이 비디오는 비침습적 조건에서 국소 간질의 특정 전임상 모델을 사용하여 진정된 쥐에서 고해상도 EEG의 준비, 기록 및 소스 분석 절차를 소개합니다.
방법 논문
이 비디오는 비침습적 조건에서 국소 간질의 특정 전임상 모델을 사용하여 진정된 쥐에서 고해상도 EEG의 준비, 기록 및 소스 분석 절차를 소개합니다.
뇌파(EEG)는 전통적으로 국소 간질 환자에서 절제할 가능성이 가장 높은 뇌 영역을 결정하는 데 사용되었습니다. 이 방법론은 발작이 간질 간질 방전(IED)이 발생하는 뇌의 동일한 영역에서 발생한다는 가정에 의존합니다. 전임상 모델은 IED 위치와 국소 간질에서 발작 시작의 기초가 되는 실제 영역 사이의 상관관계를 찾는 데 매우 유용합니다. 쥐는 간질의 전임상 연구에서 일반적으로 사용되어 왔다1; 따라서 이 특정 종의 국소 간질에 대한 다양한 모델이 존재합니다. 그러나 이렇게 작은 동물에서 다채널 EEG를 기록하고 뇌 소스 이미징을 수행하는 것은 어렵습니다. 이 문제를 극복하기 위해 설치류2의 32채널 EEG 기록을 얻을 수 있는 특허 기술과 Wistar 쥐의 뇌 해부학적 구조에 대한 MRI 확률 지도를 결합하여 뇌 소스 이미징을 수행합니다. 이 비디오에서는 국소 피질 이형성증이 있는 Wistar 쥐로부터 다중 채널 EEG를 획득하는 절차를 소개하고 MRI 아틀라스에서 볼륨 도체 모델을 정의하고 IED를 고유하게 결정하는 단계를 설명합니다. 마지막으로, IED의 뇌 소스 이미지를 얻어 전체 방법론을 검증하고 이를 발작 시작 중 다른 시간대에 얻은 이미지와 비교합니다.
EEG에서 관찰된 간질 방전(interictal epileptiform discharge, IED)은 국소 간질 환자에서 간질 형성의 유용한 표지자인것으로 나타났습니다 3. 자극 영역(irritative zone)이라고 불리는 이러한 IED가 발생하는 뇌 내부 영역은 실제로 EEG 기록에 기초하여 국소화될 수 있다4. 전임상 모델은 이러한 자극 영역과 발작 시작의 기저에 있는 실제 영역 사이의 상관관계를 찾는 데 필수적입니다. 그러나 작은 동물의 EEG를 기록하는 것은 인간의 두피에 비해 머리의 표면적이 작기 때문에 어렵습니다. 쥐의 만성 기록을 위한 침습적 방법이 사용될 수 있지만5, 6, 현재로서는 마취 없이 급성 조건에서 설치류에 대한 전통적인 EEG 기록을 획득할 수 있는 기술을 사용할 수 없습니다.
이 문제를 해결하기 위해 설치류의 32채널 EEG 데이터를 비침습적으로 기록할 수 있는 특허받은 EEG mini-cap2를 적용합니다. 이 연구에서는 IED 빈도를 보존하기 위해 진통제의 필요성에 대한 증거도 제공합니다. 그러므로, EEG mini-cap의 고정은 이소플루란(isoflurane) 하에서 수행되었지만, EEG 기록은 진정제(dexdomitor)하에서만 쥐에 대해서만 얻어졌다7. 이 연구에서 제안된 방법은 국소 간질의 모든 전임상 랫트 모델에서 사용할 수 있습니다. 이 방법론의 기능을 설명하기 위해 국소 피질 이형성증(FCD)에서 자극 부위와 발작 부위 사이의 상관 관계를 이해하기 위해 이를 적용합니다. 이를 위해 우리는 Wistar 쥐에서 FCD8의 "더블 히트" 모델을 사용합니다.
뇌 소스 분석을 수행하려면 a) EEG 원시 데이터에서 IED를 정확하게 추출하고 b) 개별 동물 머리에 대한 부피 전도체 모델을 얻어야 합니다. 실용적인 체적 도체 모델을 생성하기 위해 우리는 강도/모양의 평균 이미지로 구성되고 31마리의 Wistar 쥐9의 T2 이미지의 비선형 등록을 통해 얻은 생체 내 쥐 MRI 아틀라스를 사용합니다. 생성된 체적 도체에 대한 순방향 모델은 경계 요소 방법(BEM)10에 의해 계산되었습니다. 인간의 경우와 마찬가지로, IED의 두 가지 전형적인 패턴(sharp-waves 및 spikes)이 감지되어 지능적인 특징 추출, 특징 선택 및 분류 과정11을 통해 서로 다른 클러스터로 하위 분류되었습니다. 이러한 하위 분류된 신호는 다양한 유형의 자극 영역과 관련된 뇌 소스 국소화를 추정하는 데 사용됩니다. Brainstorm12라는 잘 알려진 공개 소프트웨어를 사용하여 소스 분석 단계를 제시합니다. 각 IED 하위 유형 및 발작 시작 시간 프레임에 대한 EEG 소스 국소화는 Brainstorm에서 사용할 수 있는 표준화된 저해상도 뇌 전자기 단층 촬영(sLORETA)13을 사용하여 수행되었습니다.
윤리 문 : 모든 실험 기관 동물 관리 및 사용위원회 플로리다 국제 대학 (IACUC) (IACUC 13-004)에 의해 설립 된 정책을 다음과 수행됩니다.
1. 뇌파 녹음

그림 1. 특정 쥐에 배치 뇌파 미니 캡의 그림.
2. 뇌 영상 소스









일단 모든 절차가 제대로 완료, 예상 소스는 전임상 모델의 뇌 표면에 가시화 될 수있다. (5) 스파이크 (위)과의 IED에서 날카로운 파도 (아래)의 하나의 특정 서브 타입에서 추정 된 소스를 보여줍니다. 또한, 6 표시도 방법 발작을 설정하는 동안 순차적 타임 프레임에 소스 배포판으로 변경됩니다. 이러한 결과는 초점 간질 쥐 고해상도 EEG를 기록하고 기록 된 EEG를 이용하여 소스 분석을 수행하는 방법을 제안하는 능력을 지원한다.

스파이크에서 다른 클러스터에 대해 (위)과 날카로운 파도 (아래)과의 IED의 그림 5. 예상 뇌 원본 위치. () 시간 시리즈, (B) 뇌파 지형, 및 (c) 신 현재의 대뇌 피질CES. 평가에서 빨간색 수직선 (A)로 표시된 특정 시간에 수행된다.
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발작 동안 그림 6. 예상 뇌 소스. 시간 순간은 빨간색 수직선으로 표시됩니다.
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초점 간질 특정 전임상 모델에서 비 침습적 채널 EEG 기록하는 새로운 방법을 설명한다. 기록 및 분석 절차에 대한 내역은 특정 실험 팁을 제공하고 있습니다. 성공적인 결과를 달성 고려해야 할 중요한 요소가 있었다. 우선, EEG 레코딩을 위해 고품질의 신호를 얻는 것이 필수적이다. EEG 페이스트의 적정 점도는 미니 캡 제조 동안 각 전극에인가되어야하고, 쥐의 머리 및 귀 모발 면도 중에 완전히 제거되어야한다. 임피던스 체크 EEG 레코딩의 품질을 확인하기 위해 가장 중요한 단계이다. 둘째, 뇌 소스 이미징, 적절한 양 도체 모델을 생성하는 것은 매우 중요하다. 각면은 공동 등록해야합니다. 또한, 생성 된 전극의 위치는 랫트의 두피에 전극의 실제 위치에서 최소 거리 에러를 가져야한다.
심지어이 원고 소스를 소개하지만브레인 (12)를 사용하여 분석 절차는, 그들은 다른 오픈 소프트웨어 16,17과 18,19 시판품을 사용하여 수행 될 수있다. 또한 sLORETA 13 외에, 다중 다이폴 모델 빔 형성기와 같은 다른 역 용액 4를 적용 할 수있다.
이 방법의 하나의 제한은 EEG 기록이 진정 하에서 수행되기 때문에, 분석 동작을 수행 할 수 없다는 것이다. 그러나, 래트에서 5,6- EEG 기록을위한 다른 방법에 비해,이 방법은 비 침습적이다.
우리의 예비 결과는 초점 간질 쥐의 자극성 영역을 결정하기 위해,뿐만 아니라 발작 개시 (11)에 대한 기본 메커니즘과의 관계를 평가하기 위해 뇌파 기록에서 폭발물 공격 마커의 정확한 분류에 대한 중요성을 지원합니다. 또한, 이러한 특정의 IED에 대한 EEG 소스 지역화 RESP와 양호한 일치를 보였다 것으로 밝혀졌다ective BOLD 활성화 및 비활성화 지역 (20).
우리의 연구는 생물 의학 엔지니어에 의해 개발 된 침대 벤치 침대 전략을 평가하는 전임상 모델의 사용을 자극 할 것이다. 예를 들어, IED 추출 요즘 많은 인적 노력이 필요한 수동 병원에서 수행된다. 본 연구에서 제안 된 방법은 자동으로 수행합니다. 우리는 FCD 환자에 적용 할 때,이 방법의 사용은 유사한 결과를 얻을 수 있다는 가설을 세웠다. 우리는 이것의 평가와 인간의 데이터 셋의 방법론의 다른 측면에 대한 IRB 프로토콜을 준비하고있다.
또한, 전임상 모델의 사용은 우리가 간질 21 뇌파 소스 지역화의 기능과 한계를 이해하는 데 도움이 될 것입니다. epileptogenesis를 부하 뇌 소스의 정확한 추정은 치료 전략 및 수술 계획을 위해 매우 중요하다. 또한, 쥐의 뇌파 기록을위한 표준 플랫폼을 갖는 것이 유용 할 것이다전임상 시험에서 몇 항 간질 약물의 효과의 평가. 이 간질 뇌파 바이오 마커의 평가를 위해 새로운 문을 열 것 간질 쥐가 비 침습적 진정에 따라 기록되는 첫 번째 연구이다. 그러나, 본 연구에서 제시 한 전체 방법론은 다른 실험 조건 및 뇌 질환에 대한 확장입니다. EEG 미니 캡은 또한 설치류의 다른 유형에 이용 될 수있다.
과거에는, 위 스타 래트에서 앞발 자극 패러다임 EEG 미니 캡 (2)과, 기록 된 데이터의 품질과 재현성을 평가하기 위해 사용되어왔다. 또한, 뇌 소스 재구성에 대한 검증이 동시에 수염 자극 패러다임 (22) 아래의 Wistar 쥐에서 층류 지역 필드 잠재력으로 기록 된 고해상도 두개골 뇌파에서 수행되었다. 이 방법 때문에이 특정 쥐들에 대한 자기 공명 영상 아틀라스의 존재의의 Wistar 쥐를 위해 개발 된기차. 그러나, 마우스 (23), 흰쥐 24과 Paxinos 왓슨 래트 25 포함한 아틀라스 그들의 표준 포맷과 다른 설치류 유형에 적용될 수있다. 또한, 제안 된 방법의 기본적인 절차는 EEG가 중요한 양상되는 모든 설치류 전임상 모델에서 사용될 수있다. 그러나,이 방법의 여러 측면 뇌파 전처리 (IED 탐지 및 분류)에 관한 특히이 간질을 위해 특히이다. 또한, 연구진은 다른 경우에 진정 작용에 사용되는 적절한 약물을 알고 있어야합니다. 우리의 연구에서 이소 플루 란과 dexdomitor의 사용은 신중의 IED에 의한 영향이 감소하는 것으로 간주되었다. EEG 레코딩에 대해서, 쥐의 경우에, 두피에 비교적 작은 표면적은 상당히 채널 수를 감소시킬 것이다.
관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.
저자는 자신의 귀중한 조언과 유익한 토론 페드로 발데스 A. 에르난데스, 프랑소와 Tadel, 로이드 스미스에게 감사의 말씀을 전합니다. 우리는 또한 증거 읽기 라파엘 토레스 감사합니다.
| 이름 | 회사 | 카탈로그 번호 | 댓글 |
|---|---|---|---|
| 데이터 수집 컴퓨터 | Hewlett-Packard | Z210 워크스테이션 | |
| Dexdomitor | Orion Pharma | 6295000 | Dexmedetomidine hydrochloride |
| EEG 분석 소프트웨어 | The Mathworks Inc. | MATLAB R2011b | |
| Brainstorm | Sylvain et al., 2001 | ||
| OpenMEEG | Gramfort et al., 2010 | ||
| EEG 데이터 스트리머 | Tucker-Davis Technologies | RS4 데이터 스트리머 | |
| EEG 전극, 페이스트 | Biotach | YGB, 103 | |
| EEG 프리앰프 | BioSemi | Active, Two | |
| Brain 제품 | BrainAmp | ||
| Tucker-Davis Technologies | PZ3 저임피던스 증폭기 | ||
| EEG 기록 소프트웨어 | BioSemi | ActiView | |
| EEG 기록 소프트웨어 | Tucker-Davis Technologies | OpenEx - OpenDeveloper | |
| EEG SCSI 커넥터 | BioSemi | Active Two SCSI 커넥터 | |
| Brain Products | D-sub 커넥터 | ||
| EEG 프로세서 | Tucker-Davis Technologies | RZ2 BioAmp 프로세서 | |
| Tucker-Davis Technologies | Zif-Clif 디지털 헤드스테이지 | ||
| 고해상도 EEG Mini-cap | Cortech Solutions | DA-AR-ELRCS32 | 미국 특허 출원 번호 13/641,834 |
| Isoflurane, USP | VedcoPiramal Healthcare | NDC 66794-013-25 | |
| 이소 프로필 알코올 | 아쿠아 솔루션 | 3112213 90 % V / V 용액 | |
| 윤활제 안과 연고 | Rugby | NDC 0536-6550-91 | 멸균 |
| NaCl | Abbott | 2B8203 | Vaterinary 0.9 % 나트륨 크로라이드 주입 USP |
| 생리학 기록 소프트웨어 | ADInstruments | LabChart 7.0 | |
| 생리학 기록 시스템 | ADInstruments | PowerLab 8/35 | |
| 주사기 | 모노젝 | 200555 | 12cc |
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