Deep Brain Stimulation mit gleichzeitiger fMRT in Nagetiere

Zusammenfassung

Dieses Protokoll beschreibt eine Standardmethode für den Nagetieren gleichzeitigen funktionellen Magnetresonanztomographie und der tiefen Hirnstimulation. Die kombinierte Verwendung dieser experimentellen Werkzeuge ermöglicht die Erforschung des globalen abwärts Aktivität in Reaktion auf eine elektrische Stimulation an praktisch jeder Gehirnziel.

Zusammenfassung

Um die globale und nachgeschalteten neuronalen Antworten auf die tiefe Hirnstimulation (DBS) bei verschiedenen Ziele zu visualisieren, haben wir ein Protokoll für die Verwendung Blutsauerstoffgehalt abhängig (BOLD) funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRI), um Bild Nagetiere mit gleichzeitiger DBS entwickelt. DBS fMRI präsentiert eine Reihe von technischen Herausforderungen, einschließlich der Richtigkeit der Elektrodenimplantation, MR-Artefakte, die durch die Elektrode, die Wahl der Anästhesie und Gelähmten, alle neuronalen Auswirkungen zu minimieren und gleichzeitig die Beseitigung tierischer Bewegung und Wartung von physiologischen Parametern, Abweichung von dem verwechseln kann die BOLD-Signal. Unser Labor hat eine Reihe von Verfahren, die in der Lage ist die Überwindung meisten dieser möglichen Probleme entwickelt. Für elektrische Stimulation wird eine hausgemachte Wolfram bipolare Mikroelektrode verwendet, stereotaktisch an der Stimulationsstelle in der narkotisierten Patienten eingeführt. In der Vorbereitung für Bildgebung werden Nagetiere auf einer Kunststoff-Kopfstück fixiert undzu der Magnetbohrung übertragen. Für Sedierung und Lähmung während der Abtastung wird ein Cocktail von Dexmedetomidin und pancuronium kontinuierlich infundiert, zusammen mit einer minimalen Dosis von Isofluran, diese Vorbereitung die BOLD-Ceiling-Effekt volatiler Anästhetika minimiert. In diesem Beispiel Experiment Stimulation des Nucleus subthalamicus (STN) erzeugt BOLD-Antworten, die in erster Linie in ipsilateralen kortikalen Regionen beobachtet werden, im motorischen Cortex zentriert. Gleichzeitige DBS und fMRT ermöglicht die eindeutige Modulation der neuronalen Schaltkreise, abhängig von Lage und Stimulation Stimulationsparameter und ermöglicht Beobachtung der neuronalen Modulationen frei von regionalen Bias. Diese Technik kann verwendet werden, um die nachgelagerten Effekte der Modulation neuronaler Schaltungen in nahezu jeder Region des Gehirns zu erforschen, mit Auswirkungen für experimentelle und klinische DBS werden.

Einleitung

Die Bestimmung der globalen Auswirkungen der nachgeschalteten neuronalen Schaltkreis-Aktivität stellt eine große Herausforderung und Ziel für viele Bereiche der Systeme Neurowissenschaften. Ein Mangel an Tools sind derzeit verfügbar, die diesen Bedarf zu decken, und so gibt es eine Nachfrage für erhöhte Zugänglichkeit der entsprechenden Versuchsaufbauten. Ein solches Verfahren zur Bewertung der globalen Folge von neuronalen Schaltungsaktivierung beruht auf der gleichzeitigen Anwendung von Hirn elektrische Stimulation (DBS) und funktionelle MRI (fMRI). DBS-fMRI ermöglicht die Detektion von nachgeschalteten Reaktionen auf Aktivierungsschaltung auf einem großen räumlich....

Protokoll

Ethik-Erklärung: Diese Vorgehensweise ist in Übereinstimmung mit den National Institutes of Health Richtlinien für Tierforschung (Leitfaden für die Pflege und Verwendung von Labortieren) und wird von der Universität von North Carolina Institutional Animal Care und Verwenden Committee genehmigt.

1. Elektrodenimplantations

Der erste Schritt besteht Elektrodenimplantation. In diesem Schritt wird eine Elektrode in die einseitig Nucleus subthalamicus (STN), einen kleinen Kern mit Translations Bedeutung für die Behandlung der Parkinson-Krankheit mit den folgenden Methoden implantiert:

1. Sterilisieren Sie al....

Ergebnisse

Repräsentative funktionelle Daten wurden nach dem obigen Protokoll in einer Ratte mit einer Stimulationselektrode zum Nucleus subthalamicus auf der rechten Seite implantiert erworben. Eine Darstellung der grundlegenden Aufbau für DBS fMRI Bildaufnahme ist in Fig. 1 vorgesehen. Stimulation angelegt, die mit dem obigen Protokoll, mit einer Amplitude von 0,3 mA, Frequenz von 130 Hz und einer Impulsbreite von 0,09 ms. Robust Aktivierung der ipsilateralen motorischen Kortex wurde konsequent mit diesem Protok.......

Diskussion

Gleichzeitige DBS und fMRT stellt eine viel versprechende experimentelle Toolkit für die Identifizierung und Charakterisierung der globalen nachgeschalteten Reaktionen auf Stimulation neuronalen Schaltkreis, in vivo. Der große Vorteil dieser Technik gegenüber anderen verfügbaren Tools, wie zB elektrophysiologischen Ableitungen, liegt in der Natur der relativ unvoreingenommene fMRI, wobei eine große und vielfältige Gebiet des Hirngewebes kann für Reaktionsfähigkeit auf DBS auf jedes Ziel untersucht werden. Obwoh.......

Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
Isofluran (Foran)	Baxter	1001936060
Dexmedetomidin (Dexdomitor)	Pfizer	145108-58-3
Pancuroniumbromid	Selleckchem	S2497
9,4 T Kleintier-MRT	Bruker		BioSpec System mit BGA-9S Gradient
Sterotaktischer Rahmen	Kopf		Modell 962
Klein Beatmungsgerät für Tiere	CWE, Inc.	12-02100	Modell SAR-830
Dental Cement	A-M Systems	525000	Zitzen Kalthärtendes
MouseOx Plus System	STARR Life Science Corp.
Kapnometer	Surgivet, Smith Medical		V9004 Serie
Stimulus-Isolator	World Precision Instruments		Modell A365
MR-kompatible Messingschrauben	McMaster Carr	94070A031	0-80 Gewindegröße, 1/4 Zoll Kann auf die gewünschte Länge zugeschnitten werden.
Wolframdraht	California Fine Wire Company	100211	Wird zur Konstruktion einer MRT-kompatiblen stimulierenden
	verwendet Harvard Appartus		Modell PHD 2000 (nicht MRT-kompatibel)

Mikroelektroden-Spritzenpumpe