Este video presenta los procedimientos de preparación, registro y análisis de fuentes de EEG de alta resolución en ratas sedadas con un modelo preclínico particular de epilepsia focal en condiciones no invasivas.
Artículo de método
Este video presenta los procedimientos de preparación, registro y análisis de fuentes de EEG de alta resolución en ratas sedadas con un modelo preclínico particular de epilepsia focal en condiciones no invasivas.
El electroencefalograma (EEG) se ha utilizado tradicionalmente para determinar qué regiones del cerebro son las candidatas más probables para la resección en pacientes con epilepsia focal. Esta metodología se basa en la suposición de que las convulsiones se originan en las mismas regiones del cerebro de las que surgen las descargas epileptiformes interictales (IED). Los modelos preclínicos son muy útiles para encontrar correlaciones entre las ubicaciones de los IED y las regiones reales que subyacen al inicio de las convulsiones en la epilepsia focal. Las ratas se han utilizado comúnmente en estudios preclínicos de epilepsia1; Por lo tanto, existe una gran variedad de modelos para la epilepsia focal en esta especie en particular. Sin embargo, es un desafío registrar el EEG multicanal y realizar imágenes de fuente cerebral en un animal tan pequeño. Para superar este problema, combinamos una tecnología patentada para obtener registros de EEG de 32 canales de roedores2 y un atlas probabilístico de resonancia magnética para las estructuras anatómicas del cerebro en ratas Wistar para realizar imágenes de fuentes cerebrales. En este vídeo, presentamos los procedimientos para adquirir EEG multicanal de ratas Wistar con displasia cortical focal, y describimos los pasos tanto para definir el modelo de conductor de volumen a partir del atlas de resonancia magnética como para determinar de forma única los IED. Finalmente, validamos toda la metodología mediante la obtención de imágenes de fuentes cerebrales de IED y las comparamos con las obtenidas en diferentes períodos de tiempo durante el inicio de las convulsiones.
Se ha demostrado que las descargas epileptiformes interictales (IED) observadas en el EEG constituyen marcadores útiles de epileptogénesis en pacientes con epilepsia focal3. Las regiones del interior del cerebro en las que se originan estos IED, denominadas zonas irritativas, pueden localizarse en la práctica a partir de los registros de EEG4. Los modelos preclínicos son esenciales para encontrar correlaciones entre estas zonas irritativas y las regiones reales que subyacen al inicio de las convulsiones. Sin embargo, el registro de EEG de animales pequeños es un desafío debido a la pequeña superficie de la cabeza en comparación con el cuero cabelludo humano. A pesar de que se pueden utilizar métodos invasivos para el registro crónico en ratas5, 6, en este momento no se dispone de técnicas para adquirir registros tradicionales de EEG en roedores en condiciones agudas sin necesidad de anestesia.
Para resolver este problema, aplicamos un mini-cap2 de EEG patentado, que nos permite registrar datos de EEG de 32 canales de roedores de forma no invasiva. En este estudio también aportamos evidencias sobre la necesidad de un analgésico para preservar la frecuencia de los DEI. Por lo tanto, a pesar de que la fijación del mini-cap del EEG se realizó con isoflurano, los registros del EEG se obtuvieron solo con ratas bajo sedación (dexdomitor)7. El método propuesto en este estudio puede ser utilizado en cualquier modelo preclínico de epilepsia focal en ratas. Para ilustrar las capacidades de esta metodología, la aplicamos para comprender las correlaciones entre las zonas irritativas y de inicio de convulsiones en la displasia cortical focal (DFC). Con ese fin, utilizamos un modelo de "doble golpe" de FCD8 en ratas Wistar.
Para realizar el análisis de la fuente cerebral, se requiere: a) extraer con precisión los IED de los datos brutos del EEG y b) obtener un modelo de conductor de volumen para la cabeza del animal individual. Para generar un modelo práctico de conductor de volumen, utilizamos un atlas de resonancia magnética de ratas in vivo, que comprende imágenes promedio de intensidad/forma y se obtiene a través del registro no lineal de imágenes T2 de 31 ratas Wistar9. El modelo directo para el conductor de volumen generado se calculó mediante el método de elementos de contorno (BEM)10. Al igual que en el caso de los humanos, se detectaron dos patrones típicos de IED (ondas agudas y picos) y se subclasificaron en diferentes grupos a través de un proceso inteligente de extracción de características, selección de características y clasificación11. Estas señales subclasificadas se utilizan para estimar las localizaciones de las fuentes cerebrales asociadas con diferentes tipos de zonas irritativas. Presentamos los pasos del análisis de fuentes utilizando un conocido software público llamado Brainstorm12. Las localizaciones de las fuentes de EEG para cada subtipo de IED y los intervalos de tiempo de inicio de las convulsiones se realizaron mediante tomografía electromagnética cerebral estandarizada de baja resolución (sLORETA)13, disponible en Brainstorm.
Declaración de Ética: Todos los experimentos se llevan a cabo siguiendo las políticas establecidas por el Cuidado y Uso de Animales Comité Institucional (IACUC) de la Universidad Internacional de la Florida (IACUC 13-004).
1. EEG Grabaciones

Figura 1. Un cuadro de la mini-cap EEG colocada en una rata en particular.
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2. Cerebro Imaging Source









Una vez que todos los procedimientos se desarrollan adecuadamente, fuentes estimadas pueden ser visualizados en la superficie del cerebro del modelo pre-clínico. La figura 5 muestra las fuentes estimadas de un subtipo particular de picos (arriba) y afilados ondas (abajo) de IED. Además, la figura 6 muestra cómo cambia la distribución de la fuente en los marcos de tiempo secuenciales durante un establecimiento de convulsión. Estos resultados apoyan la capacidad de las metodologías propuestas para grabar de alta resolución EEG en ratas con epilepsia focal y para llevar a cabo análisis de la fuente usando el EEG registrado.

Figura 5. Estimación ubicaciones de origen cerebral de IED con respecto a diferentes grupos en espigas (arriba) y afilados ondas (abajo). (A) de series de tiempo, (B) topografía EEG, y (C) Corriente corticales agriaces. La evaluación se lleva a cabo en un momento específico marcado con una línea vertical roja en (A).
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Figura 6. fuentes cerebrales estimados durante las convulsiones. Los instantes de tiempo se marcan como líneas verticales rojas.
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Una nueva metodología para registro multicanal no invasiva EEG en un modelo preclínico particular de epilepsia focal se describe. Los datos para los procedimientos de registro y análisis, con consejos experimentales específicos, se proporcionan. Hubo factores clave a tener en cuenta el logro de resultados exitosos. En primer lugar, para los registros de EEG, la obtención de señales de alta calidad es esencial. Viscosidad apropiada de la pasta de EEG se debe aplicar a cada electrodo durante la preparación mini-tapa, y la cabeza y el oído pelo de la rata debe ser eliminado completamente durante el afeitado. Cheque Impedancia es el paso más importante para confirmar la calidad de los registros de EEG. En segundo lugar, para la imagen de origen cerebral, generando el modelo conductor de volumen adecuado es crucial. Cada superficie se debe a registrar co. Además, las posiciones de los electrodos generados deben tener error de distancia mínima desde las ubicaciones de los electrodos reales sobre el cuero cabelludo de la rata.
A pesar de que este manuscrito introduce fuenteprocedimientos de análisis utilizando Brainstorm 12, pueden llevarse a cabo utilizando otros softwares abiertos 16,17 y productos comerciales 18,19. También, además de sLORETA 13, otras soluciones inversas como varios modelos de dipolo y Beamformer se pueden aplicar 4.
Una limitación de este enfoque es que el análisis del comportamiento no puede llevarse a cabo desde el registro del EEG se lleva a cabo bajo sedación. Sin embargo, en comparación con los otros métodos para la grabación de EEG en ratas 5,6, este enfoque no es invasiva.
Nuestros resultados preliminares apoyan la importancia para una clasificación precisa de los marcadores de IED de los registros de EEG para determinar las zonas irritativos en una rata con epilepsia focal, así como para evaluar su relación con los mecanismos subyacentes para la iniciación convulsión 11. Además, se ha demostrado que la localización de la fuente EEG para tales IEDs específicos mostró una buena correspondencia con el respactivación y desactivación regiones BOLD caces 20.
Nuestro estudio estimulará el uso de modelos preclínicos para evaluar las estrategias cama-banco-cama desarrollados por ingenieros biomédicos. Por ejemplo, la extracción de IED se realiza en la actualidad en los hospitales de forma manual, lo que requería un gran esfuerzo humano. La metodología propuesta en este estudio lo hace automáticamente. Se postula que el uso de esta metodología producirá resultados similares cuando se aplica a pacientes con FCD. Estamos preparando protocolos IRB para la evaluación de este y otros aspectos de la metodología en el conjunto de datos humano.
Por otra parte, el uso de modelos preclínicos nos ayudará a entender las capacidades y limitaciones de la localización de la fuente de EEG en la epilepsia 21. Estimación precisa de las fuentes cerebrales que subyacen a epileptogénesis es crucial para las estrategias terapéuticas y la planificación quirúrgica. Además, tener una plataforma estándar para la grabación de EEG en ratas será útil parala evaluación de la eficacia de varios fármacos anti-epilépticos en ensayos preclínicos. Este es el primer estudio en el que ratas epilépticas se registran de forma no invasiva bajo sedación, que abrirá nuevas puertas para la evaluación de los biomarcadores de EEG para epilepsia. Sin embargo, toda la metodología presentada en este estudio es extensible a otras condiciones experimentales y los trastornos cerebrales. El mini-cap EEG puede también ser utilizado en los tipos de otros roedores.
En el pasado, un paradigma de estimulación pata en ratas Wistar se ha utilizado para evaluar la calidad y reproducibilidad de los datos grabados con la mini-tapa EEG 2. Por otra parte, las validaciones para la reconstrucción de origen cerebral se han realizado a partir de alta resolución EEG cráneo simultáneamente grabado con potenciales de campo locales laminares de ratas Wistar bajo un paradigma de estimulación de la barba 22. Esta metodología ha sido desarrollada para ratas Wistar, debido a la existencia de un atlas de resonancia magnética para esta rata s particular,tren. Sin embargo, se puede aplicar a otros tipos de roedores con su formato estándar de atlas incluyendo ratón 23, ratas Sprague-Dawley, 24 y Paxinos y Watson ratas 25. Además, los procedimientos fundamentales de nuestra metodología propuesta podría ser utilizado en cualquiera de los modelos preclínicos de roedores para el que el EEG es una modalidad importante. Sin embargo, muchos aspectos de esta metodología son particularmente para la epilepsia, especialmente los relacionados con EEG preprocesamiento (detección y clasificación IED). Además, los investigadores deben estar al tanto de los medicamentos adecuados utilizados para la sedación en los distintos casos. El uso de isoflurano y DEXDOMITOR en nuestro estudio se ha considerado cuidadosamente debido al impacto reducido sobre IED. En cuanto a los registros de EEG, en el caso de ratón, el área relativamente pequeña superficie del cuero cabelludo reduciría el número de canales considerablemente.
No hay conflictos de interés declarado.
Los autores desean agradecer a Pedro A. Valdés Hernández, Francois Tadel, y Lloyd Smith por su valioso asesoramiento y debate fructífero. También queremos agradecer a Rafael Torres para la corrección de pruebas.
| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Computadora de adquisición de datos | Estación de trabajo | Z210 | |
| Dexdomitor | Orion Pharma | 6295000 | Clorhidrato de dexmedetomidina |
| Software de análisis de EEG | The Mathworks Inc. | MATLAB R2011b | |
| Lluvia de ideas | Sylvain et al. 2001 | ||
| OpenMEEG | Gramfort et al. 2010 | ||
| Transmisor de datos EEG | Tecnologías RS4 Transmisor de datos | ||
| de electrodos | Biotach | YGB 103 | |
| Preamplificador de EEG | BioSemi | Active Two | |
| Brain Productos | BrainAmp | ||
| Tucker-Davis Technologies | PZ3 Amplificador | ||
| Software de grabación de EEG | BioSemi | ActiView | |
| Software de grabación de EEG | Tucker-Davis Technologies | OpenEx - OpenDeveloper | |
| Conector SCSI de EEG | BioSemi | Active | |
| Productos cerebrales | D-sub | ||
| Procesador de EEG | Tucker-Davis Technologies | RZ2 BioAmp Procesador | |
| Tucker-Davis Technologies | Zif-Clif Digital Headstage | ||
| EEG de alta resolución Mini-cap | Cortech Solutions | DA-AR-ELRCS32 | patente de EE. UU. Solicitud No. 13/641,834 |
| Isoflurano, USP | VedcoPiramal Healthcare | NDC 66794-013-25 | |
| Alcohol isopropílico Aqua Solutions | 3112213 | solución 90% v/v | |
| Lubricante Pomada oftálmica | Rugby | NDC 0536-6550-91 | NaCl estéril |
| Abbott | 2B8203 | Inyección de Cloruro de Sodio Vaterinario 0.9% USP | |
| Software de Registro de Fisiología | ADInstruments | LabChart 7.0 | |
| Sistema | de Registro de FisiologíaADInstruments | PowerLab 8/35 | |
| Jeringa | Monoject | 200555 | 12cc |
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