مقالة منهجية

الدماغ التصوير المصدر في ما قبل السريرية الفئران نماذج من الاتصال الصرع باستخدام عالية الدقة EEG تسجيلات

DOI:

10.3791/52700

⸱

يونيو 6, 2015

 ,  ,  , 
1Biomedical Engineering, Florida International University

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يقدم هذا الفيديو إجراءات التحضير والتسجيل وتحليل المصدر لمخطط كهربية الدماغ عالي الدقة على الفئران المخدرة مع نموذج ما قبل السريري المعين للصرع البؤري في ظل ظروف غير جراحية.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
تم استخدام

مخطط كهربية الدماغ (EEG) تقليديا لتحديد مناطق الدماغ الأكثر احتمالا للاستئصال في مرضى الصرع البؤري. تعتمد هذه المنهجية على افتراض أن النوبات تنشأ من نفس مناطق الدماغ التي تنشأ منها إفرازات الصرع البيني (IEDS). النماذج قبل السريرية مفيدة جدا للعثور على الارتباطات بين مواقع العبوات الناسفة والمناطق الفعلية الكامنة وراء بدء النوبات في الصرع البؤري. تم استخدام الفئران بشكل شائع في الدراسات قبل السريرية للصرع1. وبالتالي ، هناك مجموعة كبيرة ومتنوعة من نماذج الصرع البؤري في هذا النوع المعين. ومع ذلك ، من الصعب تسجيل مخطط كهربية الدماغ متعدد القنوات وإجراء تصوير مصدر الدماغ في مثل هذا الصغير. للتغلب على هذه المشكلة ، قمنا بدمج تقنية حاصلة على براءة اختراع للحصول على تسجيلات مخطط كهربية الدماغ من 32 قناة من القوارض2 وأطلس احتمالي التصوير بالرنين المغناطيسي للهياكل التشريحية للدماغ في فئران ويستار لإجراء تصوير مصدر الدماغ. في هذا الفيديو ، نقدم إجراءات الحصول على مخطط كهربية الدماغ متعدد القنوات من فئران Wistar المصابة بخلل التنسج القشري البؤري ، ونصف الخطوات لتحديد نموذج موصل الحجم من أطلس التصوير بالرنين المغناطيسي ولتحديد العبوات الناسفة بشكل فريد. أخيرا ، نقوم بالتحقق من صحة المنهجية بأكملها من خلال الحصول على صور مصدر الدماغ للعبوات الناسفة ومقارنتها بتلك التي تم الحصول عليها في أطر زمنية مختلفة أثناء ظهور النوبة.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

لقد ثبت أن إفرازات الصرع بين البكتيريا (IDs) التي لوحظت من مخطط كهربية الدماغ تشكل علامات مفيدة لتكوين الصرع في المرضى الذين يعانون من الصرعالبؤري 3. يمكن في الممارسة العملية تحديد المناطق داخل الدماغ التي تنشأ منها هذه العبوات الناسفة ، والتي تسمى المناطق المهيجة ، بناء على تسجيلات مخطط كهربيةالدماغ 4. تعتبر النماذج قبل السريرية ضرورية للعثور على الارتباطات بين هذه المناطق المهيجة والمناطق الفعلية الكامنة وراء بدء النوبة. ومع ذلك ، فإن تسجيل مخطط كهربية الدماغ من الصغيرة يمثل تحديا بسبب مساحة سطح الرأس الصغيرة مقارنة بفروة رأس الإنسان. على الرغم من أنه يمكن استخدام الطرق الغازية للتسجيل المزمن في الفئران5 ، 6 ، إلا أن التقنيات غير متوفرة في هذه اللحظة للحصول على تسجيلات مخطط كهربية الدماغ التقليدية على القوارض في ظل ظروف حادة دون الحاجة إلى التخدير.

لحل هذه المشكلة ، نطبق غطاء EEGmini-cap 2 الحاصل على براءة اختراع ، والذي يسمح لنا بتسجيل بيانات EEG المكونة من 32 قناة من القوارض بشكل غير جراحي. في هذه الدراسة ، نقدم أيضا أدلة حول الحاجة إلى مسكن للحفاظ على تواتر العبوات الناسفة. لذلك ، على الرغم من أن تثبيت غطاء مخطط كهربية الدماغ المصغر قد تم إجراؤه تحت الأيزوفلوران ، فقد تم الحصول على تسجيلات مخطط كهربية الدماغ مع الفئران فقط تحت التخدير (dexdomitor)7. يمكن استخدام الطريقة المقترحة في هذه الدراسة في أي نموذج فئران قبل السريري للصرع البؤري. لتوضيح قدرات هذه المنهجية ، نطبقها لفهم الارتباطات بين المناطق التهيجة ومناطق ظهور النوبات في خلل التنسج القشري البؤري (FCD). تحقيقا لهذه الغاية ، نستخدم نموذج "الضربة المزدوجة" ل FCD8 في فئران Wistar.

لإجراء تحليل مصدر الدماغ ، يلزم إلى: أ) استخراج العبوات الناسفة بدقة من البيانات الأولية لمخطط كهربية الدماغ و ب) الحصول على نموذج موصل حجم لرأس الفردي. لإنشاء نموذج عملي لموصل الحجم ، نستخدم أطلس التصوير بالرنين المغناطيسي للفئران في الجسم الحي ، والذي يشتمل على صور متوسطة للكثافة / الشكل ويتم الحصول عليها عن طريق التسجيل غير الخطي لصور T2 ل 31 فأرا من Wistar9. تم حساب النموذج الأمامي لموصل الحجم المتولد بطريقة عنصر الحدود (BEM) 10. كما هو الحال في البشر ، تم اكتشاف نمطين نموذجيين من العبوات الناسفة (الموجات الحادة والمسامير) وتصنيفهما إلى مجموعات مختلفة من خلال استخراج الميزات الذكي واختيار الميزات وعمليةالتصنيف 11. تستخدم هذه الإشارات المصنفة الفرعية لتقدير توطين مصدر الدماغ المرتبط بأنواع مختلفة من المناطق المهيجة. نقدم خطوات تحليل المصدر باستخدام برنامج عام معروف يسمى Brainstorm12. تم إجراء توطين مصدر مخطط كهربية الدماغ لكل نوع فرعي من العبوات الناسفة والأطر الزمنية لبدء النوبات باستخدام التصوير المقطعي الكهرومغناطيسي القياسي منخفض الدقة في الدماغ (sLORETA) 13 ، وهو متاح في Brainstorm.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

بيان الأخلاق: يتم تنفيذ كافة التجارب التالية السياسات التي وضعتها اللجنة رعاية واستخدام الحيوان المؤسسي (IACUC) في جامعة فلوريدا الدولية (IACUC 13-004).

1. EEG تسجيلات

  1. إعداد EEG ميني كاب
    1. تزج نصائح القطب من EEG مصغرة سقف لا يقل عن 12 ساعة في الماء المقطر مع كلوريد 0.2٪. شطف EEG ميني كاب بلطف في الماء المقطر. تجفيف الغطاء والأقطاب في الهواء.
    2. مزيج EEG لصق الكهربائي مع 0.9٪ كلوريد الصوديوم الحل في نسبة حجم 2: 1. أضف قطرة من الميثيلين الأزرق، والتي سوف تساعد على تصور لصق الكهربائي داخل الأقطاب وعلى الجلد. اتخاذ عجينة مختلطة في حقنة. تأكد من عدم وجود فقاعات الهواء في حقنة. حقن الجل في كل من 32 الأقطاب، وملء لهم دون إدخال أي فقاعات الهواء. فمن المستحسن لحقن من أسفل بدلا من الأعلى. وهذا يوفر أفضل الملحقات وقوات الأمن الخاصة لكل قطب كهربائي، ويقلل من إمكانية امتداد هلام.
    3. بدوره على EEG ونظام تسجيل الفسيولوجية، وفتح برنامج تسجيل المقابلة على جهاز الكمبيوتر قيد الاستخدام.
  2. إعداد الحيوانية والتخدير
    ملاحظة: تم إنشاء الصرع المزمن باستخدام بروتوكول لFCD 8 في فئران ويستار. أجريت تسجيل EEG في فئران ويستار البالغة (8 أسابيع من العمر، 300-400 ز).
    1. تسجيل وزن الفئران في ورقة التجربة. استخدام هذه المعلومات لحساب الجرعة المهدئة (dexdomitor 0.25 ملغ / كلغ). حمل التخدير في الفئران بنسبة 5٪ الأيزوفلورين و 100٪ من الأكسجين (1 لتر / دقيقة في 14.7 رطل).
    2. بعد خفض رأس الفئران، والحد من الأيزوفلورين إلى 2٪ والمحافظة عليه أثناء الإعداد الكامل للEEG مصغرة الغطاء. تحقق ردود الفعل الفئران غائبة (أخمص القدمين قرصة). وضع فأر على وسادة التدفئة في الجهاز التجسيمي عن طريق تحديد قنوات الأذن باستخدام قضبان الأذن. التأكد من مخروط الأنف التخدير آمن.
    3. ا ف برقائق مرهم للعين زيوت التشحيم إلى كل عين.
    4. حلق الشعر الزائد على رأس الفئران وآذان باستخدام الحلاقة. تجنب أي نزيف أثناء الحلاقة.
      ملاحظة: أي شعر تركت على الجلد سوف تنتج الضوضاء في التسجيلات EEG. فرك جلد الفئران مع 90٪ ايزوبروبيل لتحفيز الأوعية الدموية وإزالة الشحوم والجلد.
    5. وضع مسحة المالحة على فروة الرأس وتغطية تماما للحفاظ على حسن تصرف الجلد حتى EEG مصغرة الحد الأقصى هو على استعداد لوضعها.
    6. توصيل الحرارة والتنفس، وثلاثة تحقيقات الكهربائي الرصاص. لاحظ أن درجة الحرارة تقاس التحقيق المستقيم. رصد مستمر في علم وظائف الأعضاء من الفئران خلال إجراءات التسجيل. تأكد من أن درجة الحرارة العادية هي 37 ° C، مجموعة التنفس هو 30 - 60 نفسا في الدقيقة، ومعدل ضربات القلب حوالي 350-450 نبضة في الدقيقة.
  3. إجراءات تسجيل
    1. إزالة مسحة المالحة على فروة الرأس الفئران ووضع استعداد EEG مصغرة جا ف ب على جلدها. إصلاح قبعة صغيرة مع الأربطة المطاطية. مكان واحد الشريط المطاطي على الجانب الأمامي من فروة الرأس، وعادة أمام العينين، وفرقة أخرى في الجزء الخلفي من فروة الرأس بين الأذنين والرقبة. استخدام واقي بلاستيكي تحت الرقبة لتسهيل التنفس الطبيعي.
    2. وضع طبقة من تصرف عالية عجينة الكهربائي على كل من أقطاب الأرض، وإشارة. وضعها على الأذن منها.
      ملاحظة: القطب إشارة يمكن ربما وضعت في أماكن أخرى.
    3. ربط EEG مصغرة سقف لمكبرات الصوت ومراقبة معاينة للطاولة العمل لمقاومة القطب. تحقق أداء جميع الأقطاب. لتسجيل عالي الجودة، وضمان أن قيمة مقاومة هي في حدود 5-30 أوم. إذا كان هناك أي أقطاب صاخبة، وتوفير أفضل اتصال مع فروة الرأس إما عن طريق نقلها داخل سقالة نحو فروة الرأس بلطف عن طريق الحقن أو أكثر هلام من أعلى القطب.
    4. إدارة dexdomitor (0.25 ملغ / كلغ) intraperitoneally وعلى الفور خفض معدل الأيزوفلورين إلى 0٪. إذا كان معدل التنفس ليست ضمن 30-60 نفسا في نطاق دقيقة، البدء في زيادة معدل الأيزوفلورين بلطف. لا تتجاوز قيمة 1٪ الأيزوفلورين. رصد هذه الخطوة بعناية لأن خليط من الأيزوفلورين وdexdomitor قد يدفع الحيوانات لحالة حرجة.
      ملاحظة: في نموذج ما قبل السريرية الصرع البؤري، الأيزوفلورين يؤثر العبوات الناسفة، في حين dexdomitor لا. المواضيع قيد الأيزوفلورين لديها أضعف الملكية المولدة للصرع، أي يمكن أن يتم الكشف عن عدد أقل نسبيا العبوات الناسفة مقارنة مع غيرها من الشروط 7،14. الجرعة dexdomitor فعالة لمدة 2 ساعة. وهكذا، لتوفير الوقت لتأثيره، أجريت إعداد تحت الأيزوفلورين.
    5. إجراء تسجيلات EEG. بعد التسجيل، بمناسبة مواقف الدوائر البروز ثلاثة من ميني كاب EEG على الجزء العلوي من الجلد عن طريق إدخال القلم اللون بداخلها قبل EEG ميني كاب وإزالتها. استخدامها كما المعالم للتصوير بالرنين المغناطيسي المشترك-registration. التقاط صورة للرئيس الفئران مع المعالم. وضع الفئران إلى داخل القفص ومراقبة ذلك حتى الشفاء الكامل من تأثير dexdomitor ل.
      ملاحظة: في هذه التجربة، تم استخدام اللون الأحمر (لون الخصم إلى اللون الأخضر) لتمييزها عن مواقف القطب (الخضراء). ومع ذلك، فمن المستحسن استخدام الألوان الأخرى (الأرجواني / الأخضر) إذا لوحظت بقع نزيف صغيرة في الجلد.

figure-protocol-1
الشكل 1. صورة للEEG ميني كاب وضعت على الفئران معين.

الرجاء النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

2. الدماغ المصدر التصوير

  1. تصنيف العبوات الناسفة
    ملاحظة: يتم تنفيذ كشف العبوات الناسفة وتصنيف استخدام رموز الذاتي المتقدمة في MATLAB على أساسدراسة سابقة 15. هذا البرنامج سوف تكون متاحة حسب الطلب.
    1. تجاهل قنوات صاخبة عن طريق التفتيش بصريا استشفاف EEG. إزالة القطع الأثرية رسم القلب باستخدام أسلوب التلقائي لالطرح الموجي الدوري، والذي يستند إلى قالب وتحليل الارتباط.
      ملاحظة: عادة، والمجرب الذي سجل EEG يشارك ورقة التجريبية كتب لوحظ معلومات القناة سيئة على أساس القيم مقاومة. وبرنامج لإزالة القطع الأثرية رسم القلب تكون متاحة أيضا حسب الطلب.
      figure-protocol-2
      الشكل 2. مثال على أثر EEG تظهر أنواع مختلفة من العبوات الناسفة. ويشير مربع أحمر نوع واحد من العبوات الناسفة.
      الرجاء النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
    2. تطبيق عامل تصفية الفرقة تمرير الترددات مع قطع من 3-150 هرتز والشقتصفية لإزالة تردد الخط (60 هرتز بشكل عام و 50 هرتز في بعض البلدان) حاليا المكون.
    3. كشف نوعين من العبوات الناسفة (المسامير وموجات حادة). المسامير وموجات حادة تشكل أحداث الكهربائية الكبيرة من 20-70 مللي و70-200 مللي ثانية في مدة على التوالي. لذلك، بعد تطبيق كل منها مرشح الفرقة تمرير (الترددات قطع من 15-50 هرتز للطفرات و5-15 هرتز لموجات حادة)، تم الكشف عن العبوات الناسفة على أساس السعة عتبات 15.
      يتم تعيين عتبات تلقائيا إلى 4σ النحو المقترح في دراسة سابقة للنشاط المتعددة الوحدات 15: ملاحظة. هنا، σ هو الانحراف المعياري المقدر للإشارة تصفية ممر الموجة، σ = متوسط ​​{| إشارة تصفيتها | / 0.6745}.
    4. تصنيف الفرعية المسامير وموجات حادة في مجموعات مختلفة. السمات المميزة للطفرات مختلفة وموجات حادة يتم استخراج باستخدام المويجات تحويل 15. هم الفرعيين تصنيفها إلى مجموعات متعددة باستخدام وسائل-ك،ويتم تحديد الأمثل عدد الكتلة ك باستخدام صورة ظلية.
    5. متوسط ​​الإشارات المصنفة الفرعية ضمن نفس المجموعة. وسيتم استخدام متوسط ​​إشارات EEG لكل نوع فرعي العبوات الناسفة لتحليل مصدر الدماغ.
  2. حجم نموذج موصل
    ملاحظة: للحصول على الأقسام التالية، والبرمجيات مفتوحة المصدر، العصف الذهني 12، وسوف تستخدم مع أطلس MRI للفئران ويستار 9. ومع ذلك، MRI الفئران الفردية يمكن أن تستخدم أيضا لتوليد نموذج موصل حجم إذا كانت متوفرة. أطلس MRI 9 يمكن تحميلها في http://www.idac.tohoku.ac.jp/bir/en/ . يوفر هذا الموقع الأطلس كتنسيق NIFTI تحت القسم "ويستار الفئران MRI أطلس"، وأنها يمكن أن تكون في متناول بعد التسجيل. البرامج المطلوبة لمرحلة ما قبل المعالجة يمكن العثور عليها أيضا في هذا الموقع.
    1. MRI المدخلات وسطح الدماغ لبرنامج 12.
      figure-protocol-3 الرجاء النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
    2. توليد سطح الرأس مع الإعداد الافتراضي.
      figure-protocol-4
      الرجاء النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
    3. توليد فروة الرأس والجمجمة الداخلية / السطوح الخارجية استنادا إلى التصوير بالرنين المغناطيسي لحساب الحقل الرصاص 12.
      ملاحظة: إن القرار من القمم يؤثر على دقة المصدر المقدرة، ولكن عدد كبير من نتائج القمم في التعقيد الحسابي عالية. أوصى عدد من القمم من كل طبقة هو 642 لدقة مقبولة مع التعقيد الحسابي عادل. سمك الجمجمة يمكن التحقق من MRI، وفي حالة الأطلس MRI، فمن حوالي 1 مم. بعد إدراج القيم المذكورة أعلاه في برنامج الموافق مثلث جها قمة الرأس تنسجم لوسيتم إنشاء كل سطح.
      figure-protocol-5
      الرجاء النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
    4. تحقق أولا من اتجاه وموقع كل سطح فيما يتعلق MRI باستخدام الخيار التصور. تعديل وفقا لذلك، إن وجدت الأسطح ليست 12 مسجلة CO.
      figure-protocol-6
      الرجاء النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
    5. استخدام الصورة رأس الفئران المكتسبة في 1.3.5. شارك في تسجيل مواقف المعالم 3 (R1، R2، R3 و) في التصوير بالرنين المغناطيسي. استخدام نقاط الشبكة من المعالم كما يشير إلى زenerate مواقف القطب كما هي ثابتة الأقطاب على منصة الاعدام (الشكل 3B).
      figure-protocol-7
      الشكل 3. (A) الجرذ الصورة الرأس المستخدمة للحصول على المراكز الكهربائي و (ب) EEG ميني كاب الرسم مع نظام الإحداثيات. النقاط الحمراء في الفقرة (أ) تشير إلى المعالم المذكورة في 1.3.5. والتي تتوافق مع الأرقام الحمراء في (B). أيضا، علامات خضراء في (A) تصور مواقف القطب 32 عاما، وأنها تتوافق مع الأرقام الزرقاء في (B).
      الرجاء النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
    6. توليد N × 3 القطب موقف مصفوفة على أساس معالم 3. هنا، N هو عدد من القنوات (N = 32) ويمثل العمود المقابلة X، Y، Z وتنسيق القيم.
      ملاحظة: EEG مصغرة الحد الأقصى هو سقالة جامدة. لذلك، مرة واحدة ويتم الحصول على شبكات المرجع 3 (R1، R2، R3 و)، يتم تعيين موضع الأقطاب تلقائيا. سوف يحتاج المستخدم فقط إلى إعادة تعريف القيم Z على هذه الطريقة أن الحد الأقصى للصغير ومن المتوقع على فروة الرأس بشكل مناسب. شبكات نقطة N يمكن أن يتم ترقيم بالتسلسل كما هو مبين في الشكل 3B الأرقام الزرقاء. السقالة القياسية لEEG ميني كاب متاح تجاريا (جدول المواد). برنامج لالمشارك التسجيل متاح للمجتمع أيضا.
    7. إدخال ملف القناة الذي تم إنشاؤه.
      figure-protocol-8
      الرجاء النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
    8. عرض وتأكيد موقع كل الأقطاب. تعديل أي الأقطاب في غير محله 12. تنسيق النظام النهائي للالكهربائيةمواقف دي يجب أن تتزامن مع نظام الإحداثيات المستخدمة في الأسطح المذكورة أعلاه.
      ملاحظة: الأسطح التي تم إنشاؤها يمكن أن تفقد البصر على التصوير بالرنين المغناطيسي باستخدام الخيار التصور، وبعد ذلك، سيتم عرض سطح اختياره الخط الأصفر على التصوير بالرنين المغناطيسي "MRI تسجيل تحقق MRI تسجيل / سطح". بالإضافة إلى ذلك، يمكن عرض المعالم 3 وظائف الكهربائي 32 على التصوير بالرنين المغناطيسي من خلال تحديد خيار الأدوات "، ومجسات العرض MRI عارض." المواقع يمكن أن يتم فحص البصر عن طريق مقارنة توزع على أساس العين والأذن مواقع فأر ( الشكل 4).
      figure-protocol-9
      الرقم 4. أطلس (A) MRI مع سطح المسجلة شارك الدماغ (الخط الأصفر)، (B) التي تم إنشاؤها حجم نموذج موصل مع الانحياز 32 الأقطاب و3 معالم (النقاط الحمراء)، والأطلس (C) MRI مع مسجل المشترك المرجع erence شبكة R1.
      الرجاء النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
  3. التصوير المصدر الدماغ
    1. حساب النتيجة في مصفوفة الحقل 13. إدخال القيم الموصلية التي تلبي نسبة من الجلد، والجمجمة، والدماغ 1: 1/80: 1. الحصول على مصفوفة الحقل الرائدة استنادا إلى نموذج موصل حجم ومواقف الكهربائي التي تم إنشاؤها في 2.2.
      ملاحظة: إن الأدوات 12 تقدم التفاعل مع البرامج الأخرى لحساب BEM 10. لذلك، ومطلوبة فقط القيم الموصلية كإدخال.
      figure-protocol-10
      الرجاء النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
    2. إدخال متوسط ​​إشارات EEG لكل نوع فرعي العبوات الناسفة المخزنة في 2.1.4.
      "SRC =" / ملفات / ftp_upload / 52700 / 52700vis7.jpg "/>
      الرجاء النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
    3. الحصول sLORETA حل 13 على أساس المحسوبة مصفوفة الحقل الرصاص وإشارات الدخل EEG. عن طريق اختيار الخيار طريقة تقدير المصدر، فإن الحل معكوس يمكن الحصول على 12.
      figure-protocol-11
      الرجاء النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
    4. مؤامرة مصادر المقدرة.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

حالما يتم الانتهاء من جميع الإجراءات بشكل صحيح، مصادر المقدرة يمكن تصور في سطح الدماغ من نموذج ما قبل السريرية ويبين الشكل 5 المصادر المقدرة من معين واحد نوع فرعي من كعب (أعلى) وموجات حادة (القاع) من العبوات الناسفة. بالإضافة إلى ذلك، الشكل 6 يعرض كيف يتغير توزيع مصدر في أطر زمنية متتابعة خلال إنشاء النوبة. هذه النتائج تدعم قدرة المنهجيات المقترحة لتسجيل عالية الدقة EEG على الفئران يعانون من الصرع البؤري وإجراء تحليل المصدر باستخدام EEG المسجلة.

figure-results-1

الرقم 5. المقدرة مواقع المصدر الدماغ من العبوات الناسفة فيما يتعلق مجموعات مختلفة في كعب (أعلى) وموجات حادة (القاع). (A) السلاسل الزمنية، (B) تضاريس EEG، و (C) القشرية الحالية الحامضالمجال الاقتصادي الموحد. يتم تنفيذ تقييم في وقت محدد ملحوظ مع خط عمودي الأحمر في (A).
الرجاء النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.
figure-results-2
الرقم 6. مصادر الدماغ المقدرة خلال النوبة. وتتميز اللحظات الوقت الذي خطوط عمودية حمراء.
الرجاء النقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ووصف منهجية جديدة لسجل غير جراحية متعددة EEG في نموذج ما قبل السريرية معين من الصرع البؤري. ، مع نصائح تجريبية محددة، يتم توفير تفاصيل عن إجراءات تسجيل وتحليل. هناك عوامل رئيسية للنظر في تحقيق نتائج ناجحة. أولا، لتسجيلات EEG، والحصول على إشارات عالية الجودة أمر ضروري. وينبغي تطبيق اللزوجة المناسبة من معجون EEG إلى كل قطب كهربائي أثناء إعداد مصغرة كأب، والرأس والأذن شعر فأر يجب إزالتها تماما خلال الحلاقة. الاختيار مقاومة هو أهم خطوة لتأكيد جودة التسجيلات EEG. ثانيا، لتصوير مصدر الدماغ، وتوليد السليم نموذج حجم موصل أمر بالغ الأهمية. وينبغي أن تشارك في تسجيل كل السطح. أيضا، يجب أن يكون مواقف القطب ولدت الحد الأدنى بعد خطأ من المواقع القطب الفعلية على فروة الرأس الفأر.

على الرغم من هذه المخطوطة يقدم المصدر، فإنها يمكن أن تجرى إجراءات التحليل باستخدام العصف الذهني 12 باستخدام برامج أخرى مفتوحة 16،17 والمنتجات التجارية 18،19. أيضا، إلى جانب sLORETA 13، حلول عكسية أخرى مثل نماذج متعددة ثنائي القطب وBeamformer يمكن تطبيق 4.

واحد الحد من هذا النهج هو أن تحليل السلوك لا يمكن أن تتم منذ يتم تسجيل EEG تحت التخدير. ومع ذلك، بالمقارنة مع الطرق الأخرى لتسجيل EEG في الفئران 5،6، وهذا النهج هو موسع.

النتائج الأولية لدينا الدعم على أهمية تصنيف دقيق للعلامات العبوات الناسفة من تسجيلات EEG لتحديد مناطق مهيجة في الفئران يعانون من الصرع البؤري، وكذلك لتقييم علاقتها مع الآليات الكامنة وراء الاستيلاء بدء 11. بالإضافة إلى ذلك، فقد تبين أن ترجمة مصدر EEG لمثل هذه العبوات الناسفة محددة أظهر المراسلات جيدة مع التركيبتفعيل والتعطيل المناطق BOLD ective 20.

ودراستنا تحفيز استخدام نماذج ما قبل السريرية لتقييم استراتيجيات سرير مقاعد البدلاء السرير وضعت من قبل المهندسين الطب الحيوي. على سبيل المثال، يتم تنفيذ استخراج العبوات الناسفة في الوقت الحاضر في المستشفيات يدويا، الأمر الذي يتطلب جهدا إنسانيا كبيرا. المنهجية المقترحة في هذه الدراسة يفعل تلقائيا. نحن نفترض أن استخدام هذه المنهجية إلى نتائج مماثلة عند تطبيقها على المرضى الذين يعانون من FCD. نحن نستعد بروتوكولات IRB لتقييم هذه وغيرها من جوانب منهجية في مجموعة البيانات البشري.

وعلاوة على ذلك، فإن استخدام نماذج ما قبل السريرية تساعدنا على فهم قدرات وحدود EEG مصدر التعريب في الصرع 21. تقدير دقيق لمصادر الدماغ تلميذه epileptogenesis أمر بالغ الأهمية لاستراتيجيات علاجية والتخطيط الجراحي. أيضا، وجود منصة موحدة لتسجيل EEG في الفئران سيكون مفيدا للتقييم فعالية العديد من العقاقير المضادة للصرع في التجارب ما قبل السريرية. هذه هي الدراسة الأولى التي تسجل الفئران صرع غير جراحية تحت التخدير، والذي سيفتح أبوابا جديدة لتقييم المؤشرات الحيوية EEG لعلاج الصرع. ومع ذلك، فإن منهجية كاملة المعروضة في هذه الدراسة هي قابلة للتمديد لظروف تجريبية أخرى واضطرابات الدماغ. وEEG ميني كاب يمكن أن تستخدم أيضا في أنواع القوارض الأخرى.

في الماضي، وقد استخدم نموذج التحفيز forepaw في فئران ويستار لتقييم جودة واستنساخ البيانات المسجلة مع EEG ميني كاب 2. وعلاوة على ذلك، تم تنفيذها التصديقات لإعادة إعمار مصدر الدماغ من الجمجمة عالية الدقة EEG سجلت بالتزامن مع الصفحي امكانات الحقل المحلية من فئران ويستار تحت نموذج التحفيز الطولي 22. وقد تم تطوير هذه المنهجية بالنسبة للفئران ويستار بسبب وجود أطلس MRI لهذه الصورة الفئران معينقطار. ومع ذلك، فإنه يمكن تطبيقها على أنواع القوارض الأخرى مع شكل موحد من أطلس بما في ذلك الماوس 23 والجرذان سبراج داولي 24، وPaxinos واتسون الفئران 25. وبالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تستخدم الإجراءات الأساسية للمنهجية المقترحة لدينا في أي القوارض نماذج ما قبل السريرية التي EEG هو طريقة هامة. ومع ذلك، فإن العديد من جوانب هذه المنهجية بشكل خاص لعلاج الصرع، وخاصة تلك المتعلقة EEG تجهيزها (كشف العبوات الناسفة والتصنيف). أيضا، يجب أن يكون الباحثون على علم العقاقير المناسبة المستخدمة في التخدير في حالات مختلفة. وقد اعتبر استخدام الأيزوفلورين وdexdomitor في دراستنا بعناية نظرا لتأثير انخفاض على العبوات الناسفة. وفيما يتعلق تسجيلات EEG، في حالة من الماوس، فإن مساحة فروة الرأس صغيرة نسبيا تقلل من عدد من القنوات إلى حد كبير.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

أعلنت أي تضارب في المصالح.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

فإن الكتاب أود أن أشكر بيدرو A. فالديس هرنانديز، فرانسوا Tadel، ولويد سميث لنصائحهم القيمة ومناقشات مثمرة. كما نشكر رافائيل توريس للقراءة واقية.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
الحصول على البيانات الكمبيوترHewlett-PackardZ210 محطة
DexdomitorOrion Pharma6295000Dexmedetomidine hydrochloride
EEG برنامجتحليل The Mathworks Inc.MATLAB R2011b
BrainstormSylvain et al. 2001
OpenMEEGGramfort et al. 2010
EEG Data StreamerTucker-Davis TechnologiesRS4 Data Streamer
EEG Electrode Paste BiotachYGB 103
EEG PreamplifierBioSemiActive Two
Brain المنتجاتBrainAmp
Tucker-Davis TechnologiesPZ3 مكبر
تسجيل EEGBioSemiActiView
برنامج تسجيل EEGTucker-Davis TechnologiesOpenEx - OpenDeveloper
EEG SCSI ConnectorBioSemiActive Two SCSI
Connector Brain ProductsD-sub Connector
EEG ProcessorTucker-Davis TechnologiesRZ2 BioAmp Processor
Tucker-Davis TechnologiesZif-Clif Digital Headstage
عالي الدقة EEG Mini-capCortech SolutionsDA-AR-ELRCS32براءة اختراع أمريكية رقم 13/641،834
Isoflurane، USPVedcoPiramal HealthcareNDC 66794-013-25
أكوا كحول الأيزوبروبيل311221390٪ v / v محلول
زيوت التشحيم مرهم العيونالرجبيNDC 0536-6550-91
كلوريد الصوديومالمعقم أبوت2B8203Vaterinary 0.9٪ حقن كروريد الصوديوم USP
برنامج تسجيل علم وظائف الأعضاءADInstrumentsLabChart 7.0
نظامتسجيل علم وظائف الأعضاءADInstrumentsPowerLab 8/35
حقنةمونوجيكت20055512cc
العملللصوت منخفض المقاومة برنامج حلول

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Furman, M. Seizure Initiation and Propagation in the Pilocarpine Rat Model of Temporal Lobe Epilepsy. Journal of Neuroscience. 33 (42), 16409-16411 (2013).
  2. Sumiyoshi, A., Riera, J. J., Ogawa, T., Kawashima, R. A Mini-Cap for simultaneous EEG and fMRI recording in rodents. NeuroImage. 54 (3), 1951-1965 (2011).
  3. Engel, J., et al. Epilepsy biomarkers. Epilepsia. 54 (4), 61-69 (2013).
  4. Baillet, S., Mosher, J. C., Leahy, R. M. Electromagnetic Brain Mapping. IEEE Signal Processing Magazine. 18 (6), 14-30 (2001).
  5. Quairiaux, C., Megevand, P., Kiss, J. Z., Michel, C. M. Functional Development of Large-Scale Sensorimotor. Cortical Networks in the Brain. Journal of Neuroscience. 31 (26), 9584-9510 (2011).
  6. Lee, M., Kim, D., Shin, H. S., Sung, H. G., Choi, J. H. High-density EEG recordings of the freely moving mice using polyimide-based microelectrode. Journal of Visualized Experiments. (47), e2562(2011).
  7. Bernal, B., Grossman, S., Gonzalez, R., Altman, N. fMRI under sedation: what is the best choice in children. Journal of Clinical Medicine Research. 4 (6), 363-370 (2012).
  8. Colciaghi, F., et al. Status epilepticus-induced pathologic plasticity in a rat model of focal cortical dysplasia. Brain. 134 (10), 2828-2843 (2011).
  9. Valdez-Hernandez, P. A., et al. An in vivo MRI Template Set for Morphometry, Tissue Segmentation, and fMRI Localization in Rats. Frontiers in Neuroinformatics. 5 (26), 1-59 (2011).
  10. Gramfort, A., Papadopoulo, T., Olivi, E., Clerc, M. OpenMEEG: opensource software for quasistatic bioelectromagnetics. BioMedical Engineering OnLine. 9 (45), (2010).
  11. Song, Y., Sanganahalli, B., Hyder, F., Lin, W., Riera, J. An fMRI and EEG Study of Epileptogenesis in a Rat Model of Focal Cortical Dysplasia. Organization for Human Brain Mapping. , Available from: https://ww4.aievolution.com/hbm1401/index.cfm?do=abs.viewAbs&abs=4046 (2014).
  12. Tadel, F., Baillet, S., Mosher, J. C., Pantazis, D., Leahy, R. M. Brainstorm: A User-Friendly Application for MEG/EEG Analysis. Computational Intelligence and Neuroscience. 2011, 1-13 (2011).
  13. Pascual-Marqui, R. D. Standardized low resolution brain electromagnetic tomography (sLORETA): technical details. Methods & Findings in Experimental & Clinical Pharmacology. 24 (D), 5-12 (2002).
  14. Iijima, T., Nakamura, Z., Iwao, Y., Sankawa, H. The Epileptogenic Properties of the Volatile Anesthetics Sevoflurane and Isoflurane in Patients with Epilepsy. Anesthesia and Analgesia. 91 (4), 989-995 (2000).
  15. Quiroga, Q. R., Nadasdy, Z., Ben-Shaul, Y. Unsupervised spike detection and sorting with wavelets and super-paramagnetic clustering. Neural Computation. 16 (8), 1661-1687 (2004).
  16. Delorme, A., Makeig, S. EEGLAB: an open source toolbox for analysis of single-trial EEG dynamics including independent component analysis. Journal of Neuroscience Methods. 134 (1), 9-21 (2004).
  17. Oostenveld, R., Fries, P., Maris, E., Schoffelen, J. M. FieldTrip: Open Source Software for Advanced Analysis of MEG, EEG, and Invasive Electrophysiological Data. Computational Intelligence and Neuroscience. 2011, 1-9 (2011).
  18. Koessler, L., et al. Source localization of ictal epileptic activity investigated by high resolution EEG and validated by SEEG. NeuroImage. 51 (2), 642-653 (2010).
  19. Manganotti, P., et al. Scalp topography and source analysis of interictal spontaneous spikes and evoked spikes by digital stimulation in benign rolandic epilepsy. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 107 (1), 18-26 (1998).
  20. Bae, J., Deshmukh, A., Song, Y., Brain Riera, J. Source Analysis of Interictal Epileptiform Discharges Using a Rat Model of Focal Epilepsy. Organization for Human Brain Mapping. , Available from: https://ww4.aievolution.com/hbm1401/index.cfm?do=abs.viewAbs&abs=4098 (2014).
  21. Birot, G., et al. Head model and electrical source imaging: A study of 38 epileptic patients. NeuroImage: Clinical. 16 (5), 77-83 (2014).
  22. Riera, J. J., et al. Pitfalls in the dipolar model for the neocortical EEG sources. Journal of Neurophysiology. , (2012).
  23. Hawrylycz, M., et al. The Allen Brain Atlas. Springer Handbook of Bio-Neuroinformatics. , 1111-1126 (2014).
  24. Schweinhardt, P., Fransson, P., Olson, L., Spenger, C., Andersson, J. L. A template for spatial normalization of MR images of the rat brain. Journal of Neuroscience Methods. 129 (2), 105-113 (2003).
  25. Schwarz, A. J., et al. A stereotaxic MRI template set for the rat brain with tissue class distribution maps and co-registered anatomical atlas: application to pharmacological MRI. Neuroimage. 32 (2), 538-550 (2006).

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

ES Loretta MRI

مقالات ذات صلة