Name: Gehirn Quelle Imaging in präklinischen Rattenmodellen von fokalen Epilepsie mit hochauflösenden EEG Recordings (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-06-06T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 20 s
Description: Erfahren Sie die nicht-invasive Hirnquellenanalyse bei Ratten mit fokaler Epilepsie mittels hochauflösender EEG-Aufnahmen. Diese Methode ermöglicht die präklinische Erforschung epileptogener Hirnregionen.

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Die Autoren bedanken sich bei Pedro A. Valdes Hernandez, Francois Tadel, und Lloyd Smith für ihre wertvollen Ratschläge und fruchtbare Diskussion danken. Wir danken auch Rafael Torres für das Korrekturlesen.

Ethics Statement: Alle Versuche werden nach den Richtlinien von der Institutional Animal Care und Verwenden Committee (IACUC) an der Florida International University (IACUC 13-004) gegründet geführt. 1. EEG-Aufnahmen <ol><li> Vorbereitung des EEG Mini-Kappe <ol><li> Tauchen Sie die Elektrodenspitzen der EEG-Minikappe mindestens 12 Stunden in destilliertem Wasser mit 0,2% Chlorid. Spülen Sie die EEG-Mini-Kappe vorsichtig in destilliertem Wasser. Trocknen Sie die Schutzkappe und die Elektroden in der Luft. </li><li> Mix EEG Elektrodenpaste mit 0,9% NaCl-Lösung im Volumenverhältnis von 2: 1. Fügen Sie einen Tropfen Methylenblau, die dazu beitragen, die Elektrodenpaste in den Elektroden und auf der Haut sichtbar zu werden. Nehmen Sie die gemischte Paste in einer Spritze. Stellen Sie sicher, dass sich keine Luftblasen in der Spritze. Spritzen Sie das Gel in jeder der 32 Elektroden, ohne dabei Luftblasen füllten sie. Es wird empfohlen, von der Unterseite anstelle der Oberseite einspritzen. Dies ermöglicht eine bessere access zu jeder Elektrode und verringert die Möglichkeit des Gels übergreifen. </li><li> Schalten Sie EEG und physiologischen Aufzeichnungssystem, und öffnen Sie den entsprechenden Aufnahmesoftware auf dem Computer verwendet wird. </li></ol></li><li> Tier Vorbereitung und Anästhesie HINWEIS: Die chronische Epilepsie wurde mit einem Protokoll für FCD 8 in Wistar-Ratten erstellt. (- 400 g 8 Wochen alt, 300) Die EEG-Aufzeichnung wurden bei erwachsenen Wistar-Ratten durchgeführt. <ol><li> Nehmen Gewicht der Ratte in einem Experiment Blatt. Verwenden Sie diese Informationen, um Beruhigungsmittel-Dosis (DEXDOMITOR 0,25 mg / kg) zu berechnen. Anästhesie induziert an der Ratte mit 5% Isofluran und Sauerstoff 100% (1 l / min bei 14,7 psi). </li><li> Nach trimmen Kopf der Ratte, Isofluran zu reduzieren, um 2% und während der gesamten Einstellung des EEG Mini-cap warten. Überprüfen Ratte Reflexe fehlen (toe-Pinch). Legen Sie die Ratte auf einem Heizkissen in der stereotaktischen Apparat durch Festsetzung der Gehörgänge mit Ohr-Bars. Stellen Sie sicher, Anästhesie Bugnase sicher ist. </li><li> Aplagig Schmiermittel Augensalbe für jedes Auge. </li><li> Rasieren Sie die zusätzliche Haare auf dem Kopf und die Ohren Ratte mit einer Rasierklinge. Vermeiden Sie jede Blutung während der Rasur. HINWEIS: Alle Haare auf der Haut wird Rauschen in den EEG-Aufzeichnungen zu produzieren. Reiben Sie die Haut der Ratte mit 90% Isopropylalkohol, um die Blutgefäße zu stimulieren und entfetten die Haut. </li><li> Legen Sie eine Kochsalzlösung Tupfer auf der Kopfhaut und decken Sie es vollständig, um eine gute Leitfähigkeit der Haut zu halten, bis die EEG Mini-Kappe ist bereit, platziert werden. </li><li> Verbinden Temperatur, Atmung und drei Leitungs Elektrokardiogramm Sonden. Man beachte, daß die Temperatur durch eine rektale Sonde. Die Physiologie der Ratte während der Aufnahmeverfahren kontinuierlich zu überwachen. Stellen Sie sicher, dass die normale Temperatur ist 37 ° C, ist die Atmung Bereich von 30 bis 60 Atemzüge pro Minute, und die Herzfrequenz ist etwa 350 bis 450 Schlägen pro Minute. </li></ol></li><li> Aufnahmeverfahren <ol><li> Entfernen Sie die Salz Tupfer auf der Kopfhaut der Ratte und legen Sie die vorbereiteten EEG mini-cap auf seiner Haut. Befestigen Sie den Mini-Kappe mit Gummibändern. Platzieren eines Gummibandes auf der Vorderseite der Kopfhaut, in der Regel vor den Augen und andere Band an der Rückseite der Kopfhaut zwischen den Ohren und am Hals. Verwenden Sie einen Plastikschutz unter dem Hals, um die normale Atmung zu erleichtern. </li><li> Put eine Schicht von hoher Leitfähigkeit Elektrodenpaste auf beiden Boden und Referenzelektroden. Legen Sie sie auf die jeweilige Ohr. HINWEIS: Die Bezugselektrode kann möglicherweise an anderen Orten platziert werden. </li><li> Verbinden Sie den Mini-EEG Kappe an die Verstärker und eine Vorschau auf die Werkbank für Elektrodenimpedanz zu beobachten. Überprüfen Sie die Leistung aller Elektroden. Für eine qualitativ hochwertige Aufnahme, sicherzustellen, dass der Widerstandswert im Bereich von 5 - 30 kOhm. Wenn es irgendwelche lauten Elektroden liefern einen besseren Kontakt mit der Kopfhaut entweder durch Verschieben im Inneren des Gerüstes in Richtung auf die Kopfhaut oder sanft Injizieren mehr Gel von der Spitze der Elektrode. </li><li> Verwalten DEXDOMITOR (0,25 mg / kg) intraperitoneally und sofort zu reduzieren Isofluran Rate auf 0%. Wenn die Atemfrequenz nicht innerhalb von 30 bis 60 Atemzüge pro Minute Bereich, beginnen die Erhöhung der Isofluran Rate sanft. Den Wert von 1% Isofluran nicht überschreiten. Überwachen Sie diesen Schritt sorgfältig durch, denn die Mischung aus Isofluran und DEXDOMITOR konnten die Tiere zu einem kritischen Zustand aufgefordert. HINWEIS: Auf der präklinischen Modell der fokalen Epilepsie wirkt sich Isofluran IEDs, während DEXDOMITOR nicht. Themen unter Isofluran haben schwächere epileptogenen Eigentum, dh relativ weniger IEDs im Vergleich zu anderen Bedingungen 7,14 festgestellt werden. Die DEXDOMITOR Dosis ist für ca. 2 Stunden. Um somit die Zeit für die Wirkung zu speichern, die Herstellung erfolgte unter Isofluran geführt. </li><li> EEG-Aufzeichnungen zu führen. Nach der Aufzeichnung markieren die Positionen der drei vorspringenden Kreisen der EEG Mini-Kappe auf der Oberseite der Haut, indem Sie einen Farbstift in ihnen vor dem EEG Miniabdeckung entfernt ist. Verwenden Sie sie als Wahrzeichen für MRI Co-Anmeldung. Nehmen Sie ein Bild von der Ratte Kopf mit den Sehenswürdigkeiten. Legen Sie die Ratte zurück in den Käfig und überwachen sie bis zur vollständigen Erholung von DEXDOMITOR die Wirkung. HINWEIS: In diesem Experiment wurde eine rote Farbe (Gegenfarb nach grün) verwendet, um von den Elektrodenpositionen (grün) zu unterscheiden. Es wird jedoch empfohlen, die anderen Farben (lila / grün), wenn kleine Blutungen Flecken in der Haut beobachtet verwenden. </li></ol></li></ol><img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/52700/52700fig1.jpg" /> Abbildung 1. Ein Bild von der EEG Mini-Mütze auf einem bestimmten Ratte platziert. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52700/52700fig1highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> 2. Gehirn Quelle Imaging <ol><li> IED Klassifizierung HINWEIS: Die IED Detektion und Klassifikation wird mit selbst entwickelten Codes in MATLAB auf der Grundlage der durchgeführtfrüheren Studie 15. Diese Software ist auf Anfrage erhältlich. <ol><li> Entsorgen Sie verrauschte Kanäle durch visuelle Inspektion der EEG-Tracer. EKG-Artefakte zu entfernen unter Verwendung eines automatischen Verfahrens zum periodischen Wellenform Subtraktion, die auf einer Matrize und einer Korrelationsanalyse basiert. HINWEIS: In der Regel, der Versuchsleiter, der das EEG aufgezeichnet teilt die schriftliche Versuchsblech für die beobachtete schlechte Kanalinformationen auf der Basis der Impedanzwerte. Software zur EKG-Artefakte zu entfernen wird auch auf Anfrage zur Verfügung stehen. <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/52700/52700fig2.jpg" /> Abbildung 2. Ein Beispiel für die EEG-Trace zeigt verschiedene Arten von IEDs. Der rote Kasten zeigt einen Typ von IEDs. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52700/52700fig2highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> </li><li> Anwenden einer Bandpass-Filter mit Grenzfrequenzen von 3 bis 150 Hz und einer Kerbefiltern, um die Netzfrequenz (60 Hz im Allgemeinen und 50 Hz in manchen Ländern) Komponente offline zu entfernen. </li><li> Erkennen zwei Arten von IEDs (Spikes und scharfe-Wellen). Spikes und scharf Wellen bilden große elektrische Ereignisse des 20 bis 70 ms und 70 bis 200 ms Dauer auf. Deshalb wird nach Anwenden einer jeweiligen Bandpassfilter (Grenzfrequenzen von 15 bis 50 Hz für Spitzen und 5-15 Hz für scharf Wellen), die IEDs werden basierend auf Amplitudenschwellen 15 erfasst. HINWEIS: Die Schwellen werden automatisch eingestellt, um 4σ wie in der vorherigen Studie für Mehrfach-Aktivität 15 vorgeschlagen. Hierbei ist σ ein Schätzwert der Standardabweichung des bandpassgefilterten Signals, σ = Median {| gefilterte Signal | / 0.6745}. </li><li> Unter klassifizieren Spikes und scharfWellen in verschiedenen Clustern. Die Besonderheiten der verschiedenen Spitzen und scharfe Wellen werden mit extrahiert Wavelet-Transformation 15. Sie sind untergliedert in mehrere Cluster mit k-means,und die optimale Clusterzahl k wird unter Verwendung silhouette bestimmt. </li><li> Der Mittelwert der Unter klassifizierte Signale innerhalb desselben Clusters. Die durchschnittlichen EEG-Signale für jedes IED Subtyp für Gehirn Quellenanalyse verwendet werden. </li></ol></li><li> Volumenleitermodell HINWEIS: Bei den folgenden Abschnitten wird die Open-Source-Software, Brainstorm 12, mit den MRT-Atlas für Wistar-Ratten 9 verwendet werden. Allerdings kann MRI einzelnen Ratte auch verwendet, um die Lautstärke Leitermodell falls vorhanden zu erzeugen. Die MRT-Atlas 9 kann heruntergeladen werden <a href="http://www.idac.tohoku.ac.jp/bir/en/db/rb/101028.html">http://www.idac.tohoku.ac.jp/bir/en/</a> . Diese Website bietet den Atlas als NIfTI Format &quot;Wistar-Ratte MRI Atlas&quot; unter, und es kann nach der Anmeldung zugänglich. Die zur Vorverarbeitung benötigte Software kann auch in dieser Website. <ol><li> Eingangs MRI und Gehirnoberfläche an der Software 12. <img alt="Visuelle 1" src = &quot;/ files / ftp_upload / 52700 / 52700vis1.jpg&quot; /&gt; <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52700/52700vis1highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> </li><li> Generieren Kopfoberfläche mit Voreinstellung. <img alt="Visuelle 2" src="/files/ftp_upload/52700/52700vis2.jpg" /> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52700/52700vis2highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> </li><li> Generieren Kopfhaut und inneren / äußeren Schädelflächen basierend auf MRI für Blei 12 Feldberechnung. HINWEIS: Die Auflösung der Ecken beeinflusst die Genauigkeit des geschätzten Quelle, aber große Anzahl von Scheitelpunkten zu hohen Rechenaufwand. Empfohlen Anzahl der Ecken jeder Schicht 642 für akzeptable Genauigkeit mit fairen Rechenkomplexität. Die Dicke des Schädels kann von der MRI überprüft werden und im Falle der MRI Atlas liegt es bei etwa 1 mMeter Nach dem Einlegen obigen Werte in der Software, entsprechende Dreieck face-Scheitelpunkt Maschen für jede Fläche wird erstellt. <img alt="Visuelle 3" src="/files/ftp_upload/52700/52700vis3.jpg" /> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52700/52700vis3highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> </li><li> Überprüfen Sie die Ausrichtung und Position jeder Fläche in Bezug auf die MRI mit der Option Visualisierung. Entsprechend zu ändern, wenn alle Flächen nicht co-registriert 12. <img alt="Visuelle 4" height="351" src="/files/ftp_upload/52700/52700vis4.jpg" width="321" /> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52700/52700vis4highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> </li><li> Unter Verwendung des Rattenkopf in Bild 1.3.5 erworben. co-Register die Positionen der 3 Marken (R1, R2 und R3) in der MRT. Verwenden Sie die Gitterpunkte der Wahrzeichen als Bezugnahmen auf die generate die Elektrodenpositionen, wenn die Elektroden auf dem Gerüst (3B) befestigt ist. <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/52700/52700fig3.jpg" /> Abbildung 3. (A) Rat Kopfes Bild verwendet werden, um Elektrodenpositionen und (b) die EEG Mini-cap-Diagramm mit dem Koordinatensystem zu erhalten. Rote Punkte in (A) zeigen die in 1.3.5 genannten Sehenswürdigkeiten. die an die roten Zahlen in (B) entsprechen. Auch die grünen Markierungen in (A) zeigen die 32 Elektrodenpositionen, und sie auf die blauen Zahlen entsprechen in (B). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52700/52700fig3highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> </li><li> Generieren N × 3 Elektrodenpositionsmatrix auf Basis der 3 Sehenswürdigkeiten. Hierbei ist N die Anzahl der Kanäle (N = 32) und der Spalte den entsprechenden x-, y- und z-Koordinatenwerte. HINWEIS: Das EEG Mini-Kappe ist ein starres Gerüst. Daher wird, sobald die 3 Bezug Gittern (R1, R2 und R3) erhalten werden, die Position der Elektroden werden automatisch eingestellt. Der Benutzer muss lediglich die, die Z-Werte in einer Weise, dass die Mini-Kappe entsprechend auf der Kopfhaut projiziert neu definieren. Die N Punktraster kann nummerieren, wie in 3B blauen Zahlen dargestellt. Die Standard-Gerüst für die EEG-Mini-Kappe ist im Handel erhältlich (Table of Materials). Die Software für die Co-Registrierung gibt es auch für die Gemeinschaft. </li><li> Geben Sie den erzeugten Kanal-Datei. <img alt="Visuelle 5" src="/files/ftp_upload/52700/52700vis5.jpg" /> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52700/52700vis5highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> </li><li> Anzuzeigen, und bestätigen Sie die Lage aller Elektroden. Ändern Sie alle fehl Elektroden 12. Die endgültige Koordinatensystem für die elektrode Positionen sollten mit den für die oben erwähnten Oberflächen-Koordinatensystems zusammenfällt. HINWEIS: Die erzeugten Oberflächen visuell auf einer MRI mit der Option Visualisierung, inspiziert und dann wird eine ausgewählte Oberfläche als gelbe Linie auf dem MRI angezeigt werden &quot;MRI-Registrierung Preis MRI / Oberflächen Registrierung.&quot;. Darüber hinaus kann die 3-Sehenswürdigkeiten und die 32 Elektrodenpositionen auf der MRI indem Sie die Option Toolbox, angezeigt &quot;Display Sensoren MRI-Viewer.&quot; Die Orte visuell durch Vergleich der Ausschüttungen basierend auf Auge und Ohr Standorten der Ratte (überprüft werden Abbildung 4). <img alt="Figur 4" src="/files/ftp_upload/52700/52700fig4.jpg" /> Abbildung 4 (A) MRI Atlas mit co-registriert Hirnoberfläche (gelbe Linie), (B) der erstellten Volumenleitermodell mit den ausgerichteten 32 Elektroden und 3 Sehenswürdigkeiten (rote Punkte) und (C) MRI Atlas mit co-registriert ref<html> renz Gitter R1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52700/52700fig4highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> </li></ol></li><li> Gehirn Quelle Imaging <ol><li> Berechne Blei Felder-Matrix 13. Geben Sie die Leitfähigkeitswerte, die das Verhältnis von Haut, Schädel und Gehirn zu befriedigen als 1: 1/80: 1. Besorgen Sie sich die Führung Felder-Matrix bezogen auf das Volumen Leitermodell und den Elektrodenpositionen in 2.2 erstellt. HINWEIS: Die Toolbox 12 bietet die Schnittstelle mit der anderen Software BEM 10 zu berechnen. Daher werden nur die Leitfähigkeitswerte als Eingabe benötigt. <img alt="Visuelle 6" src="/files/ftp_upload/52700/52700vis6.jpg" /> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52700/52700vis6highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> </li><li> Geben Sie die durchschnittliche EEG-Signale für jedes IED Subtyp in 2.1.4 gespeichert. &quot;Src =&quot; / files / ftp_upload / 52700 / 52700vis7.jpg &quot;/&gt; <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52700/52700vis7highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> </li><li> Erhalten sLORETA Lösung 13 auf Basis der berechneten Leitungsfeldmatrix und der Eingangs EEG-Signale. Durch Wahl der Option Quelle Schätzverfahren kann die inverse Lösung erhalten werden kann 12. <img alt="Visuelle 8" src="/files/ftp_upload/52700/52700vis8.jpg" /> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52700/52700vis8highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> </li><li> Zeichnen Sie die geschätzten Quellen. </li></ol></li></ol>

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<li>Hawrylycz, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+Allen+Brain+Atlas%5BTitle%5D)+AND+%22Springer+Handbook+of+Bio-Neuroinformatics%22%5BJournal%5D)">The Allen Brain Atlas.</a> Springer Handbook of Bio-Neuroinformatics. , 1111-1126 (2014).</li>
<li>Schweinhardt, P., Fransson, P., Olson, L., Spenger, C., Andersson, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+template+for+spatial+normalization+of+MR+images+of+the+rat+brain%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Neuroscience+Methods%22%5BJournal%5D)">A template for spatial normalization of MR images of the rat brain.</a> Journal of Neuroscience Methods. 129 (2), 105-113 (2003).</li>
<li>Schwarz, A. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+stereotaxic+MRI+template+set+for+the+rat+brain+with+tissue+class+distribution+maps+and+co-registered+anatomical+atlas%3A+application+to+pharmacological+MRI%5BTitle%5D)+AND+%22Neuroimage%22%5BJournal%5D)">A stereotaxic MRI template set for the rat brain with tissue class distribution maps and co-registered anatomical atlas: application to pharmacological MRI.</a> Neuroimage. 32 (2), 538-550 (2006).</li>
</ol>

Keine Interessenskonflikte erklärt.

Eine neue Methode zur nichtinvasiven Rekordmehrkanal-EEG in einer bestimmten präklinischen Modell der fokalen Epilepsie beschrieben. Die Angaben für die Aufzeichnungs- und Analyseverfahren, mit bestimmten experimentellen Tipps, vorgesehen. Es gab wichtige Faktoren zu berücksichtigen, die Erreichung erfolgreiche Ergebnisse. Erstens, für EEG-Aufzeichnungen, um hohe Qualitätssignale ist unerlässlich. Die richtige Viskosität des EEG Paste sollte während der Mini-cap Vorbereitung an jede Elektrode angelegt werden, und Kopf- und Ohrhaar der Ratte sollte während der Rasur vollständig entfernt werden. Impedanzprüfung ist der wichtigste Schritt, um die Qualität der EEG-Aufzeichnungen bestätigen. Zweitens, für Hirnquelle Bildgebung, ist von entscheidender Bedeutung Erzeugung richtigen Volumenleitermodell. Jede Oberfläche sollten zusammen registriert werden. Auch sollten die erzeugten Elektrodenpositionen haben minimale Abstand Fehlers von den tatsächlichen Elektrodenstellen auf der Kopfhaut der Ratte. Obwohl diese Handschrift stellt QuelleAnalyseverfahren unter Verwendung von Brainstorm 12, können sie mit anderen Open-Software 16,17 und 18,19 kommerzielle Produkte durchgeführt werden. Auch neben sLORETA 13, andere inverse Lösungen wie mehrere Dipol-Modelle und Beamformer angewendet 4 werden. Eine Einschränkung dieses Ansatzes ist, dass die Verhaltensanalyse nicht durchgeführt werden, da die EEG-Aufzeichnung wird unter Sedierung. Im Vergleich zu den anderen Verfahren zur Registrierung des EEG bei Ratten 5,6 Allerdings ist dieser Ansatz nicht invasiv. Unsere vorläufigen Ergebnisse bestätigen, wie wichtig für eine genaue Klassifizierung der IED-Marker aus EEG-Aufzeichnungen, um die Reizzonen in einer Ratte mit fokalen Epilepsie zu bestimmen, sowie ihre Beziehung mit den zugrunde liegenden Mechanismen für die Beschlagnahme Einleitung 11 zu bewerten. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass EEG Quellenlokalisierung für solche spezifischen IEDs zeigten eine gute Übereinstimmung mit dem bzw.ective BOLD Aktivierung und Deaktivierung Bereiche 20. Unsere Studie wird die Verwendung von präklinischen Modellen zu stimulieren, um durch biomedizinische Ingenieure entwickelt Bett-Sitzbank-Bett-Strategien zu bewerten. Beispielsweise wird IED Extraktion heutzutage in Krankenhäusern von Hand, was eine erhebliche menschliche Aufwand durchgeführt. Die in dieser Studie vorgeschlagenen Methodik tut es automatisch. Wir vermuten, daß die Verwendung dieser Methodik werden ähnliche Ergebnisse bei der Behandlung von Patienten mit FCD aufgebracht herzustellen. Wir bereiten IRB Protokolle zur Bewertung dieser und anderer Aspekte der Methodik in menschlichen Datensatz. Darüber hinaus wird die Verwendung von präklinischen Modellen uns helfen, die Möglichkeiten und Grenzen der EEG-Quellenlokalisierung in 21 Epilepsie. Genaue Abschätzung der Gehirnquellen Gebener epileptogenesis ist für therapeutische Strategien und Operationsplanung. Auch mit einer Standardplattform für EEG-Aufzeichnung bei Ratten wird nützlich sein,die Bewertung der Wirksamkeit der verschiedenen Antiepileptika in vorklinischen Versuchen. Dies ist die erste Studie, in der epileptischen Ratten werden nicht-invasiv unter Sedierung aufgezeichnet, die neue Türen für die Auswertung von EEG Biomarker für Epilepsie eröffnen wird. Jedoch ist die gesamte Methode in dieser Studie präsentierten erweiterbar auf andere experimentelle Bedingungen und Störungen des Gehirns. Die EEG-Mini-Kappe kann auch in anderen Nagetierarten verwendet werden. In der Vergangenheit wurde eine Vorderpfote Stimulation Paradigma in Wistar-Ratten wurde genutzt, um die Qualität und die Reproduzierbarkeit der Daten mit dem EEG Mini-Kappe 2 aufgezeichnet zu bewerten. Darüber hinaus haben Validierungen für das Gehirn Quelle Rekonstruktion von hochauflösenden Schädel EEG gleichzeitig mit laminar lokaler Feldpotentiale von Wistar-Ratten unter einer Whisker Stimulation Paradigma 22 aufgezeichnet geführt. Diese Methode wurde für Wistar Ratten wegen der Existenz eines MRI Atlas für diese besondere Ratten s entwickeltZug. Sie kann jedoch auf andere Nagerarten mit ihren Standardformat von Atlas einschließlich Maus 23, Sprague-Dawley-Ratten 24 und Paxinos und Watson Ratten 25 aufgebracht werden. Darüber hinaus könnte die Grundverfahren unserer vorgeschlagenen Methodik in irgendeinem Nagetier präklinischen Modellen für die EEG ist ein wichtiger Modalität verwendet werden. Jedoch sind viele Aspekte dieser Methode insbesondere zur Behandlung von Epilepsie, insbesondere solche EEG Vorverarbeitung (IED Detektion und Klassifikation) bezogen. Auch müssen die Forscher bewusst richtigen Medikamente zur Sedierung in verschiedenen Fällen eingesetzt werden. Die Verwendung von Isofluran und DEXDOMITOR in unserer Studie wurde sorgfältig aufgrund des verringerten Einfluss auf IEDs betrachtet. Bezug EEG-Aufzeichnungen in dem Fall von Maus, die relativ kleine Kopffläche würde die Anzahl der Kanäle erheblich reduzieren.

Es wurde gezeigt, dass interiktale epileptiforme Entladungen (IEDs), die im EEG beobachtet werden, nützliche Marker für die Epileptogenese bei Patienten mit fokaler Epilepsiedarstellen 3. Die Regionen im Gehirn, aus denen diese IEDs stammen, die so genannten irritativen Zonen, können in der Praxis anhand von EEG-Aufzeichnungen lokalisiert werden4. Präklinische Modelle sind unerlässlich, um Korrelate zwischen diesen irritativen Zonen und den tatsächlichen Regionen zu finden, die der Anfallsauslösung zugrunde liegen. Die Aufzeichnung von EEG von Kleintieren ist jedoch aufgrund der kleinen Oberfläche des Kopfes im Vergleich zur menschlichen Kopfhaut eine Herausforderung. Obwohl invasive Methoden zur chronischen Aufzeichnung bei Ratten angewendet werden können5, 6, stehen derzeit keine Techniken zur Verfügung, um traditionelle EEG-Aufzeichnungen von Nagetieren unter akuten Bedingungen ohne Anästhesie zu erhalten.
Um dieses Problem zu lösen, verwenden wir eine patentierte EEG-Mini-Cap2, die es uns ermöglicht, 32-Kanal-EEG-Daten von Nagetieren nicht-invasiv aufzuzeichnen. In dieser Studie liefern wir auch Belege für die Notwendigkeit eines Analgetikums, um die IED-Frequenz zu erhalten. Obwohl die Fixierung der EEG-Mini-Cap unter Isofluran durchgeführt wurde, wurden EEG-Aufzeichnungen an Ratten nur unter Sedierung (Dexdomitor) gemacht7. Die in dieser Studie vorgeschlagene Methode kann in jedem präklinischen Rattenmodell der fokalen Epilepsie angewendet werden. Um die Fähigkeiten dieser Methode zu veranschaulichen, wenden wir sie an, um die Korrelate zwischen irritativen und anfallsauslösenden Zonen bei fokaler kortikaler Dysplasie (FCD) zu verstehen. Zu diesem Zweck verwenden wir ein "Double-Hit"-Modell von FCD8 bei Wistar-Ratten.
Um eine Gehirnquellenanalyse durchzuführen, ist es erforderlich: a) IEDs genau aus EEG-Rohdaten zu extrahieren und b) ein Volumenleitermodell für den einzelnen Tierkopf zu erhalten. Um ein praktisches Volumenleitermodell zu generieren, verwenden wir einen in vivo Ratten-MRT-Atlas, der durchschnittliche Bilder der Intensität/Form enthält und durch nichtlineare Registrierung von T2-Bildern von 31 Wistar-Ratten erhaltenwurde 9. Das Vorwärtsmodell für den generierten Volumenleiter wurde mit der Randelementmethode (BEM)10 berechnet. Wie beim Menschen wurden zwei typische Muster von IEDs (Sharp-Waves und Spikes) durch einen intelligenten Prozess zur Extraktion, Auswahl und Klassifizierung von Merkmalen erkannt und in verschiedene Cluster unterteilt11. Diese subklassifizierten Signale werden verwendet, um die Lokalisationen der Gehirnquelle abzuschätzen, die mit verschiedenen Arten von Reizzonen verbunden sind. Wir stellen die Schritte der Quellenanalyse mit einer bekannten öffentlichen Software namens Brainstorm12 vor. Die Lokalisierungen der EEG-Quellen für jeden IED-Subtyp und die Zeiträume für den Beginn der Anfälle wurden mit der standardisierten niedrig aufgelösten elektromagnetischen Tomographie des Gehirns (sLORETA)13 durchgeführt, die in Brainstorm verfügbar ist.

<table><tbody><tr><td>Datenerfassungscomputer</td><td>Hewlett-Packard</td><td>Z210 Workstation</td><td></td></tr><tr><td>Dexdomitor</td><td>Orion Pharma</td><td>6295000</td><td>Dexmedetomidinhydrochlorid</td></tr><tr><td>EEG-Analysesoftware</td><td>The Mathworks Inc.</td><td>MATLAB R2011b</td><td></td></tr><tr><td></td><td></td><td>Brainstorm</td><td>Sylvain et al. 2001</td></tr><tr><td></td><td></td><td>OpenMEEG</td><td>Gramfort et al. 2010</td></tr><tr><td>EEG Data Streamer</td><td>Tucker-Davis Technologies</td><td>RS4 Data Streamer</td><td></td></tr><tr><td>EEG Electrode Paste</td><td>Biotach</td><td>YGB 103</td><td></td></tr><tr><td>EEG Preamplifier</td><td>BioSemi</td><td>Active Two</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Brain Produkte</td><td>BrainAmp</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Tucker-Davis Technologies</td><td>PZ3 Niederohmiger Verstärker</td><td></td></tr><tr><td>EEG-Aufzeichnungssoftware</td><td>BioSemi</td><td>ActiView</td><td></td></tr><tr><td>EEG-Aufzeichnungssoftware</td><td>Tucker-Davis Technologies</td><td>OpenEx - OpenDeveloper</td><td></td></tr><tr><td>EEG SCSI Connector</td><td>BioSemi</td><td>Active Two SCSI Connector</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Brain Produkte</td><td>D-Sub Steckverbinder</td><td></td></tr><tr><td>EEG Prozessor</td><td>Tucker-Davis Technologies</td><td>RZ2 BioAmp Prozessor</td><td></td></tr><tr><td></td><td>Tucker-Davis Technologies</td><td>Zif-Clif Digital Headstage</td><td></td></tr><tr><td>Hochauflösendes EEG Mini-cap</td><td>Cortech Solutions</td><td>DA-AR-ELRCS32</td><td>US-Patent Anmeldung Nr. 13/641,834</td></tr><tr><td>Isofluran, USP</td><td>VedcoPiramal Healthcare</td><td>NDC 66794-013-25</td><td></td></tr><tr><td>Isopropylalkohol</td><td>Aqua Solutions</td><td>3112213</td><td>90% v/v Lösung</td></tr><tr><td>Gleitmittel Ophthalmische Salbe</td><td>Rugby</td><td>NDC 0536-6550-91</td><td>Steril</td></tr><tr><td>NaCl</td><td>Abbott</td><td>2B8203</td><td>Väter 0,9% Natrium Chrorid Injektion USP</td></tr><tr><td>Physiologie Recording Software</td><td>ADInstruments</td><td>LabChart 7.0</td><td></td></tr><tr><td>Physiologie Recording System</td><td>ADInstruments</td><td>PowerLab 8/35</td><td></td></tr><tr><td>Spritze</td><td>Monoject</td><td>200555</td><td>12cc</td></tr></tbody></table>

gehirn quelle imaging in präklinischen rattenmodellen von fokalen epilepsie mit hochauflösenden eeg recordings

Brain Source Imaging in Preclinical Rat Models of Focal Epilepsy using High-Resolution EEG Recordings

Elektroenzephalogramm (EEG) wird traditionell verwendet, um zu bestimmen, welche Hirnregionen bei Patienten mit fokaler Epilepsie die wahrscheinlichsten Kandidaten für eine Resektion sind. Diese Methodik beruht auf der Annahme, dass Anfälle aus denselben Regionen des Gehirns stammen, aus denen interiktale epileptiforme Entladungen (IEDs) austreten. Präklinische Modelle sind sehr nützlich, um Korrelate zwischen IED-Lokalisationen und den tatsächlichen Regionen zu finden, die der Anfallsauslösung bei fokaler Epilepsie zugrunde liegen. Ratten wurden häufig in präklinischen Studien zur Epilepsieverwendet 1; Daher gibt es eine große Vielfalt an Modellen für fokale Epilepsie bei dieser speziellen Spezies. Es ist jedoch eine Herausforderung, bei einem so kleinen Tier ein Mehrkanal-EEG aufzuzeichnen und eine Bildgebung der Gehirnquelle durchzuführen. Um dieses Problem zu lösen, kombinieren wir eine patentierte Technologie zur Gewinnung von 32-Kanal-EEG-Aufzeichnungen von Nagetieren2 und einen probabilistischen MRT-Atlas für anatomische Strukturen des Gehirns bei Wistar-Ratten, um eine Bildgebung der Gehirnquelle durchzuführen. In diesem Video stellen wir die Verfahren zur Erfassung von Mehrkanal-EEG von Wistar-Ratten mit fokaler kortikaler Dysplasie vor und beschreiben die Schritte zur Definition des Volumenleitermodells aus dem MRT-Atlas und zur eindeutigen Bestimmung der IEDs. Schließlich validieren wir die gesamte Methodik, indem wir Bilder von IEDs aus Gehirnquellen erhalten und sie mit denen vergleichen, die zu verschiedenen Zeitpunkten während des Anfallsbeginns aufgenommen wurden.

Wenn alle Verfahren ordnungsgemäß abgeschlossen sind, können voraus Quellen im Gehirn Oberfläche der präklinischen Modell visualisiert werden. Abbildung 5 zeigt die geschätzten Quellen aus einem bestimmten Sub-Typ des Spikes (oben) und scharf Wellen (unten) von IEDs. Darüber hinaus Abbildung 6 zeigt, wie die Source-Distribution Änderungen in aufeinanderfolgenden Zeitrahmen bei einem Anfall Einrichtung. Diese Ergebnisse unterstützen die Leistungsfähigkeit der vorgeschlagenen Methoden zur hochauflösenden EEG an Ratten mit fokalen Epilepsie zu erfassen und Quellenanalyse mit Hilfe der aufgezeichneten EEG durchzuführen. <img alt="Visuelle 6" src="/files/ftp_upload/52700/52700fig5.jpg" /> Abbildung 5. Geschätzte Gehirn Quelle Standorte der IEDs in Bezug auf verschiedene Cluster in Spikes (oben) und scharf Wellen (unten). (A) Zeitreihen, (B) EEG Topographie, und (C) kortikale Strom sauerces. Die Auswertung erfolgt zu einem bestimmten Zeitpunkt mit einem roten vertikalen Linie in (A) markiert geführt. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52700/52700fig5highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Visuelle 6" src="/files/ftp_upload/52700/52700fig6.jpg" /> Abbildung 6. Geschätzte Gehirn Quellen während der Beschlagnahme. Die Zeitpunkte werden als rote vertikale Linien markiert. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52700/52700fig6highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a>

Dieses Video stellt die Vorbereitung, Aufzeichnung und Quellenanalyse von hochauflösenden EEGs an sedierten Ratten mit einem bestimmten präklinischen Modell der fokalen Epilepsie unter nicht-invasiven Bedingungen vor.

Gehirn Quelle Imaging in präklinischen Rattenmodellen von fokalen Epilepsie mit hochauflösenden EEG Recordings

Electroencephalogram (EEG) has been traditionally used to determine which brain regions are the most likely candidates for resection in patients with ...

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, eine Quellenanalyse im Gehirn mithilfe hochauflösender EEG-Aufzeichnungen von Ratten mit fokaler Epilepsie durchzuführen. Zunächst wird eine EEG-Minikappe über Nacht in destilliertem Wasser mit 0,2 % Chlorid platziert und am nächsten Tag jede Elektrode mit einer leitfähigen Mischpaste gefüllt, um die Elektrodenimpedanz zu verbessern. Im zweiten Schritt wird die EEG-Minikappe auf einer sedierten Ratte angebracht und hochauflösende EEG-Daten werden aufgezeichnet.Anschließend werden die aufgezeichneten EEG-Signale vorverarbeitet, um Mittelwerte für verschiedene Arten interiktaler epileptiformer Aktivitäten mittels der schwellenbasierten Methode und der Wavelet-Zerlegungsmethode zu erhalten. Der letzte Schritt besteht darin, das Volumenleitermodell des Rattenkopfes unter Berücksichtigung der Elektrodenpositionen basierend auf einer individuellen oder probabilistischen MRT-Aufnahme zu erstellen. Schließlich wird die ES-Loretta-Inverslösung berechnet, um die geschätzten Hirnquellen darzustellen, die vermutlich mit den epileptogenen Hirnregionen in Zusammenhang stehen.Präklinische RAM-Modelle sind sehr nützlich, um die Epigenese mittels elektrophysiologischer Techniken zu untersuchen. Obwohl in der Vergangenheit invasive elektrophysiologische Ableitungen zur Untersuchung epileptischer Ratten verwendet wurden, gibt es derzeit keine verfügbare Technik, um bei dieser Ratte eine Quellenabbildung des gesamten Gehirns ohne Nadelanästhesie durchzuführen. In dieser Studie schlagen wir eine vollständige Methodik vor, um dies zu erreichen.In diesem Video zeige ich Ihnen, wie man das EEG-Mini vorbereitet und einrichtet. Ich werde alle Verfahren übernehmen, die für die Vorbereitung der RU-Aufnahme erforderlich sind. Während einer G-Aufnahme bediene ich die G-Aufnahmegeräte und die dazugehörige Software.Außerdem zeige ich, wie man eine Quellenanalyse des Gehirns anhand der aufgezeichneten Daten durchführt. Beginnen Sie dieses Verfahren, indem Sie EEG-Elektropaste mit einer 0,9 %igen NaCl-Lösung mischen. Geben Sie einen Tropfen Methylenblau hinzu, um die Elektropaste in den Elektroden und auf der Haut besser sichtbar zu machen.Als Nächstes die gemischte Paste in eine Spritze geben und sicherstellen, dass sich keine Luftblasen darin befinden. Dann alle 32 Elektroden als Teil des Vorbereitungsverfahrens für die Ratte von unten mit der Paste füllen, wobei keine Luftblasen eingeschlossen werden dürfen, anschließend den Kopf der Ratte rasieren, die Isofluran-Konzentration auf 2 % reduzieren. Danach die Ratte auf die Heizplatte im stereotaktischen Gerät legen. Die Gehörgänge mit den Ohrstiften fixieren und die Nasenkappe zur Anästhesiezufuhr sichern.Als Nächstes Augensalbe auf die Augen des Tieres auftragen. Anschließend den Kopf rasieren und die Haut mit 90%igem Isopropylalkohol abreiben, um die Blutgefäße zu stimulieren und das Fett zu entfernen. Danach einen mit Kochsalzlösung angefeuchteten Tupfer auf die Kopfhaut legen und diese vollständig abdecken, um eine gute elektrische Leitfähigkeit der Haut beizubehalten, bis die EEG-Minikappe angebracht werden kann.Schließen Sie die Atmungstemperatur- und das Drei-Lead-Elektrokardiogramm-Sonden an den Körper der Ratte an, um ihre Physiologie während des Ableitungsverfahrens kontinuierlich zu überwachen. Entfernen Sie in diesem Verfahren den Salzlösungs-Tupfer von der Kopfhaut der Ratte und platzieren Sie die vorbereitete EEG-Minikappe auf ihrer Haut. Befestigen Sie die Minikappe mit Gummibändern.Tragen Sie eine Schicht Elektrodengel mit hoher Leitfähigkeit auf die Bezugselektrode und die Erdungselektrode auf. Bringen Sie diese anschließend auf den entsprechenden Ohren an. Schließen Sie danach die EEG-Minikappe an den Verstärker an.Sehen Sie sich eine Vorschau der EEG-Spuren an und überprüfen Sie die Leistung aller Elektroden. Verabreichen Sie dann Dexter intraperitoneal mit 0,25 Milligramm pro Kilogramm an die Ratte und reduzieren Sie sofort die Isofluran-Konzentration auf 0 %. Wenn die Atemfrequenz nicht im Bereich von 30 bis 60 Atemzügen pro Minute liegt, erhöhen Sie die Isofluran-Konzentration vorsichtig um maximal 1 %. Beginnen Sie nun mit der EEG-Aufzeichnung und überprüfen Sie das Vorhandensein paroxysmaler Aktivität in den EEG-Spuren. Markieren Sie nach der Aufzeichnung die Positionen der drei hervorstehenden Kreise der EEG-Minikappe auf der Hautoberfläche, indem Sie einen Farbstift in diese hineinstecken.Bevor die EEG-Minikappe entfernt wird, fotografieren Sie den Rattenkopf mit den Landmarken. Die Detektion und Klassifizierung von IEDs erfolgt mithilfe selbstentwickelter Codes in Matlab, wobei die mittleren EEG-Signale für jeden IED-Subtyp für die Quellenanalyse im Gehirn verwendet werden. Im folgenden Verfahren wird die Open-Source-Software Brainstorm zusammen mit dem MRI-Atlas für Worcester-Ratten verwendet, wobei die MRI-Daten und die Gehirnoberfläche in die Software eingegeben werden, um die Kopfoberfläche mit den Standardeinstellungen zu generieren.Danach erzeugen Sie die Kopfhaut- sowie die innere und äußere Schädeloberfläche basierend auf der MRT. Zur Berechnung des Leadfields überprüfen Sie mithilfe der Visualisierungsoption die Orientierung und Position jeder Oberfläche bezüglich der MRT, wobei Sie das aufgenommene Bild des Rattenkopfs nutzen, um die Positionen der drei Landmarken in der MRT und der Gitterpunkte der Landmarken zu registrieren. Als Referenzen erzeugen Sie die Elektrodenpositionen, da die Elektroden am Träger fixiert sind. Geben Sie anschließend die generierte Kanaldatei zur Anzeige in die Brainstorm-Software ein und bestätigen Sie die Position aller Elektroden, um die Leadfield-Matrix zu berechnen.Geben Sie die Leitfähigkeitswerte ein, die dem Verhältnis von Haut, Schädel und Gehirn entsprechen. Erstellen Sie die Lead-Field-Matrix basierend auf dem Volumenleitermodell und den erstellten Elektrodenpositionen. Danach geben Sie die durchschnittlichen EEG-Signale für einen IED-Subtyp ein, indem Sie die Option für die Quellschätzungsmethode, beispielsweise sLORETA, auswählen.Die inverse Lösung wird basierend auf der berechneten Leitfeldmatrix und den Eingangs-EEG-Signalen am Ende des Diagramms erhalten. Die hier dargestellten geschätzten Quellen sind die Zeitreihen der Gehirnquellenorte von IEDs in Bezug auf verschiedene Cluster in Spitzen und scharfen Wellen. Die Auswertung erfolgte zu einem bestimmten Zeitpunkt, der mit einer roten vertikalen Linie markiert ist.Hier sind die EEG-Topographien und hier die kortikalen Stromquellen. Diese Abbildung zeigt die geschätzten Hirnquellen während des Anfalls; die Zeitpunkte sind als rote vertikale Linien markiert. Nach dem Anschauen dieses Videos sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie man die Easy-Mini-Kappe vorbereitet, um hochauflösendes EEG aufzuzeichnen, und wie man eine Analyse der Hirnquellen bei der Ratte durchführt.Die hier vorgestellte Methodik wurde auf ein klinisches Modell angewandt, um die Mechanismen der zugrunde liegenden Epigenese zu verstehen.

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Research

Forschung

JoVE Journal

Medicine

Medizin

Wir haben eine Methode zur gleichzeitigen funktionellen Kernspintomographie und elektrophysiologischen Aufnahme in das Nagetier Gehirn entwickelt, eine Plattform für die Untersuchung der Beziehung zwischen neuronaler Aktivität und der Blutoxygenierung level dependent (BOLD) MRT-Signal.

Gleichzeitige fMRI und Elektrophysiologie in der Nager Gehirn

Dieses Video zeigt die Methode zur Implantation eines On-Head-Elektrodensystems in eine anästhesierte Ratte zur Echtzeit-Anfallserkennung. Das Verfahren umfasst das Platzieren von Stimulations- und Aufzeichnungselektroden, das Befestigen mit Zahnzement und das Anschließen an einen am Kopf montierten Verstärker.

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Dieses Video zeigt die elektroenzephalographische (EEG) Aufzeichnung von epileptischen Anfällen bei epilepsieinduzierten Ratten. Eine Ratte mit Elektroden, die in den ventralen Hippocampus implantiert sind, wird an das EEG-Aufzeichnungssystem angeschlossen und in eine Plexiglaskammer gelegt. Die Ratte kann sich frei bewegen, während die Gehirnaktivität aufgezeichnet wird, um das Auftreten von Anfällen zu überwachen.

Elektroenzephalographische Aufzeichnung epileptischer Anfälle bei Epilepsie-induzierten Ratten

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Mit hoher Dichte Elektroenzephalographische Acquisition in einem Nagetiermodell unter Verwendung von Low-Cost-und Open-Source-Ressourcen

Dieses Protokoll beschreibt eine einfache Methode zur gleichzeitigen Erfassung von Co lokalisierte Elektroenzephalographie (EEG) und Multi-laminar lokales Feld bei einem anästhesierten Ratte. Eine Grat-Bohrung im Schädel für das Einfügen von einer Mikroelektrode erweist sich vernachlässigbar Verzerrung des EEG Signals zu produzieren.

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