La estimulación cerebral profunda con simultánea fMRI en roedores

Resumen

Este protocolo describe un método estándar para imágenes de resonancia magnética funcional simultánea y la estimulación cerebral profunda en el roedor. El uso combinado de estas herramientas experimentales permite la exploración de la actividad aguas abajo mundial en respuesta a la estimulación eléctrica a prácticamente cualquier destino cerebro.

Resumen

Con el fin de visualizar las respuestas neuronales a nivel mundial y aguas abajo a la estimulación cerebral profunda (DBS) en varios objetivos, hemos desarrollado un protocolo para usar el nivel de oxígeno en la sangre de imágenes dependiente (BOLD) de resonancia magnética funcional (fMRI) para roedores de imagen con simultánea DBS. DBS fMRI presenta una serie de desafíos técnicos, incluyendo exactitud de la implantación de electrodos, artefactos MR creados por el electrodo, la elección de la anestesia y paralítico para minimizar los efectos neuronales, mientras que al mismo tiempo la eliminación de movimiento de los animales, y el mantenimiento de los parámetros fisiológicos, la desviación de la que pueden confundir a los señal BOLD. Nuestro laboratorio ha desarrollado una serie de procedimientos que son capaces de superar la mayoría de estos posibles problemas. Para la estimulación eléctrica, se utiliza un microelectrodo casera bipolar de tungsteno, insertada estereotácticamente en el sitio de la estimulación en el sujeto anestesiado. En preparación para las imágenes, los roedores están fijos en un casco de plástico ytransferidos a la cavidad del imán. Para la sedación y la parálisis durante la exploración, un cóctel de dexmedetomidina y pancuronio se infunde continuamente, junto con una dosis mínima de isoflurano; esta preparación reduce al mínimo el efecto de techo BOLD de anestésicos volátiles. En este experimento de ejemplo, la estimulación del núcleo subtalámico (STN) produce respuestas BOLD que se observan principalmente en las regiones corticales ipsilaterales, centrada en la corteza motora. Simultánea DBS y fMRI permite la modulación inequívoca de los circuitos neuronales depende de la ubicación de estimulación y los parámetros de estimulación, y permite la observación de modulaciones neuronales libres de sesgo regional. Esta técnica se puede utilizar para explorar los efectos aguas abajo de la modulación de los circuitos neuronales en casi cualquier región del cerebro, con implicaciones tanto para la clínica y experimental DBS.

Introducción

La determinación de los efectos aguas abajo globales de la actividad de circuitos neuronales representa un gran reto y objetivo para muchas áreas de la neurociencia de sistemas. Una escasez de herramientas están disponibles actualmente que satisfacer esta necesidad, y por lo tanto existe una demanda de aumento de la accesibilidad de las configuraciones experimentales apropiadas. Uno de tales métodos para evaluar la consecuencia global de la activación del circuito neuronal se basa en la aplicación simultánea de la estimulación profunda del cerebro eléctrica (DBS) y resonancia magnética funcional (fMRI). DBS-fMRI permite la detección de las respuestas a la activación ....

Protocolo

Declaración de Ética: Este procedimiento es conforme con los Institutos Nacionales de Salud para la Investigación Animal (Guía para el Cuidado y Uso de Animales de Laboratorio) y está aprobado por la Universidad de Comité de Cuidado de Animales y el empleo Institucional Carolina del Norte.

1. La implantación de electrodos

El primer paso es la implantación de electrodos. En este paso, un electrodo se implanta de manera unilateral en el núcleo subtalámico (STN), un pequeño núcleo de significado de la traducción para el tratamiento de la enfermedad de Parkinson utilizando los métodos siguientes:

1. Esteri....

Resultados

Datos funcionales representativos fueron adquiridos de acuerdo con el protocolo anterior en una sola rata con un electrodo de estimulación implantado al núcleo subtalámico en el lado derecho. Una ilustración de la configuración esencial para la adquisición de imágenes de resonancia magnética funcional de DBS se proporciona en la Figura 1. La estimulación se aplican de conformidad con el protocolo anterior, con una amplitud de 0,3 mA, frecuencia de 130 Hz y anchura de impulso de 0,09 mseg. Activación rob.......

Discusión

Simultánea DBS y fMRI representa un conjunto de herramientas experimental prometedora para la identificación y caracterización de las respuestas posteriores a la estimulación mundiales circuito neural, in vivo. La principal ventaja de esta técnica sobre otras herramientas disponibles, tales como grabaciones electrofisiológicas, se encuentra en la naturaleza relativamente no sesgada de la fMRI, por el que un área grande y diverso de tejido cerebral se puede examinar para la capacidad de respuesta a DBS a cualqui.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Isoflurano (Forano)	Baxter	1001936060
Dexmedetomidina (Dexdomitor)	Pfizer	145108-58-3
Bromuro de pancuronio	Selleckchem	S2497
9.4 T Resonancia magnética para animales pequeños	Sistema Bruker		BioSpec con gradiente BGA-9S
Marco eserotáctico	Kopf		Modelo 962
Pequeño Ventilador para animales	CWE, Inc.	12-02100	Modelo SAR-830
Cemento dental	A-M Systems	525000	Teets Cold Curing
MouseOx Plus System	STARR Life Science Corp.
Capnómetro	Surgivet, Smith Medical		V9004
Series Stimulus Isolator	World Precision Instruments Modelo		A365
MR Tornillos de latón compatibles	McMaster Carr	94070A031	Tamaño de rosca 0-80, 1/4 pulg. Se puede cortar a la longitud deseada.
Alambre de tungsteno	California Fine Wire Company	100211	utilizado para construir una bomba de jeringa de microelectrodo estimulante compatible con resonancia
Harvard	Appartus		modelo PHD 2000 (no compatible con resonancia magnética)