Questo video introduce le procedure di preparazione, registrazione e analisi della sorgente dell'EEG ad alta risoluzione su ratti sedati con un particolare modello preclinico di epilessia focale in condizioni non invasive.
Articolo metodologico
Questo video introduce le procedure di preparazione, registrazione e analisi della sorgente dell'EEG ad alta risoluzione su ratti sedati con un particolare modello preclinico di epilessia focale in condizioni non invasive.
L'elettroencefalogramma (EEG) è stato tradizionalmente utilizzato per determinare quali regioni cerebrali sono i candidati più probabili per la resezione nei pazienti con epilessia focale. Questa metodologia si basa sul presupposto che le convulsioni abbiano origine dalle stesse regioni del cervello da cui emergono le scariche epilettiformi interictali (IED). I modelli preclinici sono molto utili per trovare correlazioni tra le posizioni degli IED e le regioni effettive alla base dell'inizio delle crisi nell'epilessia focale. I ratti sono stati comunemente usati negli studi preclinici sull'epilessia1; Quindi, esiste una grande varietà di modelli per l'epilessia focale in questa particolare specie. Tuttavia, è difficile registrare l'EEG multicanale ed eseguire l'imaging della sorgente cerebrale in un animale così piccolo. Per superare questo problema, combiniamo una tecnologia brevettata per ottenere registrazioni EEG a 32 canali da roditori2 e un atlante probabilistico MRI per le strutture anatomiche cerebrali nei ratti Wistar per eseguire l'imaging della sorgente cerebrale. In questo video, introduciamo le procedure per acquisire l'EEG multicanale da ratti Wistar con displasia corticale focale e descriviamo i passaggi sia per definire il modello del conduttore di volume dall'atlante MRI sia per determinare in modo univoco gli IED. Infine, convalidiamo l'intera metodologia ottenendo immagini cerebrali di IED e le confrontiamo con quelle ottenute in diversi intervalli di tempo durante l'insorgenza delle crisi.
È stato dimostrato che le scariche epilettiformi interictali (IED) osservate dall'EEG costituiscono utili marcatori di epilettogenesi nei pazienti con epilessia focale3. Le regioni all'interno del cervello da cui hanno origine questi IED, denominate zone irritative, possono in pratica essere localizzate sulla base delle registrazioni EEG4. I modelli preclinici sono essenziali per trovare i correlati tra queste zone irritative e le regioni effettive alla base dell'inizio delle crisi. Tuttavia, la registrazione dell'EEG da piccoli animali è impegnativa a causa della piccola superficie della testa rispetto al cuoio capelluto umano. Sebbene possano essere utilizzati metodi invasivi per la registrazione cronica nei ratti5, 6, al momento non sono disponibili tecniche per acquisire registrazioni EEG tradizionali su roditori in condizioni acute senza la necessità di anestesia.
Per risolvere questo problema, applichiamo un mini-cap EEG brevettato2, che ci permette di registrare dati EEG a 32 canali dai roditori in modo non invasivo. In questo studio, forniamo anche prove sulla necessità di un analgesico per preservare la frequenza degli IED. Pertanto, sebbene la fissazione del mini-cappuccio EEG sia stata eseguita sotto isoflurano, le registrazioni EEG sono state ottenute con i ratti solo sotto sedazione (dexdomitor)7. Il metodo proposto in questo studio può essere utilizzato in qualsiasi modello preclinico di ratto di epilessia focale. Per illustrare le capacità di questa metodologia, la applichiamo per comprendere i correlati tra le zone irritative e quelle ad esordio delle crisi epilettiche nella displasia corticale focale (FCD). A tal fine, utilizziamo un modello "a doppio colpo" di FCD8 nei ratti Wistar.
Per eseguire l'analisi della sorgente cerebrale, è necessario: a) estrarre accuratamente gli IED dai dati grezzi EEG e b) ottenere un modello di conduttore di volume per la testa del singolo animale. Per generare un modello pratico di conduttore di volume, utilizziamo un atlante MRI di ratto in vivo, comprendente immagini medie di intensità/forma e ottenute tramite registrazione non lineare di immagini T2 di 31 ratti Wistar9. Il modello diretto per il conduttore di volume generato è stato calcolato con il metodo degli elementi limite (BEM)10. Come nel caso degli esseri umani, due modelli tipici di IED (onde acute e picchi) sono stati rilevati e sottoclassificati in diversi cluster attraverso un processo intelligente di estrazione, selezione e classificazione delle caratteristiche11. Questi segnali sottoclassificati vengono utilizzati per stimare le localizzazioni delle fonti cerebrali associate a diversi tipi di zone irritative. Presentiamo le fasi dell'analisi della fonte utilizzando un noto software pubblico chiamato Brainstorm12. Le localizzazioni della sorgente EEG per ciascun sottotipo di IED e i tempi di insorgenza delle crisi sono stati eseguiti utilizzando la tomografia elettromagnetica cerebrale standardizzata a bassa risoluzione (sLORETA)13, disponibile in Brainstorm.
Dichiarazione etica: Tutti gli esperimenti sono eseguiti secondo le politiche stabilite dalla cura e l'uso degli animali Comitato Istituzionale (IACUC) alla Florida International University (IACUC 13-004).
1. EEG Recordings

Figura 1. Un'immagine del EEG mini-tappo posizionato su un particolare topo.
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2. cervello Imaging Source









Una volta che tutte le procedure siano debitamente compilato, fonti stimati possono essere visualizzati nella superficie del cervello del modello pre-clinico. La Figura 5 mostra le fonti stimate da un particolare sottotipo di picchi (in alto) e onde aguzze (in basso) da IED. Inoltre, figura 6 mostra come i cambiamenti di distribuzione fonte in tempi sequenziali durante uno stabilimento sequestro. Questi risultati supportano la capacità delle metodologie proposte per la registrazione ad alta risoluzione EEG su ratti affetti da epilessia focale e per condurre analisi di origine utilizzando EEG registrato.

Figura 5. stimato posizioni di origine cerebrale di IED rispetto ai diversi gruppi a picchi (in alto) e onde aguzze (in basso). (A) serie temporali, (B) EEG topografia, e (C) Corrente corticali acidaces. La valutazione viene effettuata in un momento specifico marcata con una linea verticale rossa in (A).
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Figura 6. fonti cerebrali stimati durante il sequestro. Gli istanti sono contrassegnati come linee verticali rosse.
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Una nuova metodologia per non invasivo multicanale registrare EEG in un particolare modello preclinico di epilessia focale è descritta. Le indicazioni per le procedure di registrazione e di analisi, con specifiche punte sperimentali, sono forniti. Ci sono stati i fattori chiave da considerare raggiungere risultati di successo. In primo luogo, per le registrazioni di EEG, ottenendo segnali di alta qualità è essenziale. La corretta viscosità della pasta EEG dovrebbe essere applicata a ciascun elettrodo durante la preparazione mini-cap, e la testa e l'orecchio capelli del ratto dovrebbe essere completamente rimosso durante la rasatura. Controllo impedenza è il passo più importante per confermare la qualità delle registrazioni di EEG. In secondo luogo, per l'imaging fonte cervello, generando corretto modello di volume conduttore è fondamentale. Ogni superficie deve essere co-registrato. Inoltre, le posizioni degli elettrodi generati devono avere un errore minima distanza dalle posizioni degli elettrodi reali sul cuoio capelluto del ratto.
Anche se questo manoscritto presenta fonteprocedure di analisi che utilizzano Brainstorm 12, possono essere effettuate utilizzando altri software aperti 16,17 e prodotti commerciali 18,19. Inoltre, oltre sLORETA 13, altre soluzioni inverse come molteplici modelli dipolo e Beamformer possono essere applicati 4.
Una limitazione di questo approccio è che l'analisi del comportamento non può essere condotta in quanto la registrazione EEG è effettuata sotto sedazione. Tuttavia, rispetto agli altri metodi di registrazione EEG nel ratto 5,6, questo approccio è invasivo.
I nostri risultati preliminari supportano l'importanza, per una precisa classificazione di IED marcatori da registrazioni EEG per determinare le zone irritativi in un ratto con epilessia focale, nonché per valutare il loro rapporto con i meccanismi alla base di sequestro iniziazione 11. Inoltre, è stato dimostrato che la localizzazione della sorgente EEG per tali IED specifici ha mostrato una buona corrispondenza con la respective attivazione e disattivazione regioni BOLD 20.
Il nostro studio stimolerà l'utilizzo di modelli preclinici per valutare le strategie bed-panca-letto sviluppati da ingegneri biomedici. Ad esempio, l'estrazione IED è oggi eseguita in ospedali manualmente, che ha richiesto un notevole sforzo umano. La metodologia proposta in questo studio fa automaticamente. Noi ipotizziamo che l'uso di questa metodologia produrrà risultati simili quando applicato ai pazienti con FCD. Ci stiamo preparando protocolli IRB per la valutazione di questo e di altri aspetti della metodologia nel set di dati umano.
Inoltre, l'uso di modelli preclinici ci aiuterà a capire le capacità ei limiti di localizzazione della sorgente EEG nell'epilessia 21. La stima accurata delle fonti cerebrali subalterno epilettogenesi è cruciale per le strategie terapeutiche e pianificazione chirurgica. Inoltre, avendo una piattaforma standard per la registrazione EEG in ratti sarà utile perla valutazione dell'efficacia di diversi farmaci antiepilettici in studi preclinici. Questo è il primo studio in cui ratti epilettici sono registrati in modo non invasivo sotto sedazione, che aprirà nuove porte per la valutazione di biomarcatori EEG per l'epilessia. Tuttavia, l'intera metodologia presentata in questo studio è estendibile ad altre condizioni sperimentali e disturbi cerebrali. L'EEG mini-tappo può essere utilizzato anche in altri tipi di roditori.
In passato, un paradigma stimolazione zampa in ratti Wistar è stato utilizzato per valutare la qualità e la riproducibilità dei dati registrati con il mini-tappo EEG 2. Inoltre, convalide per la ricostruzione di origine cerebrale sono stati condotti da alta risoluzione cranio EEG concomitanza registrato con potenzialità laminari campo locale di ratti Wistar sotto un paradigma stimolazione baffo 22. Questa metodologia è stata sviluppata per ratti Wistar a causa dell'esistenza di un atlante MRI per questo particolare ratto streno. Tuttavia, può essere applicato ad altri tipi di roditori con il loro formato standard di atlas compreso il mouse 23, Sprague-Dawley 24 e Paxinos e Watson ratti 25. Inoltre, le procedure fondamentali della nostra metodologia proposta potrebbero essere utilizzati in qualsiasi roditori modelli preclinici che EEG è una modalità importante. Tuttavia, molti aspetti di questa metodologia sono particolarmente per l'epilessia, in particolare quelle relative alla pre-elaborazione EEG (rilevamento IED e classificazione). Inoltre, i ricercatori devono essere consapevoli di farmaci adeguati utilizzati per la sedazione in diversi casi. L'uso di isoflurano e DEXDOMITOR nel nostro studio è stato considerato con attenzione a causa del ridotto impatto IED. Per quanto riguarda le registrazioni EEG, nel caso del mouse, l'area relativamente piccola superficie del cuoio capelluto ridurrebbe il numero di canali considerevolmente.
Nessun conflitto di interessi dichiarati.
Gli autori desiderano ringraziare Pedro A. Valdes Hernandez, Francois Tadel, e Lloyd Smith per il loro preziosi consigli e fruttuosa discussione. Ringraziamo anche Rafael Torres per la correzione di bozze.
| Nome | Azienda | Numero di catalogo | Commenti |
|---|---|---|---|
| Computer di acquisizione dati | Hewlett-Packard | Z210 Workstation | |
| Dexdomitor | Orion Pharma | 6295000 | Dexmedetomidina cloridrato |
| Software di analisi 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 Past, | Biotach | YGB 103 | |
| EEG Preamplifier | BioSemiattivo | Two | |
| Brain Prodotti | BrainAmp | ||
| Tucker-Davis Technologies | a bassa impedenza PZ3 | ||
| Software di registrazione EEG | BioSemi | ActiView | |
| Software di registrazione EEG | Tucker-Davis Technologies | OpenEx - OpenDeveloper | |
| Connettore EEG SCSI | BioSemi | Active Due connettori | |
| Prodotti per il cervello | connettore | ||
| Tucker-Davis Technologies | Processore | ||
| Tucker-Davis Technologies | Zif-Clif Digital Headstage | ||
| EEG ad alta risoluzione Mini-cap | Cortech Solutions | DA-AR-ELRCS32 | Brevetto USA n. 13/641.834 |
| Isoflurano, USP | VedcoPiramal Healthcare | NDC 66794-013-25 | |
| Alcool isopropilico Soluzioni | d'acqua | 3112213 | soluzione al 90% v/v |
| Lubrificante Unguento oftalmico | Rugby | NDC 0536-6550-91 | |
| Sterile NaCl | Abbott | 2B8203 | Iniezione di cororuro di sodio vario 0,9% Software |
| registrazione della fisiologia | ADInstruments | LabChart 7.0 | |
| Sistema | di registrazione della fisiologiaADInstruments | PowerLab 8/35 | |
| Siringa | Monoject | 200555 | 12cc |
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