Cette vidéo présente les procédures de préparation, d’enregistrement et d’analyse de source d’EEG à haute résolution sur des rats sous sédation avec un modèle préclinique particulier d’épilepsie focale dans des conditions non invasives.
Article de méthode
Cette vidéo présente les procédures de préparation, d’enregistrement et d’analyse de source d’EEG à haute résolution sur des rats sous sédation avec un modèle préclinique particulier d’épilepsie focale dans des conditions non invasives.
L’électroencéphalogramme (EEG) est traditionnellement utilisé pour déterminer quelles régions du cerveau sont les candidats les plus probables à la résection chez les patients atteints d’épilepsie focale. Cette méthodologie repose sur l’hypothèse que les crises proviennent des mêmes régions du cerveau d’où émergent les décharges épileptiformes interictales (DEI). Les modèles précliniques sont très utiles pour trouver des corrélats entre les emplacements des EEI et les régions réelles sous-jacentes à l’initiation des crises dans l’épilepsie focale. Les rats ont été couramment utilisés dans les études précliniques sur l’épilepsie1 ; Par conséquent, il existe une grande variété de modèles pour l’épilepsie focale chez cette espèce particulière. Cependant, il est difficile d’enregistrer un EEG multicanal et d’effectuer une imagerie de source cérébrale chez un si petit animal. Pour surmonter ce problème, nous combinons une technologie brevetée permettant d’obtenir des enregistrements EEG à 32 canaux de rongeurs2 et un atlas probabiliste IRM des structures anatomiques du cerveau chez les rats Wistar pour effectuer l’imagerie de sources cérébrales. Dans cette vidéo, nous présentons les procédures d’acquisition d’EEG multicanaux chez des rats Wistar atteints de dysplasie corticale focale, et décrivons les étapes à la fois pour définir le modèle de conducteur de volume à partir de l’atlas IRM et pour déterminer de manière unique les EEI. Enfin, nous validons l’ensemble de la méthodologie en obtenant des images de DEI provenant de sources cérébrales et les comparons à celles obtenues à différents intervalles de temps au début de la crise.
Il a été démontré que les décharges épileptiformes interictales (DEI) observées à partir de l’EEG constituent des marqueurs utiles de l’épileptogenèse chez les patients atteints d’épileptogenèse focale3. Les régions du cerveau d’où proviennent ces EEI, appelées zones irritatives, peuvent en pratique être localisées sur la base des enregistrements EEG4. Les modèles précliniques sont essentiels pour trouver des corrélats entre ces zones irritatives et les régions réelles sous-jacentes à l’initiation des crises. Cependant, l’enregistrement de l’EEG de petits animaux est difficile en raison de la petite surface de la tête par rapport au cuir chevelu humain. Bien que des méthodes invasives d’enregistrement chronique chez le rat puissent être utilisées5, 6, il n’existe pas de techniques à l’heure actuelle pour obtenir des enregistrements EEG traditionnels sur des rongeurs dans des conditions aiguës sans avoir besoin d’anesthésie.
Pour résoudre ce problème, nous appliquons un mini-capEEG 2 breveté, qui nous permet d’enregistrer les données EEG à 32 canaux de rongeurs de manière non invasive. Dans cette étude, nous fournissons également des preuves de la nécessité d’un analgésique pour préserver la fréquence des EEI. Par conséquent, bien que la fixation d’une mini-casquette EEG ait été réalisée sous isoflurane, des enregistrements EEG ont été obtenus chez le rat uniquement sous sédation (dexdomitor)7. La méthode proposée dans cette étude peut être utilisée dans n’importe quel modèle préclinique d’épilepsie focale chez le rat. Pour illustrer les capacités de cette méthodologie, nous l’appliquons pour comprendre les corrélats entre les zones irritatives et les zones d’apparition des crises dans la dysplasie corticale focale (FCD). À cette fin, nous utilisons un modèle « double-hit » de FCD8 chez les rats Wistar.
Pour effectuer une analyse de source cérébrale, il est nécessaire de : a) extraire avec précision les DEI à partir des données brutes de l’EEG et b) obtenir un modèle de conducteur de volume pour la tête individuelle de l’animal. Pour générer un modèle pratique de conducteur de volume, nous utilisons un atlas IRM in vivo de rat, comprenant des images moyennes d’intensité/forme et obtenu par recalage non linéaire d’images T2 de 31 rats Wistar9. Le modèle direct du conducteur de volume généré a été calculé par la méthode des éléments de frontière (BEM)10. Comme dans le cas des humains, deux modèles typiques d’EEI (ondes aiguës et pointes) ont été détectés et sous-classés en différents groupes grâce à un processus intelligent d’extraction, de sélection et de classificationdes caractéristiques 11. Ces signaux sous-classifiés sont utilisés pour estimer les localisations des sources cérébrales associées à différents types de zones irritatives. Nous présentons les étapes d’analyse des sources à l’aide d’un logiciel public bien connu appelé Brainstorm12. La localisation des sources EEG pour chaque sous-type d’EEI et les délais d’apparition des crises ont été effectués à l’aide de la tomographie électromagnétique cérébrale à basse résolution standardisée (sLORETA)13, qui est disponible dans Brainstorm.
Déclaration éthique: Toutes les expériences sont effectuées suivant les politiques établies par le Comité des soins et de l'utilisation des animaux institutionnel (IACUC) à l'Université internationale de Floride (IACUC 13-004).
1. EEG Recordings

Figure 1. Une image de la mini-bouchon EEG placé sur un rat particulier.
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2. Cerveau Imaging Source









Une fois que toutes les procédures sont correctement remplis, sources estimées peuvent être visualisées dans la surface du cerveau du modèle pré-clinique. La figure 5 montre les sources estimées d'un sous-type particulier de pointes (en haut) et une forte-ondes (en bas) de EEI. En outre, la figure 6 montre comment les changements de distribution de la source dans des délais séquentiels au cours d'une mise en place de la saisie. Ces résultats confirment la capacité des méthodes proposées pour enregistrer haute résolution EEG sur des rats souffrant d'épilepsie focale et de mener une analyse de source en utilisant la EEG enregistré.

Figure 5. Estimation source de cerveau emplacement des IED à l'égard de différents groupes en épis (en haut) et tranchants-ondes (en bas). (A) des séries chronologiques, (B) EEG topographie, et (C) de courant corticales aigreCES. L'évaluation est effectuée à un moment spécifique marqué avec une ligne verticale rouge dans (A).
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Figure 6. sources cérébrales estimé lors de la saisie. Les instants sont marqués comme des lignes verticales rouges.
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Une nouvelle méthodologie pour non-invasive enregistrement multicanal EEG dans un modèle préclinique particulier de l'épilepsie focale est décrite. Les renseignements pour les procédures d'enregistrement et d'analyse, avec des conseils expérimentales spécifiques, sont fournis. Il y avait des facteurs clés à considérer la réalisation de bons résultats. Tout d'abord, pour les enregistrements EEG, obtenir des signaux de haute qualité est essentiel. Bonne viscosité de la pâte de EEG doit être appliquée à chaque électrode lors de la préparation de mini-bouchon, et la tête et les cheveux oreille du rat devrait être complètement enlevée pendant le rasage. Chèque Impédance est l'étape la plus importante pour confirmer la qualité des enregistrements EEG. Deuxièmement, pour l'imagerie source du cerveau, générant modèle de conducteur de volume correct est crucial. Chaque surface doit être co-enregistré. En outre, les positions des électrodes produites doivent avoir erreur de distance minimum à partir des emplacements réels des électrodes sur le cuir chevelu du rat.
Même si ce manuscrit présente la sourceles procédures d'analyse à l'aide de Brainstorm 12, ils peuvent être effectuées en utilisant d'autres logiciels ouverts 16,17 et 18,19 des produits commerciaux. Aussi, outre sLORETA 13, d'autres solutions telles que les modèles inverses dipolaires multiples et Beamformer peuvent être appliqués 4.
Une limitation de cette approche est que l'analyse du comportement ne peut être effectué depuis l'enregistrement EEG est effectuée sous sédation. Cependant, par rapport aux autres procédés pour l'enregistrement EEG chez le rat 5,6, cette approche est non invasive.
Nos résultats préliminaires confirment l'importance pour une classification précise des marqueurs IED à partir d'enregistrements EEG pour déterminer les zones d'irritation dans un rat avec l'épilepsie focale, ainsi que pour évaluer leur relation avec les mécanismes sous-jacents de saisie initiation 11. En outre, il a été montré que la localisation de la source pour de tels engins explosifs improvisés EEG spécifiques a montré une bonne correspondance avec la resprégions caces BOLD d'activation et de désactivation 20.
Notre étude va stimuler l'utilisation de modèles précliniques pour évaluer les stratégies lit-banquette-lit développés par les ingénieurs biomédicaux. Par exemple, l'extraction IED est aujourd'hui réalisée dans les hôpitaux manuellement, ce qui nécessitait un effort humain considérable. La méthodologie proposée dans cette étude fait automatiquement. Nous émettons l'hypothèse que l'utilisation de cette méthodologie va produire des résultats similaires lorsqu'il est appliqué à des patients avec FCD. Nous préparons les protocoles de la CISR pour l'évaluation de cela et d'autres aspects de la méthodologie dans le dataset humaine.
En outre, l'utilisation de modèles précliniques nous aidera à comprendre les capacités et les limites de la localisation de source EEG dans les épilepsies 21. L'estimation précise des sources du cerveau sous-fifre épileptogenèse est crucial pour les stratégies thérapeutiques et la planification chirurgicale. Aussi, avoir une plate-forme standard pour l'enregistrement EEG chez le rat sera utile pourl'évaluation de l'efficacité de plusieurs médicaments anti-épileptiques dans des essais précliniques. Cette étude est la première dans laquelle des rats épileptiques sont enregistrées de manière non invasive sous sédation, ce qui ouvrira de nouvelles portes pour l'évaluation de biomarqueurs EEG pour l'épilepsie. Toutefois, l'ensemble de la méthodologie présentée dans cette étude est extensible à d'autres conditions expérimentales et les troubles cérébraux. Le mini-bouchon EEG peut aussi être utilisé dans les types des autres rongeurs.
Dans le passé, un paradigme de stimulation patte chez des rats Wistar a été utilisé pour évaluer la qualité et la reproductibilité des données enregistrées avec l'EEG mini-bouchon 2. En outre, les validations pour la reconstruction de source du cerveau ont été effectués à partir du crâne EEG haute résolution simultanément enregistré avec laminaires potentiels de champ locaux de rats Wistar sous un paradigme de stimulation des moustaches 22. Cette méthodologie a été développée pour les rats Wistar en raison de l'existence d'un atlas IRM pour ce rat s particuliertrain. Cependant, elle peut être appliquée à d'autres types de rongeurs avec leur format standard de 23 souris, y compris atlas, des rats Sprague-Dawley 24 et Paxinos et Watson 25 rats. En outre, les procédures fondamentales de notre méthodologie proposée pourraient être utilisées dans des modèles précliniques pour rongeurs qui EEG est une modalité importante. Cependant, de nombreux aspects de cette méthode sont particulièrement pour l'épilepsie, en particulier ceux liés à l'EEG prétraitement (détection et la classification IED). Aussi, les chercheurs doivent être conscients des médicaments appropriés utilisés pour la sédation dans les différents cas. L'utilisation de l'isoflurane et DEXDOMITOR dans notre étude a été soigneusement examiné en raison de l'impact réduit sur les IED. En ce qui concerne les enregistrements EEG, dans le cas de la souris, la superficie relativement petite de la surface du cuir chevelu permettrait de réduire le nombre de canaux considérablement.
Aucun conflit d'intérêt déclaré.
Les auteurs tiennent à remercier Pedro A. Hernandez Valdes, François Tadel, et Lloyd Smith pour leurs précieux conseils et une discussion fructueuse. Nous remercions aussi Rafael Torres pour la lecture de la preuve.
| Nom | Entreprise | Numéro de catalogue | Commentaires |
|---|---|---|---|
| Ordinateur d’acquisition de données | Hewlett-Packard | Z210 Station de travail | |
| Dexdomitor | Orion Pharma | 6295000 | Chlorhydrate de dexmédétomidine |
| Logiciel d’analyse EEG | The Mathworks Inc. | MATLAB R2011b | |
| Brainstorm | Sylvain et al. 2001 | ||
| OpenMEEG | Gramfort et al. 2010 | ||
| EEG Data Streamer | Tucker-Davis Technologies | RS4 Data Streamer | |
| EEG Electrode Paste | Biotach | YGB 103 | |
| Préamplificateur EEG | BioSemi | Active Two | |
| Brain Produits | BrainAmp | ||
| Tucker-Davis Technologies | PZ3 Amplificateur | ||
| Logiciel d’enregistrement EEG | BioSemi | ActiView | |
| Logiciel d’enregistrement EEG | Tucker-Davis Technologies | OpenEx - OpenDeveloper | |
| Connecteur EEG | BioSemi | Active Two SCSI Connector | |
| Brain Produits | D-sub | ||
| Processeur EEG | Tucker-Davis Technologies | Processeur | |
| Tucker-Davis Technologies | Zif-Clif Digital Headstage | ||
| Haute résolution EEG Mini-cap | Cortech Solutions | DA-AR-ELRCS32 | Demande de brevet américain n° 13/641,834 |
| Isoflurane, USP | VedcoPiramal Healthcare | NDC 66794-013-25 | |
| Alcool isopropylique | Aqua Solutions | 3112213 | solution à 90 % v/v |
| Lubrifiant Pommade ophtalmique | Rugby | NDC 0536-6550-91 | |
| NaCl | stérile Abbott | 2B8203 | Vaterinary 0,9 % Sodium Chroride Injection USP |
| Logiciel d’enregistrement de physiologie | ADInstruments | LabChart 7.0 | |
| Système | d’enregistrement de la physiologieADInstruments | PowerLab 8/35 | |
| Seringue | Monoject | 200555 | 12cc |
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