Methodenartikel

Brain Bron Imaging in preklinisch Rat Modellen van focale epilepsie met behulp van High-Resolution EEG Recordings

DOI:

10.3791/52700

⸱

6 juni 2015

 ,  ,  , 
1Biomedical Engineering, Florida International University

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Deze video introduceert de voorbereiding, registratie en bronanalyse procedures van hoge resolutie EEG op gesedateerde ratten met een specifiek preklinisch model van focale epilepsie onder niet-invasieve omstandigheden.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Elektro-encefalografie (EEG) wordt traditioneel gebruikt om te bepalen welke hersengebieden het meest waarschijnlijke kandidaten zijn voor resectie bij patiënten met focale epilepsie. Deze methodologie is gebaseerd op de veronderstelling dat aanvallen ontstaan in dezelfde hersengebieden waaruit interictale epileptiforme ontladingen (IED's) komen. Preklinische modellen zijn erg nuttig om correlaties te vinden tussen IED-locaties en de werkelijke regio's die ten grondslag liggen aan de initiatie van aanvallen bij focale epilepsie. Ratten worden vaak gebruikt in preklinische studies van epilepsie1; daarom bestaat er een grote verscheidenheid aan modellen voor focale epilepsie bij deze specifieke soort. Het is echter een uitdaging om multichannel EEG op te nemen en hersenbronbeeldvorming uit te voeren bij zo'n klein dier. Om dit probleem te overwinnen, combineren we een gepatenteerde technologie om 32-kanaals EEG-opnames van knaagdieren te verkrijgen2 en een MRI-waarschijnlijkheidsatlas voor anatomische hersstructuren bij Wistar-ratten om hersenbronbeeldvorming uit te voeren. In deze video introduceren we de procedures om multichannel EEG te verkrijgen van Wistar-ratten met focale corticale dysplasie, en beschrijven we de stappen om zowel het volumegeleidermodel van de MRI-atlas te definiëren als om de IED's uniek te bepalen. Ten slotte valideren we de hele methodologie door hersenbronbeelden van IED's te verkrijgen en deze te vergelijken met die verkregen in verschillende tijdsframes tijdens het begin van de aanval.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Het is aangetoond dat interictale epileptiforme ontladingen (IED's) die worden waargenomen in EEG nuttige markers zijn van epileptogenese bij patiënten met focale epilepsie3. De hersengebieden waaruit deze IED's ontstaan, genaamd irritatieve zones, kunnen in de praktijk worden gelokaliseerd op basis van EEG-opnames4. Preklinische modellen zijn essentieel om correlaties te vinden tussen deze irritatieve zones en de daadwerkelijke gebieden die ten grondslag liggen aan de initiatie van aanvallen. Het opnemen van EEG bij kleine dieren is echter een uitdaging vanwege de kleine oppervlakte van het hoofd in vergelijking met de menselijke hoofdhuid. Hoewel invasieve methoden voor chronische registratie bij ratten kunnen worden gebruikt5, 6, zijn er op dit moment geen technieken beschikbaar om traditionele EEG-opnames bij knaagdieren onder acute omstandigheden te verkrijgen zonder de noodzaak van anesthesie.

Om dit probleem op te lossen, gebruiken we een gepatenteerde EEG mini-cap2, waarmee we 32-kanaals EEG-gegevens van knaagdieren non-invasief kunnen opnemen. In deze studie leveren we ook bewijs over de noodzaak van een pijnstiller om de IED-frequentie te behouden. Daarom werden EEG-opnames, hoewel de EEG mini-cap onder isoflurane werd bevestigd, alleen verkregen met ratten onder sedatie (dexdomitor)7. De in deze studie voorgestelde methode kan worden gebruikt in elk preklinisch rattenmodel van focale epilepsie. Om de mogelijkheden van deze methodologie te illustreren, passen we deze toe om de correlaties te begrijpen tussen irritatieve en aanvalsbeginzones bij focale corticale dysplasie (FCD). Daartoe gebruiken we een “double-hit” model van FCD8 bij Wistar-ratten.

Om hersenbronanalyse uit te voeren, is het vereist om: a) nauwkeurig IED's uit EEG-ruwe gegevens te extraheren en b) een volumegeleidermodel voor het individuele rattenhoofd te verkrijgen. Om een praktisch volumegeleidermodel te genereren, gebruiken we een in vivo rat MRI-atlas, bestaande uit gemiddelde afbeeldingen van intensiteit/vorm en verkregen via niet-lineaire registratie van T2-beelden van 31 Wistar-ratten9. Het voorwaartse model voor de gegenereerde volumegeleider werd berekend met de boundary element method (BEM)10. Net als bij mensen, werden twee typische patronen van IED's (scherpe golven en pieken) gedetecteerd en onderverdeeld in verschillende clusters door een intelligent proces van kenmerkenextractie, kenmerkenselectie en classificatie11. Deze onderverdeelde signalen worden gebruikt om de hersenbronlocalisaties te schatten die geassocieerd zijn met verschillende soorten irritatieve zones. We presenteren de stappen voor bronanalyse met behulp van een bekend openbaar softwareprogramma genaamd Brainstorm12. De EEG-bronlocalisaties voor elk IED-subtype en de aanvalsbegintijdframes werden uitgevoerd met behulp van gestandaardiseerde low-resolution brain electromagnetic tomography (sLORETA)13, die beschikbaar is in Brainstorm.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ethics statement: Alle experimenten worden uitgevoerd volgens de door de Institutional Animal Care en gebruik Comite (IACUC) aan de Florida International University (IACUC 13-004) beleid.

1. EEG Recordings

  1. Bereiding van het EEG mini-cap
    1. Dompel de elektrode tips van de EEG mini-cap ten minste 12 uur in gedestilleerd water met 0,2% chloride. Spoel de EEG mini-cap voorzichtig in gedestilleerd water. Droog de kap en de elektroden in de lucht.
    2. Mix EEG elektrodepasta met 0,9% NaCl oplossing in de volume verhouding van 2: 1. Voeg een druppel methyleenblauw, die zal helpen om de elektrodepasta visualiseren in de elektroden en de huid. Neem de gemengde pasta in een spuit. Zorg ervoor dat er geen luchtbellen in de spuit. Spuit de gel in elk van de 32 elektroden, ze vullen zonder dat er eventuele luchtbellen. Aanbevolen injecteren van onderaf in plaats van de top. Dit zorgt voor een betere access elke elektrode en verkleint de kans op het morsen over gel.
    3. Schakel EEG en fysiologische opnamesysteem, en open de bijbehorende opname-software op de computer in gebruik is.
  2. Animal voorbereiding en anesthesie
    OPMERKING: Chronische epilepsie werd gemaakt met behulp van een protocol voor FCD 8 in Wistar ratten. De EEG-registratie uitgevoerd bij volwassen Wistar ratten (8 weken oud, 300-400 g).
    1. Noteer het gewicht van de rat in een experiment blad. Gebruik deze informatie om kalmerende dosis (DEXDOMITOR 0,25 mg / kg) te berekenen. Veroorzaken anesthesie in de rat met 5% isofluraan en 100% zuurstof (1 l / min bij 14,7 psi).
    2. Na het trimmen het hoofd van de rat, verminderen isofluraan tot 2% en onderhouden gedurende de gehele instelling van de EEG mini-cap. Controleer reflexen rat afwezig zijn (teen-snuifje). Plaats de rat op een verwarmingselement in de stereotaxische apparaat door de vaststelling van de gehoorgang met behulp van oor bars. Zorg ervoor dat de anesthesie neuskegel is veilig.
    3. Apply smeermiddel oogzalf naar elk oog.
    4. Scheer de extra haren op de rat hoofd en oren met een scheermes. Vermijd bloeden tijdens het scheren.
      OPMERKING: Elke haar links op de huid zal geluid produceren in het EEG opnames. Wrijf de huid van de rat met 90% isopropylalcohol om de bloedvaten stimuleren en ontvet de huid.
    5. Plaats een zoutoplossing staafje op de hoofdhuid en dek volledig naar goede huid geleiding totdat het EEG mini-cap is klaar om te worden geplaatst.
    6. Sluit de temperatuur, de ademhaling, en drie lood elektrocardiogram sondes. Merk op dat de temperatuur wordt gemeten met een rectale sonde. Continu toezicht houden op de fysiologie van de rat tijdens de opname procedures. Zorg ervoor dat de normale temperatuur is 37 ° C, de ademhaling bereik is 30-60 ademhalingen per minuut, en de hartslag is ongeveer 350-450 slagen per minuut.
  3. Procedures opname
    1. Verwijder de saline staafje op de hoofdhuid van de rat en plaats de voorbereide EEG mini-cap op zijn huid. Bevestig de mini-cap met elastiekjes. Plaats een rubberen band aan de voorzijde van de hoofdhuid, meestal voor de ogen en een band aan de achterkant van de hoofdhuid tussen de oren en nek. Gebruik een kunststof beschermer onder de nek normale ademhaling te vergemakkelijken.
    2. Leg een laag van hoge geleidbaarheid elektrode plakken zowel op de grond en referentie-elektroden. Plaats ze op de betreffende oor.
      OPMERKING: De referentie-elektrode kan eventueel worden geplaatst op andere locaties.
    3. Sluit de EEG mini-cap aan de versterkers en observeren een preview van de werkbank voor elektrode impedantie. Controleer de prestaties van alle elektroden. Voor een hoge kwaliteit opname voor dat de impedantiewaarde in het gebied van 5-30 kQ. Als er luidruchtige elektroden, betere contact met de hoofdhuid afhankelijk van hun verplaatsen in het skelet naar de hoofdhuid of het zachtjes met groter gel vanaf de top van de elektrode.
    4. Dien DEXDOMITOR (0,25 mg / kg) intraperitoneally en onmiddellijk verminderen isofluraan percentage op 0%. Als de ademhaling is niet binnen 30-60 ademhalingen per minuut bereik, beginnen met het verhogen van de isofluraan rate zachtjes. Neem niet meer dan de waarde van 1% isofluraan. Monitor deze stap zorgvuldig door, want het mengsel van isofluraan en DEXDOMITOR de dieren konden vragen om een ​​kritieke toestand.
      LET OP: Op het preklinisch model van focale epilepsie, isofluraan beïnvloedt IED's, terwijl DEXDOMITOR niet. Onderwerpen onder isofluraan hebben zwakkere epileptogene eigendom, dat wil zeggen, kan relatief minder IED's worden gedetecteerd in vergelijking met andere voorwaarden 7,14. De DEXDOMITOR dosis voldoende voor ongeveer 2 uur. Dus om de tijd voor het effect slaan, de bereiding werd uitgevoerd onder isofluraan uitgevoerd.
    5. Gedrag EEG-registraties. Na de opname, markeer de posities van de drie uitsteekt kringen van de EEG mini-cap op de top van de huid door het invoegen van een kleur pen binnen voordat de EEG mini-cap wordt verwijderd. Gebruik ze als oriëntatiepunten voor MRI co-Registratie. Maak een foto van de rat hoofd met de bezienswaardigheden. Plaats de rat terug in de kooi en bewaken totdat volledig herstel van effect DEXDOMITOR's.
      Opmerking: In dit experiment, rode kleur (tegenstander kleur groen) werd gebruikt ter onderscheiding van de elektrode posities (groen). Echter, is het raadzaam om andere kleuren (paars / groen) als kleine bloeden plekken worden waargenomen in de huid te gebruiken.

figure-protocol-1
Figuur 1. Een beeld van het EEG mini-cap geplaatst op een bepaalde rat.

Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

2. Brain Source Imaging

  1. IED classificatie
    OPMERKING: De IED detectie en de indeling wordt uitgevoerd met behulp van zelf ontwikkelde codes in MATLAB op basis van deeerdere studie 15. Deze software zal op aanvraag beschikbaar zijn.
    1. Gooi luidruchtige kanalen door visuele inspectie van de EEG tracers. Verwijder EKG artefacten met behulp van een automatische werkwijze voor periodieke golfvorm aftrekken, die is gebaseerd op een sjabloon en een correlatieanalyse.
      OPMERKING: Meestal is de experimentator die de EEG opgenomen deelt de schriftelijke experimentele blad voor de waargenomen slechte kanaal informatie op basis van de impedantie waarden. Software om EKG artefacten te verwijderen zullen ook op aanvraag beschikbaar zijn.
      figure-protocol-2
      Figuur 2. Een voorbeeld van het EEG traceren met verschillende IED. Het rode vak geeft een type IED.
      Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
    2. Breng een banddoorlaatfilter met afsnijfrequenties van 3-150 Hz en een inkepingfilteren om de lijn frequentie (60 Hz in het algemeen en 50 Hz in sommige landen) component offline te verwijderen.
    3. Detect twee soorten IED's (spikes en scherpe-golven). Spikes en scherpe golven vormen grote elektrische gebeurtenissen van 20-70 ms en 70-200 ms in duur respectievelijk. Dus na het aanbrengen van een respectief doorlaatfilter (cutoff frequentie van 15-50 Hz voor spikes en 5-15 Hz voor sharp-golven), de IED's zijn gedetecteerd op basis van amplitude drempels 15.
      LET OP: De drempels worden automatisch ingesteld op 4σ zoals voorgesteld in de vorige studie voor multiunit activiteit 15. Hier, σ een geschatte standaarddeviatie van het bandpass-gefilterde signaal, σ = mediane {| gefilterde signaal | / 0,6745}.
    4. Sub-classificeren spikes en scherpe golven in verschillende clusters. De onderscheidende kenmerken van de verschillende pieken en scherpe-golven worden geëxtraheerd met behulp van wavelettransformatie 15. Ze zijn sub-ingedeeld in meerdere clusters met k-middelen,en het optimale cluster nummer k wordt bepaald met behulp van silhouet.
    5. Het gemiddelde van de sub-ingedeeld signalen binnen hetzelfde cluster. De gemiddelde EEG signalen voor elk IED subtype wordt gebruikt voor de hersenen bronanalyse.
  2. Volume dirigent model
    OPMERKING: Voor de volgende paragrafen, zal de open source software, Brainstorm 12, gebruikt worden met de MRI atlas voor Wistarratten 9. Echter, MRI individuele ratten worden gebruikt indien aanwezig de volumegeleider model te genereren. De MRI atlas 9 kan worden gedownload op http://www.idac.tohoku.ac.jp/bir/en/ . Deze website geeft de atlas als Nifti formaat onder het hoofdstuk "Wistar Rat MRI Atlas", en het kan toegankelijk na aanmelding zijn. De software die nodig is voor pre-processing is ook te vinden op deze website.
    1. Input MRI en hersenoppervlak de software 12.
      figure-protocol-3
      Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
    2. Genereer kop oppervlak met standaardinstelling.
      figure-protocol-4
      Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
    3. Genereer hoofdhuid en binnen / buiten schedel oppervlakken op basis van MRI voor lood veld berekening 12.
      OPMERKING: de resolutie van de hoekpunten beïnvloedt de nauwkeurigheid van de geschatte bron, maar groot aantal hoekpunten leidt tot hoge rekencomplexiteit. Aanbevolen aantal hoekpunten van elke laag is 642 voor een aanvaardbare nauwkeurigheid met eerlijke computationele complexiteit. De dikte van de schedel kan worden gecontroleerd vanuit de MRI en bij de MRI atlas is ongeveer 1 mm. Na plaatsing bovenstaande waarden in de software, overeenkomstige driehoek face-vertex mazen per oppervlak wordt gecreëerd.
      figure-protocol-5
      Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
    4. Controleer de oriëntatie en locatie van elk vlak ten opzichte van de MRI met de optie visualisatie. Wijzig derhalve eventuele oppervlakken niet gelijktijdig geregistreerd 12.
      figure-protocol-6
      Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
    5. Met behulp van de rat hoofdbeeld verworven in 1.3.5. co-registratie van de positie van de 3 oriëntatiepunten (R1, R2 en R3) in MRI. Gebruik het rooster punten van de blikvangers als verwijzingen naar generate de elektrode posities van de elektroden zijn bevestigd aan de steiger (Figuur 3B).
      figure-protocol-7
      Figuur 3. (A) Rat hoofdbeeld gebruikt elektrodeposities en (b) het EEG mini-cap diagram met het coördinatenstelsel te verkrijgen. Rode stippen in (A) geven de in 1.3.5 genoemde monumenten. die overeenkomen met de rode getallen in (B). Ook de groene merken (A) tonen de 32 elektrodeposities, en corresponderen met de blauwe getallen in (B).
      Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
    6. Genereer N × 3 elektrode positie matrix op basis van de 3 monumenten. Hier is N het aantal kanalen (N = 32) en de kolom geeft de overeenkomstige x, y en z coördinaten.
      LET OP: Het EEG mini-cap is een stijve schavot. Daarom, zodra het referentie 3 roosters (R1, R2, en R3) worden verkregen, de positie van de elektroden automatisch ingesteld. De gebruiker hoeft alleen de Z-waarde op een manier die de mini-cap adequaat wordt geprojecteerd op de hoofdhuid herdefiniëren. De N punt roosters kunnen worden genummerd zoals weergegeven in figuur 3B blauwe nummers. De standaard steiger voor de EEG mini-cap is commercieel verkrijgbaar (Table of Materials). De software voor co-registratie is ook beschikbaar voor de gemeenschap.
    7. Voer het gegenereerde kanaal bestand.
      figure-protocol-8
      Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
    8. Weergave en bevestig de locatie van alle elektroden. Wijzig elke misplaatste elektroden 12. Het uiteindelijke coördinatensysteem voor elektrode posities samenvallen met het coördinatensysteem voor de voornoemde oppervlakken.
      LET OP: De gecreëerde oppervlakken kunnen visueel geïnspecteerd worden op een MRI met behulp van de visualisatie optie, En dan, zal een geselecteerde oppervlak worden weergegeven als gele lijn op de MRI "MRI registratie Controleer MRI / oppervlak registratie.". Bovendien kan het 3 bezienswaardigheden en de 32 elektrode posities op de MRI weergeven door de optie gereedschapskist, "weergave Sensors MRI Viewer. 'De locaties kunnen visueel geïnspecteerd door vergelijking van de verdelingen gebaseerd op oog en oor plaatsen van de rat ( Figuur 4).
      figure-protocol-9
      Figuur 4. (A) MRI atlas met co-geregistreerde hersenen oppervlak (gele lijn), (B) de gecreëerde volume dirigent model met de uitgelijnde 32 elektroden en 3 monumenten (rode stippen), en (C) MRI atlas met co-geregistreerde ref erence raster R1.
      Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
  3. Brain Source Imaging
    1. Bereken lead veld matrix 13. Voer de geleidbaarheid waarden die de verhouding van de huid, schedel en hersenen te voldoen als 1: 1/80: 1. Haal de leiding veld matrix op basis van het volume dirigent model en de elektrode posities gecreëerd in 2.2.
      OPMERKING: De toolbox 12 biedt de interface met andere software te berekenen BEM 10. Derhalve worden alleen de geleidbaarheid vereist als invoer.
      figure-protocol-10
      Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
    2. Voer de gemiddelde EEG-signalen voor elk IED subtype opgeslagen in 2.1.4.
      "Src =" / files / ftp_upload / 52700 / 52700vis7.jpg "/>
      Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
    3. Verkrijgen sLORETA oplossing 13 op basis van de berekende lead veld matrix en de ingang EEG-signalen. Door de optie bron schattingsmethode selecteren, kan de inverse oplossing worden verkregen 12.
      figure-protocol-11
      Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
    4. Plot de geschatte bronnen.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Zodra alle procedures correct zijn ingevuld, kan geschatte bronnen worden gevisualiseerd in het hersenoppervlak van het preklinisch model. Figuur 5 toont de verwachte bronnen van een bepaald subtype van spikes (boven) en scherpe golven (onder) van IED. Bovendien, Figuur 6 toont hoe de bron distributie veranderingen in de sequentiële tijd frames tijdens een aanval vestiging. Deze resultaten ondersteunen het vermogen van de voorgestelde technieken voor hoge-resolutie EEG bij ratten met focale epilepsie registreren en bronanalyse oefenen waarbij de geregistreerde EEG.

figure-results-1

Figuur 5. Geschatte hersenen bron locaties van IED's met betrekking tot de verschillende clusters in spikes (boven) en scherpe-golven (onderaan). (A) Time-serie, (B) EEG topografie, en (C) corticale huidige zureces. De beoordeling wordt uitgevoerd op een specifiek tijdstip aangegeven met een rode verticale lijn in (A).
Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
figure-results-2
Figuur 6. Geschatte hersenen bronnen tijdens de aanval. Zijn de tijdstippen gemarkeerd als rode verticale lijnen.
Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Een nieuwe methode om niet-invasief opnemen meerkanaals EEG in een bepaalde preklinisch model van focale epilepsie wordt beschreven. De gegevens voor de registratie en analyse procedures, met specifieke experimentele tips, worden verstrekt. Er waren de belangrijkste factoren om te overwegen het bereiken van succesvolle resultaten. Ten eerste, voor EEG-registraties, het verkrijgen van de kwaliteit signalen hoog is essentieel. Juiste viscositeit van de EEG pasta moet worden toegepast op elke elektrode tijdens de mini-cap voorbereiding, en de rat het hoofd en oor haar moet volledig worden verwijderd tijdens het scheren. Impedantiecontrole is de belangrijkste stap om de kwaliteit van EEG-registraties bevestigen. Ten tweede, voor de hersenen bron imaging, het genereren van de juiste volume dirigent model is cruciaal. Elk oppervlak moet mede worden geregistreerd. Ook moet de gegenereerde elektrodeposities minimumafstand fout van de werkelijke elektrodenlocaties op de hoofdhuid van de rat hebben.

Hoewel dit manuscript introduceert bronanalyseprocedures gebruikt Brainstorm 12, kunnen deze worden uitgevoerd met andere open software 16,17 en commerciële producten 18,19. Ook naast sLORETA 13, inverse andere oplossingen zoals multiple dipool modellen bundelvormende schakeling 4 kan worden toegepast.

Een beperking van deze benadering is dat gedragsanalyse niet kan worden uitgevoerd omdat de EEG-registratie onder sedatie wordt uitgevoerd. In vergelijking met andere werkwijzen voor het EEG-registratie bij ratten 5,6 is deze aanpak noninvasive.

Onze voorlopige resultaten ondersteunen het van belang is een nauwkeurige classificatie van IED markers van EEG-registraties het irriterende zones in een rat met focale epilepsie bepalen, alsmede hun verhouding tot de onderliggende mechanismen tot beslag opening 11 te evalueren. Bovendien is aangetoond dat EEG bronlokalisatietechnieken betreffende bijzondere IED een goede overeenkomst vertoonde met de respecterende BOLD activeren en deactiveren regio's 20.

Onze studie zal het gebruik van preklinische modellen stimuleren om bed-bank-bed strategieën ontwikkeld door biomedische ingenieurs evalueren. Zo wordt IED extractie tegenwoordig in ziekenhuizen handmatig, waarbij een aanzienlijke menselijke inspanning vereist. De in deze studie voorgestelde methode doet het automatisch. We veronderstellen dat het gebruik van deze methode vergelijkbare resultaten zullen produceren wanneer toegepast op patiënten met FCD. Wij bereiden IRB protocollen voor de evaluatie van deze en andere aspecten van de methodiek menselijke dataset.

Bovendien zal het gebruik van preklinische modellen helpen ons te begrijpen de mogelijkheden en beperkingen van de EEG bron lokalisatie bij epilepsie 21. Nauwkeurige schatting van de hersenen en benadrukt dat bronnen epileptogenese is cruciaal voor therapeutische strategieën en chirurgische planning. Ook heeft standaardplatform voor EEG-registratie bij ratten zal nuttig zijn voorde evaluatie van de effectiviteit van een aantal anti-epileptica in preklinische studies. Dit is het eerste onderzoek waarin epileptische ratten niet-invasief onder sedatie worden opgenomen, waardoor nieuwe deuren openen voor de evaluatie van EEG biomarkers voor epilepsie. De gehele in dit onderzoek methodologie uit te breiden tot andere experimentele condities en hersenaandoeningen. De EEG mini-cap kan ook gebruikt worden in andere types knaagdier.

In het verleden heeft een voorpoot stimulatie paradigma in Wistar-ratten werden gebruikt om de kwaliteit en de reproduceerbaarheid van de gegevens die met de EEG mini-cap 2 evalueren. Bovendien hebben validaties voor de hersenen bron reconstructie uitgevoerd van een hoge resolutie schedel EEG gelijktijdig opgenomen met laminaire lokale veld potentials uit Wistarratten onder een snorhaar stimulatie paradigma 22. Deze methode is ontwikkeld voor Wistar ratten door het bestaan ​​van een MRI atlas voor deze specifieke rat strein. Het kan echter worden toegepast op andere soorten knaagdieren met hun standaard formaat atlas waaronder muis 23, Sprague-Dawley ratten 24 en Paxinos en Watson ratten 25. Bovendien zou de fundamentele procedures van ons voorgestelde methode wordt gebruikt in een knaagdier preklinische modellen waarvoor EEG een belangrijke bepaling. Veel aspecten van deze methodologie is bijzonder epilepsie, in het bijzonder die met betrekking tot EEG voorverwerking (IED detectie en classificatie). Ook moeten onderzoekers zich bewust zijn van de juiste middelen voor sedatie in verschillende gevallen. Het gebruik van isofluraan en DEXDOMITOR in onze studie is zorgvuldig overwogen te wijten aan de verminderde impact op IED's. Wat EEG opnames bij muizen, de relatief kleine hoofdhuid oppervlaktegebied zou het aantal kanalen aanzienlijk.

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Geen belangenconflicten verklaard.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs willen graag Pedro A. Valdes Hernandez, Francois Tadel en Lloyd Smith bedanken voor hun waardevolle adviezen en vruchtbare discussie. We danken ook Rafael Torres voor het proeflezen.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
Data Acquisition ComputerHewlett-PackardZ210 Workstation
DexdomitorOrion Pharma6295000Dexmedetomidine hydrochloride
EEG Analysis SoftwareThe Mathworks Inc.MATLAB R2011b
BrainstormSylvain et al. 2001
OpenMEEGGramfort et al. 2010
EEG Data StreamerTucker-Davis TechnologiesRS4 Data Streamer
EEG Electrode PasteBiotachYGB 103
EEG PreamplifierBioSemiActive Two
Brain ProductsBrainAmp
Tucker-Davis TechnologiesPZ3 Low Impedance Amplifier
EEG Recording SoftwareBioSemiActiView
EEG Recording SoftwareTucker-Davis TechnologiesOpenEx - OpenDeveloper
EEG SCSI ConnectorBioSemiActive Two SCSI Connector
Brain ProductsD-sub Connector
EEG ProcessorTucker-Davis TechnologiesRZ2 BioAmp Processor
Tucker-Davis TechnologiesZif-Clif Digital Headstage
High Resolution EEG Mini-capCortech SolutionsDA-AR-ELRCS32US patent Application No. 13/641,834
Isoflurane, USPVedcoPiramal HealthcareNDC 66794-013-25
Isopropyl AlcoholAqua Solutions311221390% v/v oplossing
OogartsenvetRugbyNDC 0536-6550-91Steriele
NaClAbbott2B8203Vaterinaire 0,9% natriumchloride-injectie USP
Fysiologie-opnamesoftwareADInstrumentsLabChart 7.0
Fysiologie-opnamesysteemADInstrumentsPowerLab 8/35
SpuitMonoject20055512cc

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Furman, M. Seizure Initiation and Propagation in the Pilocarpine Rat Model of Temporal Lobe Epilepsy. Journal of Neuroscience. 33 (42), 16409-16411 (2013).
  2. Sumiyoshi, A., Riera, J. J., Ogawa, T., Kawashima, R. A Mini-Cap for simultaneous EEG and fMRI recording in rodents. NeuroImage. 54 (3), 1951-1965 (2011).
  3. Engel, J., et al. Epilepsy biomarkers. Epilepsia. 54 (4), 61-69 (2013).
  4. Baillet, S., Mosher, J. C., Leahy, R. M. Electromagnetic Brain Mapping. IEEE Signal Processing Magazine. 18 (6), 14-30 (2001).
  5. Quairiaux, C., Megevand, P., Kiss, J. Z., Michel, C. M. Functional Development of Large-Scale Sensorimotor. Cortical Networks in the Brain. Journal of Neuroscience. 31 (26), 9584-9510 (2011).
  6. Lee, M., Kim, D., Shin, H. S., Sung, H. G., Choi, J. H. High-density EEG recordings of the freely moving mice using polyimide-based microelectrode. Journal of Visualized Experiments. (47), e2562(2011).
  7. Bernal, B., Grossman, S., Gonzalez, R., Altman, N. fMRI under sedation: what is the best choice in children. Journal of Clinical Medicine Research. 4 (6), 363-370 (2012).
  8. Colciaghi, F., et al. Status epilepticus-induced pathologic plasticity in a rat model of focal cortical dysplasia. Brain. 134 (10), 2828-2843 (2011).
  9. Valdez-Hernandez, P. A., et al. An in vivo MRI Template Set for Morphometry, Tissue Segmentation, and fMRI Localization in Rats. Frontiers in Neuroinformatics. 5 (26), 1-59 (2011).
  10. Gramfort, A., Papadopoulo, T., Olivi, E., Clerc, M. OpenMEEG: opensource software for quasistatic bioelectromagnetics. BioMedical Engineering OnLine. 9 (45), (2010).
  11. Song, Y., Sanganahalli, B., Hyder, F., Lin, W., Riera, J. An fMRI and EEG Study of Epileptogenesis in a Rat Model of Focal Cortical Dysplasia. Organization for Human Brain Mapping. , Available from: https://ww4.aievolution.com/hbm1401/index.cfm?do=abs.viewAbs&abs=4046 (2014).
  12. Tadel, F., Baillet, S., Mosher, J. C., Pantazis, D., Leahy, R. M. Brainstorm: A User-Friendly Application for MEG/EEG Analysis. Computational Intelligence and Neuroscience. 2011, 1-13 (2011).
  13. Pascual-Marqui, R. D. Standardized low resolution brain electromagnetic tomography (sLORETA): technical details. Methods & Findings in Experimental & Clinical Pharmacology. 24 (D), 5-12 (2002).
  14. Iijima, T., Nakamura, Z., Iwao, Y., Sankawa, H. The Epileptogenic Properties of the Volatile Anesthetics Sevoflurane and Isoflurane in Patients with Epilepsy. Anesthesia and Analgesia. 91 (4), 989-995 (2000).
  15. Quiroga, Q. R., Nadasdy, Z., Ben-Shaul, Y. Unsupervised spike detection and sorting with wavelets and super-paramagnetic clustering. Neural Computation. 16 (8), 1661-1687 (2004).
  16. Delorme, A., Makeig, S. EEGLAB: an open source toolbox for analysis of single-trial EEG dynamics including independent component analysis. Journal of Neuroscience Methods. 134 (1), 9-21 (2004).
  17. Oostenveld, R., Fries, P., Maris, E., Schoffelen, J. M. FieldTrip: Open Source Software for Advanced Analysis of MEG, EEG, and Invasive Electrophysiological Data. Computational Intelligence and Neuroscience. 2011, 1-9 (2011).
  18. Koessler, L., et al. Source localization of ictal epileptic activity investigated by high resolution EEG and validated by SEEG. NeuroImage. 51 (2), 642-653 (2010).
  19. Manganotti, P., et al. Scalp topography and source analysis of interictal spontaneous spikes and evoked spikes by digital stimulation in benign rolandic epilepsy. Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 107 (1), 18-26 (1998).
  20. Bae, J., Deshmukh, A., Song, Y., Brain Riera, J. Source Analysis of Interictal Epileptiform Discharges Using a Rat Model of Focal Epilepsy. Organization for Human Brain Mapping. , Available from: https://ww4.aievolution.com/hbm1401/index.cfm?do=abs.viewAbs&abs=4098 (2014).
  21. Birot, G., et al. Head model and electrical source imaging: A study of 38 epileptic patients. NeuroImage: Clinical. 16 (5), 77-83 (2014).
  22. Riera, J. J., et al. Pitfalls in the dipolar model for the neocortical EEG sources. Journal of Neurophysiology. , (2012).
  23. Hawrylycz, M., et al. The Allen Brain Atlas. Springer Handbook of Bio-Neuroinformatics. , 1111-1126 (2014).
  24. Schweinhardt, P., Fransson, P., Olson, L., Spenger, C., Andersson, J. L. A template for spatial normalization of MR images of the rat brain. Journal of Neuroscience Methods. 129 (2), 105-113 (2003).
  25. Schwarz, A. J., et al. A stereotaxic MRI template set for the rat brain with tissue class distribution maps and co-registered anatomical atlas: application to pharmacological MRI. Neuroimage. 32 (2), 538-550 (2006).

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Interictale epileptiforme ontladingenvolumegeleidingsmodelES Loretta inverse oplossingMRI probabilistisch atlasWistar ratten

Gerelateerde artikelen