för rTMS experiment.
- Övervaka vitala under återhämtningsfasen. Lämna inte djuret utan uppsikt tills den har återfått tillräcklig medvetenhet för att upprätthålla sternala VILA. Om ett djur har opererats, inte returnera den till företaget av andra djur tills återhämtat sig helt.
2. Repetitiva transkraniell magnetisk stimulering
- Stimulator och spole
- Applicera stimulering med hjälp av en upprepad stimulator som levererar bifasiska stimuli via en 25 mm figur-8 spole. Lokalisera mitten av spolen 0,5 cm lateralt till vertex på biauricular linjen, och Angulate spolen 45 ° mot marken.
OBS: Den maximala magnetiska fältstyrkan hos spolen är 4,0 T. Den magnetiska spolen är monterad fast på en inbyggd hållare.
- Applicera stimulering med hjälp av en upprepad stimulator som levererar bifasiska stimuli via en 25 mm figur-8 spole. Lokalisera mitten av spolen 0,5 cm lateralt till vertex på biauricular linjen, och Angulate spolen 45 ° mot marken.
- tröskel motor
- Bestämma motor tröskel (MT) vid den aktiva punkten, med centrum av spolen placerad 0,5 cm lateralt till vertex på biauricular linjen och med ytan platt på calvaria. Detta är samma metod som användes i en tidigare studie 20.
OBS: Definiera MT som minimi stimulusintensitet framkalla 5 eller mer påtagliga sammandragningar på den kontralaterala framtassarna med 10 på varandra följande stimuli. Kontrollera om stimuleringen främst orsakar kontramuskelsammandragning att säkerställa ensidig stimulering. - Tillämpning av rTMS
- Applicera rTMS 10 min efter stabilisering av djup anestesi. Placera mitten av spolen på mål rTMS plats, vald från hjärnbarken beroende på forskningsfrågor. Då, luta spolen för att säkerställa direkt kontakt mellan spolen centrum och ytan av skallen vid stimuleringspunkten.
OBS: För att till exempel Angulate spolen 45 ° till marken minimera en potentiell direkt effekt av rTMS på den kontra cortex (Figur 1B och 1C). - Utsätta djur till ett möte i 20-min rTMS av den ensidiga halvklotet. Med hjälp av mjukvaran konsolen leverera rTMS med en lågfrekvent (1 Hz), hög frekvens (20 Hz), eller skenstimuleringsprotokoll och ställa in stimuleringsintensiteten vid 100-110% av MT.
- Utför en Hz stimulering utan vila. Med hjälp av programvaran konsolen ingång "1200" skott för "20" min). För 20 Hz stimulering, genomföra två sekunder av stimulering följt av 28sek vila. Med hjälp av programvaran konsolen ingång "1600" skott för "20" min.
- För bluff stimulering, luta spolen vinkelrätt (90 ° rotation) till calvaria och placera spolen kanten 2 cm avstånd från huvudytan (figur 1D). Fäst spolhållaren ordentligt till huvudapparaten; finns det ingen anledning att hålla spolen för hand under experimentet.
OBS: För att kompensera för akustiska och andra icke-specifika effekter, bör olika skenprotokoll användas för olika stimuleringsprotokoll. Till exempel, kan en-Hz sham stimulering användas för 1-Hz rTMS experiment.
- Applicera rTMS 10 min efter stabilisering av djup anestesi. Placera mitten av spolen på mål rTMS plats, vald från hjärnbarken beroende på forskningsfrågor. Då, luta spolen för att säkerställa direkt kontakt mellan spolen centrum och ytan av skallen vid stimuleringspunkten.
- Kylning av spolen
- Använd ett vattenkylningssystem för att möjliggöra repetitiva magnetisk stimulering för mer än 20 minuter vid 1- och 20-Hz stimulering frekvenser (Figur 2). Cirkulera iskalla vatten som omger hela längden av spolen under experimentet för att förhindra överhettning, även om temperaturen hos spolen eller stimulatorn inte övervakas.
OBS: Kommersiellt tillgängliga kylda råtta spolar kan också användas. - Om det är möjligt, övervaka spoltemperatur genom att visa värmemätare av rTMS maskinen. OBS: Det fanns inga negativa konsekvenser i samband med rTMS stimulering. Det finns dock en potentiell bränn risk om metall öra identifiering taggar används nära den stimulerande spolen.
- Använd ett vattenkylningssystem för att möjliggöra repetitiva magnetisk stimulering för mer än 20 minuter vid 1- och 20-Hz stimulering frekvenser (Figur 2). Cirkulera iskalla vatten som omger hela längden av spolen under experimentet för att förhindra överhettning, även om temperaturen hos spolen eller stimulatorn inte övervakas.
3. Micro Positron Emission Tomography
- djur~~POS=TRUNC
- Genomför inhalationsanestesi för induktion och IV anestesi för underhåll (se steg 1.2.1 och 1.3.1). Applicera 1-Hz rTMS till ett djur i 10 min vid en stimuleringsintensitet 100-110% av MT: n.
- Fem minuter efter avslutad rTMS stimulering, injicera en mCi av 2- [F-18] fluor-deoxiglukos (18 FDG) löst i 0,5 ml fysiologisk koksaltlösning intravenöst med hjälp av en svansven kateter. Låt 30 minuter för 18 FDG upptag. OBS: Placera råttan under narkos under hela mikro-PET experimentet.
- bildanalys
- Använd en PET-kamera för hjärnavbildning att bekräfta unilaterality av stimuleringen. Rekonstruera bilder med en 3-D iterativ algoritm. Vid bedömningen av förändringar i ämnesomsättningen som induceras av rTMS, identifiera områden av intresse (ROI) i bilderna av de tvärgående hjärnsektionerna 21.
- Dödshjälp
- Efter att ha utfört mikro-PET imaging, avliva råttorna i en kammare i förväg fylld med koldioxid medan råttorna är i djup anestesi.
4. mRNA Microarray
- Dödshjälp
- Inducera och upprätthålla anestesi med 5% och 2% av isofluran löst i 40% / 60% och 25% / 75% syre / kväve via en kammare och noskon, respektive. Söva djupt till nivån för att avskaffa pedaltillbakadragande reflex till tå nypa innan halshuggen.
- Halshugga råttorna för dödshjälp 5 min efter en session 1 Hz rTMS.
- vävnadsskörd
- Lägg ut material och kirurgiska instrument i den ordning de används, inklusive vikta pappershanddukar, ett ben rongeur, microscissors, större kirurgiska saxar, en microforcep, en nr 10 eller 11 skalpellblad, en lock 10 cm glaspetriskål fylld med is och 1,5-ml rör. Förbered en plastpåse för omhändertagande av kadaver.
- Gör en mittlinjen hudsnitt i skallen anterioposteriorly. Rakt på sak dissekera den mjuka vävnaden och omgivande muskler med kirurgisk sax och ta bort skallbenet lappar genom att använda ett ben rongeur. Snabbt dissekera den friska hjärnan försiktigt från skallen. Då låg den på is med hjälp av microforceps och microscissors. Skölj hjärnvävnad i iskall normal koksaltlösning.
- Överföra hjärnan till torris omedelbart, och därefter förvara den vid -80 ° C i ett rör tills vidare bearbetning.
- Tina hjärnvävnaden före skörd.
- Placera hjärnan ryggsidan upp, och skörda hjärnvävnad från stimulated hjärnbarken (runt hot spot i den primära motoriska cortex) på is med hjälp av microforceps och microscissors. Sätta den skördade vävnaden i 1,5-ml rör.
- RNA-preparation
- Utdrag totala RNA från vävnadshomogenat med användning av lysisreagens 22. Process med DNas matsmältningen och saneringsförfaranden. Kvantifiera de RNA-prover och alikvoter och lagra dem vid -80 ° C fram till användning.
- För kvalitetskontroll, utvärdera RNA renhet och integritet genom att denaturera gelelektrofores, vid en OD förhållande av 260: 280, och analysera dem på en kommersiellt tillgänglig analysator.
- Märkning och rening
- Förstärka och rena totalt RNA genom att använda ett kommersiellt tillgängligt RNA förstärkning kit för att ge biotinylerad cRNA. I korthet, omvänd-transkribera 550 ng av totalt RNA till cDNA genom användning av en T7-oligo (dT) primer. Syntetisera och in vitro transkribera den andra cDNA-strängen och sedan märka det med biotin-NTP.
- efter purförgasning, kvantifiera cDNA genom användning av en spektrofotometer.
- Hybridisering och dataexport 23
- Använder uttrycket beadchip för mRNA-expressionsanalys. Hybridisera de märkta 750-ng cDNA prov till varje råtta-12 uttryck pärla array för 16-18 timmar vid 58 ° C. Utför detektering av array signal genom streptavidin-Cy3.
- Scan arrayer med ett konfokalt scanner. Utför array dataexport bearbetning och analys med hjälp av en kommersiellt tillgänglig programvara.
- Bestämma motor tröskel (MT) vid den aktiva punkten, med centrum av spolen placerad 0,5 cm lateralt till vertex på biauricular linjen och med ytan platt på calvaria. Detta är samma metod som användes i en tidigare studie 20.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Femton åtta veckor gamla Sprague-Dawley användes för en särskild inter-rater tillförlitlighetsanalys av MT beslutsamhet. Använda palpation av muskelryckningar, MTS var erhållas i alla råttor och mätt som 33,00 ± 4,21% maximal stimulator utgång (% MSO) och 33,93 ± 0,88% MSO, respektive, av två oberoende forskare. Bland-Altman partiskhet var -0,93, och gränserna 95% av avtal var -9,13 till 7,26%.
I mikro-PET experiment på sex åtta veckor gamla råttor (n = 4 i 1-Hz rTMS och n = 2 i bluff rTMS gruppen), var upptaget av 18 F-FDG i ROI beräknas som medelvärde nCi / ml efter kalibrering av både ipsilaterala och kontralaterala hjärnbarken i samma bilder. Radioaktiviteten i den kontralaterala området användes som en referens för att normalisera data som erhållits i den ipsilaterala området, och differentialupptag förhållandet (DUR) beräknades.Den genomsnittliga Durs erhållits från tre på varandra följande tvärgående bilderna i genomsnitt att få Durs för råttorna. Detta är samma metod som användes i en tidigare studie 21. 18 FDG-PET bilder visade en samlingspunkt ökning av glukosmetabolism i stimulerade vänstra kortikala område i 1-Hz-gruppen, stöder unilaterality av rTMS (Figur 3).
I mRNA microarray studien kvaliteten på hybridisering och övergripande chip prestanda övervakas genom visuell inspektion av både de interna kvalitetskontroller och rå skannade data. Array data filtrerades enligt en detekterings p-värde av <0,05 (liknande signal-till-brusförhållande) i åtminstone 50% prov (en högre signalvärde krävdes för att erhålla en detekterings p-värde av <0,05). Den valda genen signalvärdet förvandlades av logaritmen och normaliseras genom att använda en kvantil metod. Den statistiska signifikansen av uttrycket daTA bestämdes genom användning av Mann-Whitney U-test och faldig förändring, i vilken nollhypotesen var att ingen skillnad föreligger mellan en-Hz rTMS (n = 4) och skengrupper (n = 4). Den falska upptäckten hastigheten reglerades genom justering av p-värde med hjälp av Benjamini-Hochberg algoritm. Efter normalisering och filtrering, mRNA visar betydande differentialuttryck (| faldig förändring | 1,2, p <0,05) valdes. Som ett resultat, var de expressionsnivåer av de omedelbara tidiga generna signifikant högre i rTMS-gruppen än i sken grupp, med uttrycken för Arc, Junb och EGR2 gener uppreglerade (Figur 4A).
Dessutom mätte vi BDNF mRNA uttryck i den stimulerade och kontra cortex efter 5 dagar i rad av 20-min rTMS (n = 5 vardera i en Hz och 20 Hz grupper). Efter 1-Hz-stimulering, BDNF-mRNA-uttryck var betydligt higher i den stimulerade cortex än i den kontralaterala en (Figur 4B). Detta visade differential rTMS-inducerade förändringar i de stimulerade och kontralaterala hjärnbarken.
Figur 1. Experimentella inställningar. (A) En intravenös kateter förs in i en lateral svansven (pilen), och en noskon används för anestesi med isofluran liksom för syretillskott efter en omkoppling till intravenös propofol. (B ) Dorsal anterolateralt vy under rTMS. (C) Rygg posterior vy. Ytan på en siffra-of-åtta spolen vinklad 45 ° mot marken för att minimera risken direkt stimulering av den kontra cortex. (D) En schematisk illustration av sken rTMS. Spolen är placerad 2 cm från och lutas vinkelrätt (90 ° rotation)till calvaria. Klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 2. Kylsystem använder en vatten cirkulationspump med motor. Is packning på koppartrådarna i spolen behövs inte, eftersom kylsystemet enwrapping kabeln spolen är tillräcklig för att kyla den värme som produceras vid koppartrådarna. Ytan av spolen inte är i direkt kontakt med isvatten. Kylsystemet är aktiv under stimuleringssessioner.
Figur 3. Positron Emission Tomography (PET) Bild. (A) De koronala sektioner av mikro-PET bilder aven råtta erhållen med användning av 2- [F-18] fluor-deoxiglukos, visar ökad lokal glukosmetabolism i den stimulerade cortex efter 1 Hz rTMS under 10 minuter vid 100% av MT (pilar). (B) Förhållandet mellan FDG upptag i stimulerade / kontra cortex i 1-Hz (n = 4) och simulerad rTMS grupp (n = 2). klicka här för att se en större version av denna siffra.
Figur 4. mRNA microarray av den omedelbara tidiga gener och BDNF. (A) Arc, Junb och EGR2 var differentiellt uttryckta, som identifierades på microarray erhållna 5 min efter en session 1 Hz rTMS, beställd av faldig förändring. Expressionsnivåerna av generna var signifikant högre i rTMS gruppen (n = 4) than i skengruppen (n = 4) (p <0,05 med Mann-Whitney U-test), med uttryck av Arc, Junb och EGR2 gener uppreglerade. (B) Efter 5 dagar i följd av 20-min 1-Hz rTMS, BDNF mRNA uttryck var signifikant högre i stimulerade cortex än i den kontralaterala sidan (* p <0,05, Wilcoxon signed-rank test). klicka här för att se en större version av denna siffra.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Det primära syftet med studien var att införa en djurmodell av ensidiga rTMS. Även ensidig stimulering är en av de mest grundläggande egenskaperna hos mänskliga rTMS forskning har många studier inte antagit det i små djur. Emellertid Rotenberg et al. 15 registreras kontralate parlamentsledamöter med stimulering av 100% MT med användning av en figur-8 spole med en ytter lob diameter av 20 mm, medan stimulering med 112,5% och 133,3% MT producerade ipsilaterala samt kontralate parlamentsledamöter. Detta kan bero på att stora inducerade elektriska fältet kan påverka kontralaterala hemisfären. Således är vår studie en förlängning av tidigare arbete 15,24, genom att flytta spolen mer i sidled och luta den att accentuera ensidig stimulering. Det primära syftet med denna studie uppnåddes eftersom vi bekräftade att mikro PET avslöjade en lokal ökning av glukosmetabolism i den stimulerade hjärnbarken efter rTMS (Figur 3).
jove_content "> Plats och vinkling av spolen är kritiska steg i detta experiment. Unilateral stimulering är möjlig genom att placera mitten av rTMS spolen 1 cm lateralt till vertex på biauricular linjen och angulating coil 45 ° till marken. Stimuleringen webbplats kan skilja sig från den primära motoriska cortex (M1), beroende på tillståndet att utredarna vill rikta med rTMS. till exempel, för att förbättra depression är dorsolaterala prefrontala cortex (DLPFC) stimuleras med rTMS, men motorn tröskel, som mäts också under M1 bestämmer stimuleringsintensiteten även för DLPFC rTMS Likaledes hotspot -. 0,5 cm lateralt till vertex på biauricular line - användes för att bestämma motor tröskelvärde i föreliggande studie Ju mer lateral cortex -. 1 cm lateralt vertex - avsiktligt valt att säkerställa unilaterality av stimulans och undersöka rTMS-inducerade molekylära förändringar. ve_content "> När det gäller den magnetiska fältstyrkan i vävnaden, i en tidigare finit elementmodelleringsstudie på det inducerade elektriska fältet i mushjärna, det inducerade elektriska fältet av 70 mm figur-8 spolen vid 75% MSO uppnådde ca 150 V / m på hjärnans yta och i cortex. den elektriska fältstyrkan sjunkit dramatiskt som avståndet ökar, visar det maximala djupet med mer än 100 V / m styrka var bara 1,9 mm för 70 mm figur 8 spole 25. i en annan råtta studie, vid 10 mm djup den inducerade elektriska fältstyrkan minskade till 25% av det på hjärnans yta 26. Intressant, halv effektområdet (HPR) var så bred som ~ 7 x 7 mm (0,51 cm 2) även när en 25 mm figur-8 spole användes 25. Även om konkreta siffror inte tillhandahölls för 70 mm figur 8 spole, Salvador och Miranda kommenterade att HPR för 70 mm polen var större än den för 25 mm polen. Eftersom vi ville hindra HPR från täckakontralaterala hemisfären, valde vi en plats 1 cm lateralt om mittlinjen. Tilting var oundvikligt för att säkerställa direkt kontakt mellan spolen centrum och ytan av skallen vid stimuleringspunkten.Anestesi kan potentiellt sänka neuronal retbarhet, glukosmetabolism, och genuttryck. Haghighi et al. visade att isofluran vid koncentration av 0,5% markant deprimerade elektriska transkraniell ledamöter som spelats in från råttor 17. Å andra sidan, var parlamentsledamöterna bevarats under propofol infusion så hög som 40 mg / [kg-h], med amplituder återstående större hos råttor 18. I en mänsklig studie sågs inga förening muskelaktionspotentialer (cmap) upptäcks under isoflurananestesi. Men 333 Hz, fyra-puls magnetisk stimulering framkallade CMAP i hypothenara muskeln i 75% av patienterna, och i den främre tibial muskel i 65% av patienterna under propofolanestesi 19. Använda vaknat djur kan vara ett bättre val i fysiological aspekter, men de är inte lätt att hålla under rTMS och är benägna att stressiga förhållanden.
Som felsökning, en enkel kylare som använde en vatten cirkulationspump det möjligt för oss att förlänga stimuleringstiden för mer än 20 minuter även på en 20-Hz stimulering frekvens. Detta är viktigt eftersom det gör det möjligt för så många stimuli som i rTMS protokoll för människor. Kylning av figur-8 spole med endast en handhållen iskallt vatten påse var inte tillräcklig för att säkerställa stimulering av mer än 20 min. Lång rTMS varaktighet i små djur kommer att ge möjlighet till en fördjupad undersökning av de molekylära mekanismerna för rTMS. Kommersiellt tillgängliga kylda råtta spolar blir rimliga alternativ.
Det fanns flera begränsningar i detta experiment. Först, bara en bifasisk puls var tillgängliga, vilket var en begränsning av rTMS maskin vi använt. Framtida studier som undersöker effekten av olika pulser och vågformer kommer att behövas.För det andra, antog vi ett pragmatiskt tillvägagångssätt för att bestämma tröskeln motorn genom palpation. Även om denna metod kan vara sämre än EMG tekniker när det gäller noggrannhet, är det lätt kan reproduceras och som gäller för många forskningshypoteser. Till exempel, om det primära syftet med en forskare var att undersöka skillnader mellan den primära motoriska cortex och angränsande subcortices i rTMS-inducerad gen eller proteinexpression, skulle mer exakt bestämning av tröskelmotor vara nödvändig. Om en forskare, men ville analysera rTMS-inducerade genuttryck profiler i dorsolaterala prefrontala kortikala vävnad kan föreliggande pragmatiskt förhållningssätt räcka, eftersom avståndet och vinkeln mellan målvävnaden och spolen kan variera något under förflyttning av spolen från M1 till DLPFC området. För det tredje, även om vi tillämpat framgångsrikt rTMS på den ensidiga hjärnråtthjärna, fortfarande stimulering är inte så fokus som rTMS i mänsklig forskning. Den inducerade starka elektriska field på ~ 0,5 cm 2 på mindre än 10 cm 2 i råtthjärna ytan verkar relativt mer diffus än i människans hemisfäriska ytan av ~ 2500 cm 2 27. Vi tror dock att den modell som presenteras här kan användas för att belysa de molekylära mekanismerna för rTMS genom att låta analys av inter hemisfäriska skillnad i effekt.
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 |
References
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Lefaucheur, J. P. Stroke recovery can be enhanced by using repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS). Neurophysiol Clin. 36 (3), 105-115 (2006).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Funke, K., Benali, A. Modulation of cortical inhibition by rTMS - findings obtained from animal models. J Physiol. 589 (18), 4423-4435 (2011).
- Rotenberg, A., et al. Lateralization of forelimb motor evoked potentials by transcranial magnetic stimulation in rats. Clin Neurophysiol. 121 (1), 104-108 (2010).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- 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).
- Toro, R., et al. Brain size and folding of the human cerebral cortex. Cereb Cortex. 18 (10), 2352-2357 (2008).
