Waiting
Login processing...

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

Behavior

Повторные транскраниальной магнитной стимуляции к одностороннему полушарии мозга крысы

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

Повторные транскраниальной магнитной стимуляции (мТМС), инструмент для неинвазивной стимуляции мозга и нейромодуляции, был применен при лечении различных заболеваний , таких , как центральной боли 1,2, депрессии, мигрени 3 4, и даже инсульта 5-7. Быстрое изменение электрического тока через катушки на головке индуцирует электрическое поле на коре головного мозга и результирующей нейрональной активации. Возбудимость коры головного мозга может быть модулируется МТР, который может длиться в течение более чем 30 минут после того, как стимуляция прекращается.

Предлагаемые механизмы МТР последействия включают долгосрочное потенцирование / эффект депрессивноподобному 8, переходные сдвиг ионного баланса 9, и метаболические изменения 10. Кроме того, Ди Лазаро и др. позволяют предположить, что прерывистый тета-взрыв стимуляция влияет на возбуждающие синаптические входы пирамидальных нейронов тракта, как в вынужденноеи контралатерального полушария 11.

Значительные ограничения, однако, препятствовали исследователям перевода на стенде доказательств в клинических ситуациях. Во- первых, в предыдущих исследованиях на животных, мТМС использовали для стимуляции всего головного мозга 12. Стимуляция всего головного мозга довольно сильно отличается от протоколов , используемых в исследованиях на людях 9. Другая проблема связана с длительностью стимуляции. Это, по меньшей мере, частично связано с тем, что эффективная система охлаждения была недоступна для маленьких катушек в прошлом.

В последние годы, семенных статьи были опубликованы предложения в отношении путей преодоления этих трудностей в эксперименте мТМС на маленьком мозга животных. С помощью этих моделей на животных, было обнаружено , что мозг крыс также показывает аналогичные изменения коры головного мозга возбудимости как у человека в ответ на низкочастотных МТР 13. Что еще более важно, клеточные и молекулярные механизмы МТР все чаще бейнг исследовали с использованием животных моделях МТР. Речь в данном случае является то , что особый тип ингибиторной интернейрон , как известно, наиболее чувствительной к прерывистой тета разрывного стимуляции 14. Грызун модели МТР, таким образом, открывают новые возможности для изучения столь искомых вопросы о молекулярных основ мТМС-индуцированных изменений. Если маленькие животные модели МТР могут быть использованы в большем количестве лабораторий, это может значительно ускорить и активизировать исследования в этой области.

Теперь мы опишем , как применить МТР к одностороннему полушарии головного мозга крыс, продолжение предыдущей работы 15. Изменения стимуляции индуцированных оценивали с помощью микро-позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) и мРНК микрочипов для изучения МТР-индуцированных изменений в стимулированной коре головного мозга.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Все процедуры с использованием животных были рассмотрены и одобрены Institutional Animal Care и использование комитета Сеульского национального университета больницы с.

1. Экспериментальная установка

  1. подготовка животных
    1. Разрешить Самцов крыс Sprague-Dawley крыс 1 неделю, чтобы адаптироваться к новой среде перед началом эксперимента.
      Примечание: Несмотря на то, 8-недельных крыс использовали в настоящем исследовании, проявочный или мозг взрослого человека может быть выбран в соответствии с научно-исследовательскими гипотезами.
  2. Ингаляционного наркоза для индукции
    1. Индуцировать и поддерживать анестезию с 5% и 2% изофлуран , растворенного в 40% / 60% и 25% / 75% кислорода / азота через камеру и носовой обтекатель, соответственно. Регулировка глубины анестезии до уровня отмены вывода педали рефлекс на носок щепотку, чтобы подтвердить правильность обезболивание.
      Примечание: Использование Awoken животных может быть лучшим выбором в поступательных терминах, но есть трудности удержать во время МТР и тэй склонны к чрезмерному стрессу.
    2. Монитор температуры тела с ректальным зондом и поддерживать его при температуре 37 ° С, используя теплокровных одеяло. Монитор глубины анестезии с помощью педали вывода рефлекс, температуру, частоту дыхания и частоту сердечных сокращений.
  3. Переключение на внутривенной анестезии для поддержания
    1. Подготовьте хвост с тампоном, смоченным спиртом. Катетеризировать боковую хвостовую вену с 24- го калибра венозного катетера для перехода к IV анестезии (рис 1А). Нагрузка пропофол внутривенно (1 мг / кг [· мин] в течение 10 мин, с использованием 10 мг / мл эмульсии) к животным. Прекратите изофлуран через 5 мин после начала загрузки пропофола.
    2. Поддерживать пропофола седации со скоростью инфузии 500 - 700 мкг / (кг · мин) в течение всего эксперимента, как и в предыдущем исследовании 16. Дополнение кислорода на уровне 0,8 л / мин через носовой конус.
      Примечание: Анестезия с пропофола, чтобы уменьшить потенциальное подавление возбудимости коры по inhalвания агента 17-19. Тем не менее, анестезия не является обязательным в опытах МРВ, и будит животные также могут быть использованы. методы анестезии должны решаться с учетом научных гипотез.
    3. Используйте ветеринарную мазь на глаза, чтобы предотвратить сухость под наркозом.
    4. Применение магнитной стимуляции (см section2) в течение 10 мин после полного перехода к внутривенной анестезии.
  4. условия восстановления
    1. Монитор жизненно важных функций во время фазы восстановления. Не оставляйте животное без присмотра, пока он не пришел в сознание достаточное для поддержания грудины лежачее. Если животное перенес операцию, не вернуть его в компании других животных, пока полностью не выздоровел.
      Примечание: Если операция для модели заболевания выполняется, послеоперационные боли управления необходимо. Тем не менее, управление боли не требуется для этого эксперимента МТР.

2. Повторные транскраниальной магнитной стимуляции

  1. Стимулятор и катушки
    1. Применение стимуляции с помощью повторяющихся стимулятора , который обеспечивает двухфазные стимулы через 25 мм по фигуре 8 катушкой. Найдите центр катушки 0,5 см латеральнее вершины на biauricular линии, и угловыми катушка 45 ° к земле.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Максимальная напряженность магнитного поля катушки 4,0 T. Магнитная катушка жестко закреплялись на встроенном держателе.
  2. порог двигателя
    1. Определения порога двигателя (МТ) в горячей точке, с центром катушки расположена на 0,5 см латеральнее вершины на biauricular линии и с поверхностью плоской на своде черепа. Это та же методология , используемая в предыдущем исследовании 20.
      Примечание: Определить MT как минимальная интенсивность стимула, напоминающей 5 или более ощутимым схваток на контралатеральной лапой на 10 последовательных стимулов. Проверьте, является ли стимуляция в первую очередь вызывает контралатеральной сокращение мышц, чтобы обеспечить одностороннее стимулирование.
    2. Применение мТМС
      1. Применить мТМС 10 мин после стабилизации глубокой анестезии. Поместите центр катушки на участке-мишени мТМС, выбранный из коры головного мозга в зависимости от вопросов исследования. Затем наклонить катушку для обеспечения прямого контакта между центром катушки и поверхностью черепа в точке стимуляции.
        Примечание: Например, угловатый Спиральные 45 ° по отношению к земле , чтобы минимизировать возможное прямое действие МРВ на контралатеральной коре (рис 1В и 1С).
      2. Тема животных на сессии 20-минутного мТМС одностороннего полушария. С помощью консоли программного обеспечения, поставить МТР с низкой частотой (1 Гц), высокочастотные (20 Гц), или фиктивный протокол стимуляции, а также установить интенсивность стимуляции на 100 - 110% от МП.
      3. Выполните 1 Гц стимуляции без отдыха. Использование программного обеспечения консольного ввода "1200" кадры для "20" мин). Для 20 Гц стимуляции, проводят 2 сек стимуляции с последующим 28сек отдыха. Использование программного обеспечения консольного ввода "1600" кадры для "20" минут.
      4. Для стимуляции мнимым, наклон катушки перпендикулярно (90 ° вращение) в своде черепа и поместите край катушки 2 см от поверхности головы (рис 1D). Закрепить держатель катушки плотно к главному устройству; нет необходимости удерживать катушку вручную в течение эксперимента.
        ПРИМЕЧАНИЕ: Для компенсации акустических и других неспецифических эффектов, различные протоколы фиктивных должны использоваться для различных протоколов стимуляции. Например, 1-Гц стимуляция фиктивный можно использовать для 1 Гц мТМС экспериментов.
    3. Охлаждение катушки
      1. Используйте систему водяного охлаждения для того, чтобы повторяющиеся магнитную стимуляцию в течение более 20 мин при 1- и 20-Гц частоты стимуляции (рисунок 2). Циркулируйте ледяную воду, окружающую всю длину катушки во время эксперимента, чтобы предотвратить перегрев, хотя температура катушки или стимулятора не контролируется.
        Примечание: Коммерчески доступные охлажденные катушки крысы также могут быть использованы.
      2. Если это возможно, контролировать температуру катушки путем просмотра нагревательного датчик машины МТР. ПРИМЕЧАНИЕ: Там не было каких-либо негативных последствий, связанных с стимуляции МРВ. Существует, однако, потенциальный риск ожога, если идентификация металла уха теги используются вблизи стимулирующего катушки.

    3. Micro Позитронно-эмиссионная томография

    1. подготовка животных
      1. Проведение ингаляционной анестезии для индукции и внутривенного наркоза для обслуживания (этап 1.2.1 и 1.3.1). Нанести 1 Гц мТМС животному в течение 10 мин при интенсивности стимуляции 100-110% от МП.
      2. Через пять минут после окончания стимуляции МРВ, вводят 1 мКи 2- [F-18] фтор-дезоксиглюкозы (18 ФДГ) , растворенного в 0,5 мл физиологического раствора внутривенно с помощью катетера в хвостовую вену. Разрешить 30 минут для 18 поглощения ФДГ. Примечание: Поместите крысу под наркозом в течение всего микро-PET эксперимент.
    2. анализ изображений
      1. С помощью ПЭТ-сканер для получения изображений мозга, чтобы подтвердить unilaterality стимуляции. Реконструировать изображения с 3-D итеративного алгоритма. Для оценки изменений в обмене веществ , вызываемых МТР, идентифицировать области , представляющие интерес (трансформирования) в изображениях поперечных срезов мозга 21.
    3. эвтаназия
      1. После выполнения изображений микро-ПЭТ, эвтаназии крыс в камере укажи с диоксидом углерода, в то время как крысы находятся в глубокой анестезии.

    4. мРНК Microarray

    1. эвтаназия
      1. Индуцировать и поддерживать анестезию с 5% и 2% изофлуран , растворенного в 40% / 60% и 25% / 75% кислорода / азота через камеру и носовой обтекатель, соответственно. Обезболить глубоко до уровня отмены вывода педали рефлекс на носок крайнем случае перед тем, обезглавлены.
      2. Обезглавьте крыс на эвтаназию 5 мин после 1 сессии 1-Гц МТР.
    2. урожай тканей
      1. Разложите материалы и хирургические инструменты в порядке использования, в том числе сложенных бумажных полотенец, кости костными кусачками, microscissors, большие хирургические ножницы, microforcep, скальпелем № 10 или 11, закрытой крышкой 10 см стеклянной чашке Петри заполнены льдом и трубки 1,5 мл. Подготовьте пластиковый пакет для утилизации туши.
      2. Сделать надрез по средней линии кожи в черепе anterioposteriorly. Попросту рассекают мягкие ткани и окружающие мышцы с помощью хирургических ножниц и удалить кусок кости черепа, используя кости костными кусачками. Быстро рассекать свежий мозг тщательно из черепа. Затем положите ее на лед, используя microforceps и microscissors. Ополосните мозговую ткань в ледяной нормального физиологического раствора.
      3. Перенести мозг сухой лед немедленно, а затем хранить его при температуре -80 ° С в трубке до дальнейшей обработки.
      4. Разморозить ткани мозга до сбора урожая.
      5. Поместите мозг спинной стороной вверх, и урожай ткани мозга от стimulated кору головного мозга (вокруг горячего пятна в первичной моторной коре) на льду с помощью microforceps и microscissors. Поместите заготовленной ткани в 1,5 мл трубки.
    3. подготовка РНК
      1. Экстракт тотальной РНК из гомогенатов тканей с использованием реактива для лизиса 22. Процесс ДНКазой пищеварения и очистки процедур. Количественно образцы РНК и аликвоты и хранить их при температуре -80 ° С до использования.
      2. Для контроля качества, оценить чистоту и целостность РНК с помощью гель-электрофореза в денатурирующем, при соотношении OD 260: 280, и анализируют их на коммерчески доступного анализатора.
    4. Этикетировочное и очистка
      1. Amplify и очищают тотальной РНК с использованием коммерчески доступного набора для амплификации РНК с получением биотинилированного кРНК. Если коротко, то обратный транскрибировать 550 нг тотальной РНК в кДНК с использованием Т7 олиго (дТ) праймера. Обобщить и в пробирке транскрибировать второй нити кДНК , а затем пометить его с биотин-NTP.
      2. После того, как PURфикация, количественную оценку кДНК с использованием спектрофотометра.
    5. Гибридизация и экспорта данных 23
      1. Используйте выражение beadchip для анализа экспрессии мРНК. Гибридизацию меченных 750 нг кДНК образцов для каждого выражения шарика массива крысу-12 в течение 16 - 18 ч при 58 ° С. Провести обнаружение сигнала массива с помощью стрептавидин-Су3.
      2. Сканирование массивов с конфокальной сканера. Выполните обработку экспорта данных массива и анализ с использованием коммерчески доступного программного обеспечения.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Пятнадцать 8-недельные самцы Sprague-Dawley крыс были использованы для отдельного анализа надежности между оценщик определения МТ. Используя пальпацию подергивание мышц, МЦ были получены у всех крыс и измеряется как 33,00 ± 4,21% максимального выхода стимулятора (% MSO) и 33,93 ± 0,88% MSO, соответственно, двумя независимыми исследователями. смещения Бленд-Альтман был -0,93, а 95% пределов соглашения были -9.13 до 7.26%.

В эксперименте микро-ПЭТ на шести 8-недельных крыс (N = 4 в мТМС 1-Гц, и п = 2 в группе с имитацией МРВ), поглощение 18 F-ФДГ в трансформирования рассчитывали как усредненный нКи / см после калибровки обоих ипсилатеральных и контралатеральной кору головного мозга в одних и тех же изображений. Радиоактивность в контрлатеральной области был использован в качестве эталона для нормализации данных, полученных в ипсилатеральной области, и рассчитывали отношение дифференциальное поглощение (DUR).Средние DURs, полученные из трех следующих друг за другом поперечных изображений были усреднены для получения DURs для крыс. Это та же методология , используемая в предыдущем исследовании 21. 18 ФДГ-ПЭТ снимки показали , фокусное увеличение метаболизма глюкозы в вынужденном левой корковой области в группе 1-Гц, поддерживая unilaterality из МТР (рисунок 3).

В исследовании микрочипов мРНК, качество гибридизации и общей производительности чипа контролировали путем визуального осмотра обоих проверок внутреннего контроля качества и сырых сканированных данных. Массив данных были отфильтрованы в соответствии с детектированием значение р <0,05 (по аналогии с отношением сигнал-шум), по меньшей мере, 50% образцов (требуется более высокое значение сигнала для получения определения значения р <0,05). Выбранное значение сигнала ген был нанят логарифм и нормализованы с помощью метода квантиль. Статистическая значимость выражения дата определяли с помощью теста Манна-Уитни U и сложите изменения, в которых нулевая гипотеза заключалась в том, что не существует различий между 1 Гц МТР (п = 4) и фиктивные группы (п = 4). Частота ложных обнаружения контролируется регулированием значения р с помощью алгоритма Benjamini-Höchberg. После нормализации и фильтрации, показывая значительные мРНК дифференциальные выражения (| изменить раза | 1,2, р <0,05) были выбраны. В результате уровни экспрессии непосредственных ранних генов были в группе мТМС значительно выше , чем в группе мнимым, с выражениями дуги, Junb и генов Egr2 повышающей регуляции (фиг.4А).

Кроме того, мы измерили BDNF мРНК выражения в вынужденном и контралатеральной коры головного мозга после того, как 5 дней подряд 20-мин МРВ (N = 5 каждый в 1 Гц и 20 Гц) групп. После стимуляции 1 Гц, BDNF экспрессия мРНК была значительно ВЫСОг в вынужденном коре , чем в контралатеральной одной (рис 4В). Это показало, дифференциальные МТР-индуцированные изменения в стимулированных и контралатеральной кору головного мозга.

Рисунок 1
Рисунок 1. Экспериментальные настройки. (А) внутривенный катетер вставлен в боковую хвостовую вену (стрелки), и носовой обтекатель используется для анестезии с изофлуран, а также для кислорода добавки после переключения на внутривенное пропофола. (В ) Спинной переднелатеральную вид во мТМС. (вид задней C) спинной. Поверхность катушки фигурное из-8 ангулейтд 45 ° к основанию , чтобы свести к минимуму возможность прямой стимуляции контралатеральной коры головного мозга. (D) Схематическое изображение фиктивных МТР. Катушка помещается 2 см от и наклонена перпендикулярно (поворот на 90 °)в своде черепа. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

фигура 2
Рисунок 2. Система охлаждения использует Водно-циркуляционный насос с двигателя. Лед упаковка на медные провода катушки не требуется, так как система охлаждения enwrapping кабель катушки достаточно для охлаждения тепла , производимого на медных проволок. Поверхность катушки не находится в прямом контакте с ледяной водой. Система охлаждения активна во время сеансов стимуляции.

Рисунок 3
Рисунок 3. позитронно - эмиссионной томографии (ПЭТ) изображения. (А) корональные разделы микро-ПЭТ изображенийкрыса , полученный с использованием 2- [F-18] фтор-дезоксиглюкоза, показывая повышенный метаболизм глюкозы в местной стимулированного коре после 1-Гц мТМС в течение 10 мин при 100% МТ (стрелки). (B) Соотношение поглощения ФДГ при вынужденном / контралатеральной коры в 1-Гц (п = 4) и фиктивным мТМС группа (п = 2). Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 4
Рисунок 4. мРНК микрочипов генов предраннего и BDNF. (А) дуги, Junb и Egr2 были дифференцированно выражены, которые были определены на микрочипе полученные через 5 мин после 1 сессии по 1 Гц мТМС, упорядоченные по кратному изменению. Уровни экспрессии генов были значительно выше в группе МРВ (N = 4) тхап в группе фиктивный (п = 4) (р <0,05 с Манна-Уитни тест U), с выражениями генов Arc, Junb и Egr2 активируемых. (В) Через 5 дней подряд 20-мин 1 Гц мТМС, BDNF экспрессия мРНК была в вынужденном коре значительно выше , чем в контралатеральной стороне (* р <0,05, Критерий Уилкоксона). Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Основная цель данного исследования состояла в том, чтобы ввести животную модель односторонних МТР. Хотя одностороннее стимулирование является одним из наиболее фундаментальных характеристик исследований человека МТР, многие исследования не принимали его в маленьких животных. Тем не менее, Ротенберг и др. 15 записано контралатеральной MEPs при стимуляции 100% МП с помощью катушки фигура-8 с наружным диаметром лепестка 20 мм, в то время как стимуляция с 112,5% и 133,3% MT производства Ипсилатеральная, а также контралатеральной евродепутатов. Это может быть потому, что большое индуцированное электрическое поле может влиять на контралатерального полушария. Таким образом, наше исследование является продолжением этой предыдущей работы 15,24, путем перемещения катушки более бокового наклона и это , чтобы подчеркнуть одностороннее стимулирование. Основная цель данного исследования была достигнута , потому что мы подтвердили , что микро-ПЭТ выявлено локальное повышение метаболизма глюкозы в вынужденном коре головного мозга после МТР (рисунок 3).

jove_content "> Место и ангуляция катушки являются критически важными шагами в этом эксперименте. Односторонний стимуляция возможна путем размещения по центру мТМС катушки 1 см латеральнее вершины на biauricular линии и наклонных катушки 45 ° к основанию. Стимуляция сайт может отличаться от первичной моторной коры (М1), в зависимости от состояния, что исследователи хотят предназначаться с МРВ. например, для ослабления депрессии, дорсолатеральная префронтальной коры (ДЛПФК) стимулируется с МРВ, но порог двигателя, которая также измеряется в M1, определяет интенсивность стимуляции даже для ДЛПФК мТМС Аналогично, точка доступа - 0,5 см. сбоку от вершины на biauricular линии - был использован для определения порога двигателя в настоящем исследовании более боковой коры головного мозга - 1 см. сбоку по отношению к вершине - был намеренно выбран для обеспечения unilaterality стимуляции и исследовать молекулярные изменения МТР-индуцированные.

ve_content "> Что касается напряженности магнитного поля в ткани, в предыдущем исследовании моделирования методом конечных элементов на индуцированного электрического поля в головном мозге мышей, индуцированное электрическое поле на 70 мм по фигуре 8 катушки при 75% MSO достиг примерно 150 В / м на поверхности мозга и в коре головного мозга. напряженность электрического поля резко снизилась , как увеличение расстояния, показывая максимальную глубину с силой более 100 в / м было всего 1,9 мм для фигурного-8 катушки 25 на 70 мм. в другом крысы исследование, на глубине 10 мм наведенный напряженность электрического поля уменьшилась до 25% , что на поверхности 26 мозга. Интересно отметить , что область половинной мощности (HPR) был максимально широким ~ 7 х 7 мм (0,51 см 2) , даже если 25 мм фигуре 8 катушка была использована 25. Хотя конкретные цифры не были предназначены для 70 мм фигурного 8 катушки, Сальвадор и Миранда отметил , что HPR для катушки 70 мм больше , чем у катушки 25 мм. Так как мы хотели предотвратить HPR от освещенияконтралатеральной полушарии, мы выбрали место 1 см сбоку от средней линии. Наклонный было неизбежным для обеспечения прямого контакта между центром катушки и поверхностью черепа в точке стимуляции.

Анестезия может потенциально снижать возбудимость нейронов, метаболизм глюкозы и экспрессию генов. Haghighi и др. показали , что изофлуран при концентрации 0,5% значительно депрессии электрических транскраниальной MEPs записанных от крыс 17. С другой стороны, во время Евродепутаты инфузии пропофола достигает 40 мг / кг [· ч] были сохранены, с амплитудами оставшихся больших у крыс 18. В человеческом исследовании, не потенциалы соединения мышц действий (CMAP) во время изофлуран анестезии не было обнаружено. Тем не менее, 333 Гц, четыре импульса магнитная стимуляция вызывала CMAP в мизинца мышцы у 75% больных, а в передней большеберцовой мышцы у 65% больных, во время анестезии пропофолом 19. Использование Awoken животных может быть лучшим выбором в Physiological аспекты, но они не так легко сдерживать во время МТР и склонны к стрессовым условиям.

В устранении неполадок, простой кулер, который используется с водой циркуляционного насоса позволило нам увеличить продолжительность стимуляции в течение более чем 20 минут даже при частоте стимуляции 20 Гц. Это важно, поскольку она позволяет так много раздражений как в протоколах МТР для человека. Охлаждение катушки фигура-8 только с портативной ледяной мешок воды было недостаточно, чтобы обеспечить стимуляцию более чем на 20 мин. Долговременность мТМС у мелких животных предоставит возможность для глубокого изучения молекулярных механизмов МТР. Коммерчески доступные охлажденные катушки крысы будут разумные альтернативы.

Существовали некоторые ограничения в этом эксперименте. Во-первых, только двухфазный импульс был доступен, который был ограничением машины мТМС мы использовали. будут необходимы дальнейшие исследования, изучающие влияние различных импульсов и сигналов.Во-вторых, мы приняли прагматичный подход для определения порога двигателя при пальпации. Хотя этот метод может быть ниже методов ЭМГ с точки зрения точности, он легко воспроизводим и применим ко многим научных гипотез. Например, если основной целью исследователя было изучить различия между первичной моторной коре головного мозга и смежных subcortices в мТМС-индуцированного гена или экспрессии белка, более точное определение порогового значения двигателя будет необходимо. Если исследователь, тем не менее, хотел проанализировать мТМС индуцированную профили экспрессии генов в дорсолатеральной префронтальной коры головного мозга ткани, настоящее прагматичный подход может быть достаточно, потому что расстояние и угол между тканью-мишенью и катушкой может слегка изменяться во время движения катушки от M1 до площади ДЛПФК. В-третьих, хотя мы успешно применяется МТР на одностороннее полушарие головного мозга крысы, до сих пор стимуляция не так, как фокусное МТР в человеческом исследований. Вызванная сильное электрическоеполе от ~ 0,5 см 2 на менее чем на 10 см 2 поверхности мозга крысы кажется относительно более диффузным , чем в человеческой полусферической поверхности ~ 2500 см 2 27. Однако мы полагаем, что модель , представленная здесь , может быть использован для выяснении молекулярные механизмы МТР, позволяя анализ межполушарной разницы в его влиянии.

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

Поведение выпуск 116 транскраниальная магнитная стимуляция нейронная пластичность модели животных кора головного мозга позитронно-эмиссионная томография непосредственные ранние гены биомедицинской инженерии
Повторные транскраниальной магнитной стимуляции к одностороннему полушарии мозга крысы
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