La estimulación cerebral profunda con simultánea fMRI en roedores

Hola, soy John Ya.Y soy Dan Alba. Hoy demostraremos la resonancia magnética funcional. Estimulación cerebral profunda simultánea en una rata.

Podemos usar esta técnica para mapear las respuestas funcionales en todo el cerebro a la estimulación cerebral profunda en una variedad de objetivos. Este procedimiento consiste en la implantación de electrodos estereotácticos, la adquisición de FMRI, un análisis de las respuestas funcionales. El primer paso es la implantación del electrodo.

Implantaremos un electrodo de forma unilateral en el núcleo subtalámico. Comenzaremos anestesiando al animal por completo y controlando los parámetros fisiológicos, incluyendo la oxigenación y la temperatura corporal durante todo el procedimiento. Comience a preparar el sitio quirúrgico quitando el pelo y sujete al animal a un marco estereotáctico.

Use ungüento para lubricar los ojos del animal durante el procedimiento. Aplique antiséptico en el sitio y aplique cortinas sobre el campo esterilizado. Para completar la preparación del sitio quirúrgico.

Retire la piel y la fascia que recubre el cráneo, asegurándose de que bgma y lambda queden descubiertas. Use un bisturí para rugosar la superficie del cráneo para mejorar la adherencia del cemento más adelante en el procedimiento. Y use algodón estéril en electrocauterización para la hemostasia sobre la superficie ósea y el uso de tejidos cortados.

Use una aguja conectada al brazo estereotáctico para tocar la ubicación exacta de bgma como referencia para la ubicación de la craneotomía y marque la ubicación en el cráneo con la aguja para el núcleo subtalámico. Será de 3,6 milímetros de torema posterior y de 2,5 milímetros lateral de la línea media. Use un taladro de broca pequeño para hacer un pequeño agujero en el cráneo, limpiando y sondeando los bordes del agujero.

Use una aguja de calibre pequeño para perturbar completamente la superficie dural y limpiar cualquier sangrado o fuga adicional de líquido cefalorraquídeo. Ahora colocaremos un tornillo compatible con resonancia magnética en el cráneo para su anclaje. Taladre un orificio en el cráneo contralateral y posterior a la futura ubicación del electrodo.

Coloque el tornillo lo suficientemente profundo como para asegurarlo, pero sin presionar la duramadre o la corteza, utilizamos un microelectrodo de tungsteno de dos canales casero compatible con MRI para la estimulación. Inspeccione el electrodo para asegurarse de que esté recto y que los cables no estén partidos. Coloque el electrodo en el brazo estereotáctico en posición vertical y toque la punta para bgma.

Mueva el electrodo a la posición de la región del cerebro objetivo utilizando el marco estereotáctico para la medición y toque la superficie cortical. Baje el electrodo utilizando el marco estereotáctico para la medición. Asegúrese de que no haya flexión en el electrodo.

Durante este proceso, coloque primero una capa inicial de cemento, asegurando un servicio de cráneo seco. Después de que la primera capa esté seca, doble el electrodo posteriormente, luego aplique cemento adicional para aumentar la estabilidad. Deje que el cemento se seque por completo antes de retirar al animal.

El animal ahora puede ser resucitado o preparado inmediatamente para una resonancia magnética funcional. El segundo paso es la preparación del animal para la FMRI y la adquisición de FMRI. Esto se puede realizar inmediatamente después de la cirugía o varios días después.

Se debe utilizar un casco para inmovilizar completamente la cabeza del animal con respecto a la bobina. El animal debe estar endotraqueal, intubado y ventilado. Se puede usar una variedad de anestésicos.

Usamos dme, toine y combin con isof de dosis baja. La parálisis por flúor debe realizarse utilizando una geometría de tapa de antenio cerca de la unión del tubo de ventilación con el tubo endotraqueal. Ajuste la configuración del ventilador para estabilizar el CO2 TAL final.

En el rango normal, generalmente cerca del 3%, las temperaturas deben controlarse utilizando una sonda rectal fijada a la base de la cola. Se debe ajustar un baño de agua caliente circulante para estabilizar la temperatura corporal dentro del rango normal. También se puede adquirir oximetría de pulso en el área de la pata trasera, colocando pasta de dientes sobre el área a escanear para mejorar la calidad de la imagen.

Coloque una bobina de superficie directamente sobre las regiones del cerebro que se van a escanear. Asegure la bobina firmemente al cabezal y al soporte. Conecte el sistema de estimulación al conector del electrodo y asegure los cables en su lugar.

Cubra el animal para mejorar el aislamiento en el ambiente refrigerado del imán. Ahora es el momento de insertar el animal en el centro del imán. Utilice una imagen de exploración de tres S lisas para un posicionamiento preciso del animal dentro del escáner a nivel mundial.

Calce con referencia a la superficie cortical para mejorar la homogeneidad del campo magnético. A continuación, utilice FMAP para calzar localmente las regiones del cerebro que se utilizarán para las exploraciones funcionales. Adquiera una sola rebanada ponderada T de dos en un plano sagital medio.

Crea un degradado de una sola toma. Escaneo Echo EPI con tamaño de matriz de 96 por 96, campo de visión de 2,56 por 2,56 centímetros. Tiempo de repetición de 1000 milisegundos, tiempo de eco de 14 milisegundos y ancho de corte de un milímetro con cuatro escaneos ficticios seguidos de 70 repeticiones.

Cada escaneo con estos parámetros debería durar un segundo. Para un tiempo total de escaneo de 70 segundos, alinee este escaneo EPI con la comisura anterior de la imagen sagital T dos anterior para obtener la consistencia geométrica entre los sujetos, configure la estimulación, la frecuencia, el ancho de pulso y el paradigma de estimulación, y sincronice el disparador de estimulaciones con las salidas de RF de la secuencia de escaneo. Aquí utilizamos una frecuencia de 130 hercios, ancho de pulso de 90 microsegundos y un paradigma de estimulación de 60 segundos de descanso, seguido de 30 segundos de estimulación y, finalmente, 120 segundos de descanso.

A continuación, configure el tipo de corriente de estimulación, incluida la amplitud de corriente deseada y la corriente bipolar de salida. El escaneo EPI que garantiza que la estimulación se desencadene correctamente después de la adquisición verifica para garantizar una respuesta robusta utilizando las herramientas de análisis de datos descritas en la siguiente sección. Si esto no ocurre, verifique las conexiones del estimulador.

Después de que se requieran todas las exploraciones, se deben realizar exploraciones anatómicas para medir la posición aproximada del electrodo y garantizar la posición del electrodo dentro del objetivo previsto. Después, la rata puede ser resucitada y preservada para futuros experimentos. Finalmente, después de que se hayan realizado todos los experimentos necesarios, el animal puede ser sacrificado en el cerebro perfundido con formalina.

Una vez retirado el tracto de electrodos, se pueden realizar dos exploraciones ponderadas para identificar el tracto de electrodos y su relación con las estructuras cercanas. En este caso, el tracto del electrodo termina justo ventral a la cápsula interna en el núcleo subtalámico, lo que confirma la precisión de la implantación. A continuación, procesaremos y analizaremos los resultados de nuestros escaneos funcionales.

Para ello, utilizaremos un programa escrito a medida que se ejecuta dentro de matlab, aunque otros paquetes de software para el análisis de FMRI pueden utilizarse de forma similar en matlab. Utilice los códigos SPM para aplicar el cuerpo rígido en todas las pruebas de estímulo. A continuación, cree un segmento promedio de imágenes, conservando el curso temporal de los escaneos, realice manualmente la extracción del cráneo después de la aplicación de un umbral de corte.

Ahora generaremos mapas de coeficientes de correlación para las regiones cerebrales de interés. La reducción de ruido se puede realizar utilizando un tamaño mínimo de grupo o un suavizado de paso bajo de tres por tres. Se debe introducir el paradigma de estimulación y se puede establecer un retardo corto del paradigma para tener en cuenta el retardo hemodinámico.

Para cada vóxel, se puede calcular el coeficiente de correlación del cambio de intensidad de la señal a lo largo del tiempo con respecto al paradigma de estimulación. Esto se puede mapear en cada corte para identificar regiones neuroanatómicas donde la respuesta de la pelota se correlaciona fuertemente con el protocolo experimental. Las regiones de interés se pueden definir manualmente o utilizar un polígono como aproximación.

El cambio porcentual de la señal dentro de esta región de interés puede determinarse utilizando la señal de preestimulación como referencia. Estos valores se pueden exportar para el análisis estadístico. Aquí hemos realizado una estimulación cerebral profunda en el núcleo subtalámico y las respuestas en nuestro mapa de coeficientes de correlación están en regiones cerebrales distantes de ese núcleo.

Aquí vemos regiones positivas, negritas y corticales anteriores a la ubicación de la estimulación en el corte más posterior. El artefacto del electrodo estimulador es visible cuando se calcula el cambio en la intensidad de la señal en negrita a lo largo del tiempo para una región cortical de muestra de interés. El resultado se muestra en la pantalla con el paradigma de estimulación mostrado aquí por una barra amarilla.

Esto se puede utilizar para cuantificar la respuesta audaz y, para un análisis más detallado, acabamos de demostrar la estimulación cerebral profunda con resonancia magnética funcional simultánea en un modelo de roedores. Gracias por mirar y buena suerte con tus experimentos.