Waiting
Login processing...

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

Behavior

גירוי מגנטי Transcranial חוזרים אל חצי הכדור החד-צדדית של המוח עכברוש

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

גירוי מגנטי transcranial חוזרים (rTMS), כלי גירוי מוחי פולשני neuromodulation, יושם לטיפול במצבים שונים כגון כאב מרכזי 1,2, דיכאון 3, מיגרנה 4, ואף שבץ 5-7. המשתנה במהירות זרם חשמלי דרך סלילים על הראש גורם שדה חשמלי על קליפת המוח לבין הפעלה עצבית כתוצאה. הרגישות של קליפת המוח יכולה להיות מווסתת על ידי rTMS, אשר יכול להימשך יותר מ -30 דקות לאחר הגירוי הוא הופסק.

מנגנונים מוצעים של rTMS לאחר והתוצאה כוללים הגברה לטווח ארוך / דיכאון דמוי אפקט 8, משמרת חולפת באיזון יוני 9, ומטבוליות משנה 10. בנוסף, די לצרו et al. מראה כי גירוי לסירוגין פרץ-תטא משפיע על תשומות סינפטיים המעוררות כדי פירמידה נוירונים בדרכים, הן מגורההאונה הנגדית 11.

מגבלות משמעותיות, אולם מנעו חוקרים מתרגום ראיות על ספסל למצבים קליניים. ראשית, במחקרים בבעלי חיים קודמים, rTMS שימש גירוי המוח כולו 12. גירוי המוח כולו הוא שונה לגמרי מן הפרוטוקולים המשמשים במחקרים בבני אדם 9. הבעיה השנייה קשורה עם משך הגירוי. זהו לפחות חלקית המיוחס העובדה מערכת קירור יעיל לא היה זמין עבור סלילי קטן בעבר.

בשנים האחרונות, מאמרי זרע פורסמו מציעים דרכים להתגבר על קשיים אלה בניסוי rTMS על מוח החיה הקטן. על ידי מודלים של בעלי חיים אלה, התגלה כי המוח עכברוש מראה גם שינויים רגישות קליפת המוח דומה כמו האדם בתגובה rTMS בתדירות נמוכה 13. יתרה מכך, מנגנונים תאיים ומולקולריים של rTMS יותר ויותר being נחקר באמצעות מודלים של בעלי חיים של rTMS. דוגמה לכך היא כי סוג מובחן של interneuron מעכב ידוע להיות רגיש ביותר לגירוי פרץ תטא לסירוגין 14. במודלים של מכרסמים של rTMS, ובכך, להציע הזדמנויות חדשות עבור חקר שאלות הרבה-טענותיו את הבסיס המולקולרי של שינויים מושרים rTMS. אם במודלים של בעלי חיים קטנים של rTMS ניתן להשתמש במעבדות יותר, הוא עשוי להאיץ באופן משמעותי לחזק את המחקר בתחום זה.

כעת אנו מתארים כיצד ליישם rTMS בחצי הכדור החד-הצדדי של מוח עכברוש, רחבה של העבודה הקודמת 15. גירוי-induced שינויים הוערכו באמצעות טומוגרפיית פליטת מיקרו-פוזיטרונים (PET) ו microarrays mRNA ללמוד שינויים המושרה rTMS בקליפת המוח מגורה.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

כל הנהלים השימוש בבעלי חיים היו נבדקה ואושרה על ידי ועדת טיפול בבעלי חיים מוסדיים השתמש בבית החולים האוניברסיטאי הלאומי בסיאול.

1. התקנה ניסיונית

  1. בעלי חיים כנים
    1. אפשר זכר Sprague-Dawley חולדות 1 שבוע להסתגל לסביבה החדשה שלהם לפני תחילת הניסוי.
      הערה: למרות 8 שבועות ישנים חולדות שמשו במחקר הנוכחי, מוח מעצב או מבוגר יכול להיבחר על פי שערות המחקר.
  2. הרדמה משאיפת לזירוז
    1. להשרות ולשמור הרדמה עם 5% ו -2% של isoflurane מומס 40% / 60% ו -25% / 75% חמצן / חנקן באמצעות חרוט קאמרי אף, בהתאמה. התאם עומק הרדמה לרמה של ביטול רפלקס נסיגת דוושה כדי קמצוץ בוהן כדי לאשר הרדמה תקינה.
      הערה: שימוש בחיות שהתעוררו יכולה להיות בחירה טובה יותר במונחי translational, אבל יש קושי לרסן במהלך rTMS ושנאיםהיי נוטים מאמץ מוגזם.
    2. מעקב אחר טמפרטורת הגוף עם בדיקה רקטלית ולתחזק אותו ב 37 ° C באמצעות שמיכה homeothermic. צג עומק ההרדמה באמצעות רפלקס נסיגה פדלים, טמפרטורה, קצב הנשימה וקצב הלב.
  3. Switch-אל הרדמה תוך ורידית לצורך תחזוקה
    1. מכינים את הזנב עם ספוגית אלכוהול. קטטר וריד הזנב לרוחב עם צנתר ורידי 24 מד למעבר הרדמה IV (איור 1 א). propofol טען לווריד (1 מ"ג / [ק"ג · min] מעל 10 דקות, באמצעות 10 מ"ג / מ"ל ​​אמולסיה) לבעלי החיים. יש להפסיק isoflurane 5 דקות לאחר תחילת טעינת propofol.
    2. לשמור הרגעה propofol בקצב עירוי של 500 - 700 מיקרוגרם / (ק"ג · דקות) לאורך הניסוי, כמו במחקר הקודם 16. מוסף חמצן 0.8 ליטר / דקה דרך האף קונוס.
      הערה: הרדמה עם propofol היא להפחית דיכוי פוטנציאלי של רגישות קליפת המוח על ידי inhalation סוכן 17-19. עם זאת, הרדמה אינה חובה בניסויים rTMS, וחיות העיר אותה משנתה יכול לשמש גם. שיטות הרדמה צריכות להיות מוכרעות על השיקול של שערות המחקר.
    3. השתמש במשחה וטרינריים המשפיעים על העיניים כדי למנוע יובש לאחר הרדמה.
    4. החל גירוי מגנטי (ראה section2) 10 דקות לאחר מעבר מלא הרדמת iv.
  4. תנאי פיצוי
    1. צג סימנים חיוניים במהלך שלב ההחלמה. אין להשאיר את החיה ללא השגחה עד שהוא שב להכרתו מספיק כדי לשמור שכיבה sternal. אם בעל חיים עברו ניתוח, לא להחזיר אותו לחברה של בעלי חיים אחרים עד התאושש לחלוטין.
      הערה: אם ניתוח מודל מחלה מתבצע, לאחר ניתוח לטיפול בכאב הוא הכרחי. עם זאת, טיפול בכאב אינו נחוץ לצורך ניסוי rTMS זה.

2. חוזרים Transcranial Magnetic Stimulation

  1. ממריץ סליל
    1. החל גירוי באמצעות ממריץ חוזר המספק גירויי biphasic באמצעות סליל 25 מ"מ דמות -8. אתר במרכז סליל 0.5 ס"מ לרוחב קודקוד על הקו biauricular, ו angulate הסליל 45 ° עד היסוד.
      הערה: עוצמת השדה המגנטית המקסימלי של הסליל היא 4.0 ט הסליל המגנטי הוא רכוב בתקיפות על בעל מובנית.
  2. סף מנוע
    1. קבע את סף המנוע (MT) על הנקודה החמה, עם במרכז הסליל ממוקם 0.5 סנטימטר לרוחב הקודקוד על קו biauricular ועם שטוח השטח על מִכסֵה הַגוּלגוֹלֶת. זהו אותו המתודולוגיה ששימשה במחקר הקודם 20.
      הערה: גדר MT כמו עוצמת הגירוי המינימאלית מעוררת 5 או יותר מוחשי התכווצויות על בכפו הנגדית ב -10 גירויים רצופים. בדוק אם הגירוי בעיקר גורם התכווצות שרירים נגדי כדי להבטיח גירוי חד-צדדי.
    2. יישום של rTMS
      1. החל rTMS 10 דקות לאחר התייצבות הרדמה עמוקה. מניחים במרכז סליל באתר rTMS היעד, שנבחרו מתוך הקורטקס המוחי בהתאם לשאלות המחקר. לאחר מכן, להטות את הסליל לאפשר יצירת קשר הישיר בין מרכז הסליל ואת השטח של גולגולת בנקודת הגירוי.
        הערה: לדוגמה, angulate סליל 45 ° עד היסוד כדי למזער השפעה ישירה הפוטנציאל של rTMS על הקליפה הנגדית (האיור 1B ו 1C).
      2. נושא החיות לישיבה של 20 דקות rTMS של האונה חד-צדדית. באמצעות מסוף תוכנה, לספק rTMS עם בתדירות נמוכה (1 הרץ), בתדירות גבוהה (20 הרץ), או פרוטוקול גירוי מזויף, ולהגדיר את עוצמת הגירוי ב 100 - 110% של MT.
      3. בצע 1 גירוי רץ ללא מנוחה. באמצעות קלט קונסולת תוכנה "1,200" יריות "20" דקות). במשך 20 גירוי הרץ, לנהל 2 שניות של גירוי ואחריו 28שניות של מנוחה. באמצעות קלט קונסולת תוכנה "1,600" יריות עבור דקות "20".
      4. עבור גירוי מזויף, הטה את סליל בניצב (90 ° סיבוב) אל מִכסֵה הַגוּלגוֹלֶת ומקום קצה סליל בנפרד 2 ס"מ מפני השטח הראש (איור 1D). תקן בעל סליל היטב את המנגנון העיקרי; אין צורך להחזיק את הסליל ביד במהלך הניסוי.
        הערה: כדי לפצות על השפעות הלא ספציפי אקוסטיים ואחרים, פרוטוקולי דמה נפרדים צריכים לשמש פרוטוקולי גירוי ברורים. לדוגמה, גירוי מזויף 1-הרץ יכול לשמש 1-הרץ ניסויים rTMS.
    3. קירור הסליל
      1. השתמש במערכת קירור מים כדי לאפשר גירוי מגנטי חוזר במשך יותר מ -20 דקות בתדרי גירוי 1- ו 20-רץ (איור 2). הפץ מים קפוא סביב אורכו של הסליל במהלך הניסוי כדי למנוע התחממות יתר, אף שהטמפרטורה של הסליל או הממריץ אינה תחת פיקוח.
        הערה: סלילי עכברוש מקוררים זמינים מסחרי יכולים לשמש גם.
      2. במידת האפשר, לנטר את הטמפרטורה סליל ידי הצגת מד חימום של המכונה rTMS. הערה: לא היו השלכות שליליות הקשורות גירוי rTMS. יש, עם זאת, סיכון לשרוף פוטנציאל אם תגי זיהוי מתכת האוזן משמשים ליד סליל מגרה.

    3. טומוגרפיית פליטת פוזיטרונים Micro

    1. בעלי חיים כנים
      1. לנהל הרדמה משאיפת לזירוז והרדמה iv לצורך תחזוקה (ראה שלב 1.2.1 ו- 1.3.1). החל 1-הרץ rTMS לבהמה למשך 10 דקות בעצימות גירוי של 100-110% של MT.
      2. חמש דקות לאחר סיום גירוי rTMS, להזריק 1 MCI של 2 [F-18] fluoro-deoxyglucose (18 FDG) מומס 0.5 מ"ל של תמיסת מלח רגיל לווריד באמצעות קטטר וריד הזנב. אפשר 30 דקות עבור 18 ספיגת FDG. הערה: מניחים את החולדה בהרדמה במהלך מיקרו-PE כולוניסוי T.
    2. ניתוח תמונה
      1. השתמש סורק PET עבור הדמיה מוחית לאשר מחדש את חַד צְדָדִיוּת של גירוי. לשחזר תמונות עם אלגוריתם איטרטיבי 3-D. כדי להעריך את השינויים במטבוליזם המושרה על ידי rTMS, לזהות אזורים של עניין (ROIs) מופיע בתמונות של סעיפים רוחבי המוח 21.
    3. המתת חסד
      1. לאחר ביצוע הדמית מייקרו-PET, להרדים החולדות בתא מלא מראש עם פחמן דו חמצני בעוד החולדות נמצאות הרדמה עמוקה.

    4. mRNA Microarray

    1. המתת חסד
      1. להשרות ולשמור הרדמה עם 5% ו -2% של isoflurane מומס 40% / 60% ו -25% / 75% חמצן / חנקן באמצעות חרוט קאמרי אף, בהתאמה. להרדים עמוק לרמה של ביטול רפלקס נסיגת דוושה כדי קמצוץ בוהן בטרם ערוף.
      2. לערוף החולדות להמתת חסד 5 דקות לאחר 1 מושב של 1-הרץ rTMS.
    2. קציר רקמות
      1. פריסת חומרים מכשירי ניתוח בסדר גודל של שימוש, כולל מגבות נייר מקופל, עצם rongeur, microscissors, מספריים כירורגיות גדול יותר, microforcep, להב סכין המנתחים 10 מס 'או 11, צלחת זכוכית פטרי 10 ס"מ עפעפיים מלאה קרח , וצינורות 1.5 מ"ל. הכן שקית ניילון לסילוק של פגר.
      2. לעשות חתך בעור קו האמצע של anterioposteriorly הגולגולת. בבוטות לנתח את הרקמות הרכות ואת השרירים המקיפים עם מספריים כירורגיות, ולהסיר את חתיכת עצם הגולגולת באמצעות rongeur העצם. במהירות לנתח את המוח הטרי בקפידה מהגולגולת. ואז, ולהניח אותה על הקרח באמצעות microforceps ו microscissors. יש לשטוף את רקמת מוח מלח רגיל קר כקרח.
      3. מעבירים את המוח כדי קרח יבש מיד, ולאחר מכן לאחסן אותו ב -80 מעלות צלזיוס צינור עד לעיבוד נוסף.
      4. להפשיר את רקמת המוח לפני הקציר.
      5. מניחים למעלה בצד הגבי המוח, ולאסוף את רקמת המוח מן stimulated קליפת המוח (סביב נקודה חמה הקורטקס המוטורי הראשוני) על הקרח באמצעות microforceps ו microscissors. שים את רקמות שנקטפו בצינור 1.5 מ"ל.
    3. הכנת RNA
      1. חלץ RNA הכולל homogenates רקמות באמצעות תמוגה מגיב 22. תהליך עיכול DNase ונהלים לנקות. לכמת את דגימות רנ"א aliquots ולאחסן אותם ב -80 ° C עד השימוש.
      2. עבור בקרת איכות, להעריך טוהר RNA ויושרה ידי denaturing ג'ל אלקטרופורזה, ביחס OD של 260: 280, ולנתח אותם על נתח זמין מסחרי.
    4. תיוג וטיהור
      1. להגביר ולטהר RNA סך באמצעות ערכת הגברת RNA זמינה מסחרי להניב קרנה biotinylated. בקצרה, הפוכה לתמלל 550 ננוגרם של רנ"א הכל כדי cDNA באמצעות אוליגו T7 פריימר (DT). לסנתז במבחנה לתמלל את cDNA השני גדיל עליו מדבקה זה עם ביוטין-NTP.
      2. לאחר PURification, לכמת cDNA באמצעות ספקטרופוטומטר.
    5. יצוא הכלאה ונתונים 23
      1. השתמש בביטוי beadchip עבור ניתוח ביטוי mRNA. להכליא דגימות cDNA 750-ng שכותרתו לכל מערך חרוז ביטוי עכברוש-12 עבור 16 - 18 שעות ב 58 מעלות צלזיוס. לבצע זיהוי של אות מערך באמצעות-Cy3 streptavidin.
      2. מערכי סריקה עם סורק confocal. בצע עיבוד נתוני יצוא מערך וניתוח באמצעות תוכנה זמינה באופן מסחרי.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

חמש עשר 8 שבועות גבר בן חולדות Sprague-Dawley שמשו לניתוח אמין בין-rater נפרד של נחישות MT. באמצעות מישוש של התכווצויות שרירים, במערכת MTS הושג בכל החולדות כפי שנמדד 33.00 ± 4.21% תפוקה מקסימלי ממריץ (% MSO) ו 33.93 ± 0.88% MSO, בהתאמה, על ידי שני חוקרים עצמאיים. הטיה בלנד-אלטמן היה -0.93, ואת גבולות 95% של הסכם היו -9.13 עד 7.26%.

בניסוי מיקרו-PET על שש חולדות בן 8 שבועות (n = 4 rTMS 1-הרץ, ו- n = 2 בקבוצת rTMS דמה), את ספיגת של 18 F-FDG ב ROIs חושבה בממוצע NCI / סמ"ק לאחר הכיול הן של הקורטקס המוחי ipsilateral ו הנגדי אותן התמונות. הרדיואקטיביות באזור הנגדי שמשה כנקודת התייחסות לנרמל נתונים המתקבלים באזור ipsilateral, ויחס ספיגת הפרש (DUR) חושב.DURs הממוצע המתקבל שלוש תמונות רוחביות רצופות היו בממוצע להשיג את DURs עבור החולדות. זהו אותו המתודולוגיה ששימשה במחקר הקודם 21. 18 תמונות FDG-PET הראו עלייה מוקדי במטבוליזם הגלוקוז באזור קליפת המוח השמאלי מגורה בקבוצה 1-הרץ, התומכים חַד צְדָדִיוּת של rTMS (איור 3).

במחקר microarray mRNA, איכות ביצועי הכלאת שבב הכולל נוטרה על ידי בדיקה ויזואלית של שתי בדיקות בקרת איכות הפנימיות נתונים סרוקים גלם. נתוני מערך סוננו לפי שווי p זיהוי של <0.05 (בדומה ליחס אות לרעש) ב לפחות 50% מדגימות (ערך אות גבוה נדרש על מנת להשיג ערך p זיהוי של <0.05). ערך אות הגנים הנבחר נהפך בידי לוגריתם מנורמל באמצעות שיטת החמישון. המובהקות הסטטיסטית של דה הביטויta נקבע באמצעות מבחן Mann-Whitney U ומקפלים שינוי, שבו השערת האפס הייתה שאף הבדל בין rTMS 1-הרץ (n = 4) וקבוצות דמה (n = 4). שיעור גילוי השווא היה נשלט על ידי התאמת ערך p באמצעות אלגוריתם Benjamini-הוכברג. לאחר נורמליזציה וסינון, mRNAs מראה ביטויי הפרש משמעותיים (| שינוי לקפל | 1.2, p <0.05) נבחר. כתוצאה מכך, את רמות הביטוי של הגנים מוקדם המיידיים היו גבוהות יותר משמעותי בקבוצת rTMS בהשוואה לקבוצת הדמה, עם הביטויים של Arc, Junb, וגני Egr2 upregulated (איור 4 א).

בנוסף, מדדנו ביטויים mRNA BDNF בקליפת מגורה הנגדי לאחר 5 ימים רצופים של 20 דקות rTMS (n = 5 כל אחת של 1-הרץ וקבוצות של 20 הרץ). לאחר גירוי 1-הרץ, ביטוי mRNA BDNF היה משמעותי higher בקליפת מגורה מאשר אחד הנגדי (איור 4B). זה גילה ההפרש rTMS הנגרמת משינויים בקורטקס המוח מגורה הנגדי.

איור 1
איור 1. הגדרות ניסיון. (א) קטטר תוך ורידי מוכנס וריד זנב לרוחב (חץ), וכן חרטומו משמש הרדמה עם isoflurane וכן עבור תוספת חמצן לאחר מתג-אל propofol תוך ורידים. (B הגבה) נוף anterolateral במהלך rTMS. (C) הגבה אחורי נוף. המשטח של סליל ספרת 8 מזוות 45 ° עד היסוד כדי למזער את הגירוי הישיר הפוטנציאל של הקליפה הנגדית. (ד) איור סכמטי של rTMS דמה. הסליל ממוקם 2 ס"מ הרחק ומוטה בניצב (90 ° סיבוב)אל מִכסֵה הַגוּלגוֹלֶת. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 2
איור 2. מערכת הקירור משתמש משאבה מחזורית-מים עם המנוע. אריזת קרח על חוטי הנחושת של הסליל אינו נחוץ, כמו מערכת הקירור העוטף את הכבל של הסליל היא מספיק כדי לקרר את החום המיוצר על חוטי הנחושת. המשטח של הסליל הוא לא במגע ישיר עם מי קרח. מערכת הקירור פעילה במהלך פגישות גירוי.

איור 3
איור 3. פוזיטרון פליטת פוזיטרונים (PET) תמונה. (א) סעיפים העטרה של תמונות מיקרו-PET שלעכברוש שהושגו באמצעות 2 [F-18] fluoro-deoxyglucose, מראה חילוף החומרים של הגלוקוז המקומי גדל בקליפת מגורה לאחר 1-הרץ rTMS במשך 10 דקות ב 100% של MT (חיצים). (ב) היחס בין ספיגת FDG ב מגורית / קליפה נגדית של 1-הרץ (n = 4) וקבוצת rTMS דמה (n = 2). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 4
איור 4. Microarray mRNA של הגנים מוקדם מידי BDNF. (א) Arc, Junb, ו Egr2 התבטאו באופן דיפרנציאלי, אשר זוהו על microarray השיגו 5 דקות לאחר 1 מושב של 1-הרץ rTMS, מסודר על פי שינוי קיפול. רמות הביטוי של הגנים היו גבוהות יותר משמעותי בקבוצת rTMS (n = 4) than בקבוצת הדמה (n = 4) (p <0.05 עם מאן-ויטני U מבחן), עם הביטויים של Arc, Junb, וגני Egr2 שהוגברו. (ב) לאחר 5 ימים רצופים של 20 דקות 1-רץ rTMS, ביטוי mRNA BDNF היה גבוה משמעותית בקליפת מגורה מאשר הצד הנגדי (* p <0.05, ווילקוקסון חתם דרגה הבדיקה). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

המטרה העיקרית של מחקר זה הייתה להציג במודל חיה של rTMS חד-צדדית. למרות גירוי חד-צדדי הוא אחד המאפיינים הבסיסיים ביותר של מחקר rTMS האדם, מחקרים רבים לא אמצו אותה חיות קטנות. עם זאת, רוטנברג ואחות '. 15 רשם חברי פרלמנט אירופאי נגדיים עם גירוי של MT 100% באמצעות סליל דמות -8 בקוטר אונה מחוץ 20 מ"מ, ואילו גירוי עם 112.5% ו 133.3% MT פיק ipsilateral וכן חברי פרלמנט אירופיים נגדיים. זה יכול להיות בגלל השדה החשמלי המושרה הגדול יכול להשפיע על האונה הנגדית. לכן, המחקר שלנו היא רחבה של עבודות קודמות זה 15,24, על ידי הזזת הסליל יותר לרוחב מטה אותה להדגיש גירוי חד-צדדי. המטרה העיקרית של מחקר זה הושגה כי אנו מאשרים כי מייקרו-PET גילה עלייה מקומית במטבוליזם הגלוקוז בקליפת המוח המגורה לאחר rTMS (איור 3).

jove_content "> מיקום זווית של הסליל הם שלבים קריטיים בניסוי הזה. גירוי חד-צדדי אפשרי על ידי צבת במרכז rTMS הסליל 1 סנטימטר לרוחב הקודקוד על קו biauricular ו angulating 45 ° הסליל אל הקרקע. הגירוי אתר יכול להיות שונה הקורטקס המוטורי הראשוני (M1), בהתאם למצב, כי חוקרים רוצים למקד עם rTMS. למשל, כדי לשפר דיכאון, קליפת מוח הקדם חזיתית דורסולטרלי (DLPFC) מגורה עם rTMS, אבל סף המנוע, אשר גם נמדד M1, קובע את עוצמת הגירוי אפילו עבור rTMS DLPFC כמו כן, נקודה חמה -. 0.5 ס"מ לרוחב קודקוד על הקו biauricular - שימש כדי לקבוע את סף המנוע במחקר הנוכחי קליפת לרוחב יותר -. 1 ס"מ לרוחב עם הקודקוד - נבחר במכוון כדי להבטיח את חַד צְדָדִיוּת של גירוי ולחקור שינויים מולקולריים הנגרמת rTMS.

ve_content "> באשר עוצמת השדה המגנטי בתוך הרקמה, במחקר דוגמנות אלמנטים סופיים הקודם על שדה חשמלי מושרה במוח העכבר, את השדה החשמלי המושרה על ידי 70 מ"מ דמות -8 סליל ב -75% MSO הגיע לכ -150 V מ '/ על פני השטח המוח בקורטקס. עוצמת השדה החשמלי ירד באופן דרמטי כמו המרחק גדל, מראה את עומק מרבי עם יותר מ -100 V / כוח מטר היה רק 1.9 מ"מ עבור סליל 70 מ"מ דמות -8 25. בשנת חולדה אחרת המחקר, ב מ"מ עומק 10 עוצמת השדה החשמלי המושרה ירד ל 25% כי על פני השטח המוח 26. מעניין לציין, כי באזור כוח וחצי (HPR) היה רחב כמו ~ 7 x 7 מ"מ (0.51 ס"מ 2) גם כאשר 25 סליל דמות -8 מ"מ היה בשימוש 25. למרות המספרים בטון לא נמסרו סליל 70 מ"מ דמות -8, סלבדור ומירנדה ציין כי HPR עבור סליל 70 מ"מ היה גדול יותר מזה של הסליל 25 מ"מ. מאז רצינו למנוע HPR לסקר אתבחצי הכדור הנגדי, בחרנו נקודה 1 ס"מ לרוחב קו האמצע. ההטיה הייתה בלתי נמנעת לאפשר יצירת קשר הישיר בין מרכז הסליל ואת השטח של הגולגולת בנקודת הגירוי.

הרדמה עלולה לדכא את רגישות עצבית, חילוף חומרים של הגלוקוז, ביטוי גנים. Haghighi et al. גילה isoflurane כי בריכוז של חברי פרלמנט אירופיים transcranial 0.5% מדוכאים באופן משמעותי חשמל רשמו חולדות 17. מצד השני, חברי פרלמנט אירופיים נשמרו במהלך עירוי propofol גבוה ככל 40 מ"ג / [קילו · hr], עם אמפליטודות נותרים גדולים בחולדות 18. במחקר אדם, אין פוטנציאל פעולה מתחם שריר (מפת צבעים) התגלה במהלך הרדמת isoflurane. עם זאת, 333 הרץ, ארבע הדופק גירוי מגנטי עורר מפת הצבעים בשריר hypothenar ב -75% מהחולים, ו בשריר השוקה הקדמי ב -65% מהחולים, במהלך הרדמה propofol 19. שימוש בבעלי חיים שהתעוררו יכול להיות בחירה טובה יותר של Physהיבטי iological, אבל הם לא קלים לרסן במהלך rTMS והם מועדים בתנאי עקה.

כמו פתרון בעיות, צידנית פשוט כי השתמשה משאבה מחזורית-מים אפשרה לנו להאריך את משך הגירוי במשך יותר מ -20 דקות אפילו בתדר גירוי של 20 הרץ. זה חשוב כי הוא מאפשר כמה גירויים כמו פרוטוקולי rTMS ליצורי אנוש. קירור סליל דמות -8 עם שקית מים קר כקרח כף יד בלבד לא היה די כדי להבטיח גירוי של יותר מ -20 דקות. משך rTMS ארוך בחיות קטנות יספק ההזדמנות לחקירה מעמיקה של המנגנונים המולקולריים של rTMS. זמין המסחרי סלילי עכברוש מקורר יהיו חלופות סבירות.

היו כמה מגבלות בניסוי הזה. ראשית, רק דופק biphasic היה זמין, אשר הייתה מגבלה של מכונת rTMS השתמשנו. מחקרים עתידיים חוקרים את השפעת קטניות גל שונות יהיו צורך.שנית, אימצנו גישה פרגמטית כדי לקבוע את סף המנוע על ידי מישוש. אמנם שיטה זו עשויה להיות נחה טכניקות EMG מבחינת דיוק, זה ניתן לשחזור בקלות החלים על השערות מחקר רבות. לדוגמא, אם המטרה העיקרית של חוקר הייתה לחקור הבדלים בין הקורטקס המוטורי הראשוני subcortices הסמוך גן rTMS נגרמת או ביטוי חלבון, קביעה מדויקת יותר של סף מנוע תהיה צורך. אם חוקר, לעומת זאת, רציתי לנתח נגרמת rTMS פרופילי ביטוי גני רקמת קליפת מוח הקדם חזיתית דורסולטרלי, הגישה הפרגמטית הנוכחית עשויה להספיק, כי המרחק והזווית בין רקמת היעד ואת הסליל יכולים להשתנות מעט במהלך התנועה של הסליל מן M1 לאזור DLPFC. שלישית, למרות שאנו מיושמים בהצלחה rTMS על האונה חד-הצדדית של מוח העכברוש, עדיין שהגירוי לא מוקדים כמו rTMS במחקר אדם. Fi החשמלי החזק המושרההשדה של ~ 0.5 ס"מ 2 על פחות מ -10 ס"מ 2 של פני השטח במוח חולדה נראה יחסית יותר מפוזר מזה במשטח חצאי המוח האנושי של ~ 2,500 ס"מ 2 27. אנו מאמינים, עם זאת, כי המודל שהוצג במסמך זה יכול לשמש עבור הבהרת המנגנונים המולקולריים של rTMS בכך שהוא מאפשר ניתוח של ההבדל בין חצי המוח והשפעתו.

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

התנהגות גיליון 116 גירוי מגנטי Transcranial פלסטיות עצבית במודלים של בעלי חיים קליפת המוח טומוגרפיית פליטת פוזיטרונים גנים מוקדם מיידיים הנדסה ביו-רפואית
גירוי מגנטי Transcranial חוזרים אל חצי הכדור החד-צדדית של המוח עכברוש
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