Name: Deep Brain Stimulation met gelijktijdige fMRI in Knaagdieren (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-02-15T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 9 s
Description: Leer diepe hersenstimulatie met gelijktijdige fMRI in knaagdieren voor neurowetenschappelijk onderzoek. Deze methode brengt hersenreacties in kaart en verbetert het begrip van neurale connectiviteit.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Wij danken Shaili Jha en Heather Decot voor hulp bij het filmen.

Ethiek Verklaring: Deze procedure is in overeenstemming met de National Institutes of Health Guidelines for Animal Research (Gids voor de Zorg en gebruik van proefdieren) en is goedgekeurd door de Universiteit van North Carolina Institutional Animal Care en gebruik Comite. 1. Elektrode Implantatie De eerste stap is elektrode implantatie. In deze stap wordt een elektrode unilateraal geïmplanteerd in de nucleus subthalamicus (STN), een kleine kern met translationele betekenis voor de ziekte van Parkinson behandeld met de volgende methoden: <ol><li> Steriliseren alle chirurgische apparatuur met behulp van een autoclaaf, of antiseptische oplossing waarbij autoclaveren niet mogelijk is (bijvoorbeeld voor elektrode steriliteit). Let op: dit is een korte-termijn overleving chirurgie, en dus aseptische techniek is essentieel. Na de operatie kunnen dieren worden afgebeeld na een korte herstelperiode (48 uur) of tot enkele weken later. </li><li> Verdoven de rat (Volwassen Sprague-Dawley ratten 250-400 g) door middel 2,5% isofluraan toegediend via intubatie en een klein dier ventilator. Bevestig de rat een chirurgische stereotactische frame en de voorbereiding van de chirurgische site met behulp van aseptische technieken. </li><li> Bereiden en ervoor te zorgen dat de elektrode is steriel. Een zelfgemaakte 2-kanaals wolfraam Microwire elektrode wordt gebruikt voor deze procedure, hoewel vele MRI-compatibele elektrode typen zal werken. Het type elektrode gebruikt mag het gebied van weefsel mechanisch beschadigd door de procedure, het gebied van weefsel gestimuleerd, en de nauwkeurigheid van de implantatie beïnvloeden, waardoor de totale experimentele resultaat beïnvloeden. Als het elektrode niet kan worden geautoclaveerd, gebruik povidonjood antiseptische de elektrode zoveel mogelijk steriliseren. </li><li> Met een schaar verwijder de hoofdhuid boven de implantatieplaats met een diameter van ongeveer 1,5 cm tot bregma en lambda ontdekken op de schedel. Verwijder de spier-en fascia bovenop de schedelen stoppen met alle bloeden behulp electrocautery. </li><li> Kras aan de schedel oppervlak in meerdere richtingen met een scalpel om tandheelkundige cement hechting (stap 1.8) te verbeteren. Niveau Bregma en Lambda in horizontale richting. </li><li> . STN richten, op 3,6 mm achter Bregma en 2,5 mm lateraal van middellijn, met een kleine-getipt elektrische boor een boorgat meet ongeveer 1,5 mm in diameter te maken Opmerking: De exacte locatie van de STN in verwijzing naar coördinaten stereotaxisch kan verschillen per rat stam, gewicht en geslacht. Volwassen ratten van hetzelfde geslacht moeten worden dat veranderingen in de locatie minimaliseren. Indien mogelijk, moet pre-operationele anatomische scans of intraoperatieve elektrische opnames worden gebruikt om de STN plaats op individuele basis onderwerp te identificeren. Verder moet beëindiging plaatsen elektrode histologisch worden geverifieerd om doel nauwkeurigheid te garanderen. <ol><li> Een insnijding voorzichtig in de dura en gebruik kleine stompe tang om de dura naar de zijkanten van ee hole. Stop het bloeden met behulp van steriele katoen gedrenkt in een zoutoplossing. Maak gaten voor een of meer MR-compatibele schroeven) en plaats ze voorzichtig in de schedel tot ze stabiel. Schroeven kunnen op elke plaats waar de plaatsing van de externe connector van de DBS elektrode niet verstoort worden geplaatst (bijv.. Niet direct achter de STN ipsilaterale de elektrode). Wij raden plaatsingen op de zijkanten van de schedel, idealiter direct posterior aan de lambda hechtdraad. Op dit punt, de schedel is relatief dik, waardoor de kans dat de schroeven cortex beschadigen &quot;. Opmerking: Messing schroeven gesneden 4-5 mm in lengte worden gebruikt in dit protocol, hoewel plastic schroeven zijn ook geschikt. </li></ol></li><li> Elektrode aan de stereotactische arm, zodat deze recht en verticaal. Raak de elektrode Bregma, verplaats de elektrode precies 3,6 mm achter Bregma en 2,5 mm lateraal van middellijn en raak het corticale oppervlakmet de elektrode. Van de corticale oppervlak, plaats de elektrode 7,8 mm ventraal. Deze coördinaten worden bepaald op basis van neuroanatomisch atlas 1. </li><li> Leg een laag van tandheelkundige cement over de schedel, inclusief de schedel schroeven en elektrode invoegpunt. Wacht tot het cement volledig is uitgehard voorafgaand aan het verwijderen van de elektrode uit het stereotactische frame. Buig de elektrode achterwaarts en gebruik aanvullende cement om de rest van de elektrode-darmkanaal en de aansluiting voor duurzaamheid omvatten. </li></ol> 2. fMRI Voorbereiding De tweede stap is de setup voor fMRI, inclusief positionering van de spoel en het instellen van fysiologische bewakingsapparatuur. <ol><li> Beveilig hoofd van het dier om beweging tijdens de scan te voorkomen. Opmerking: Een aangepaste plastic intraauricular bar systeem wordt hier gebruikt voor het hoofd fixatie. Plaats de staven in de gehoorgang te zetten aan het hoofdstuk zodat de kop soepel draait in the verticale richting met geen horizontale rotatie. Zet de koppositie door de vaststelling van de boventanden naar het apparaat. </li><li> Verdoven van de rat volledig en monitor einde tidal CO 2 om de stabiliteit te verzekeren in alle scans. Handhaving anesthesie, ventilatie en regeleinde tidal CO2 niveau tijdens de scan wordt een MR-compatible kleine dieren ventilatiesysteem gecombineerd met isofluraan vaporizer hier gebruikt, hoewel een verscheidenheid anesthesie en sedatie middelen kunnen worden gebruikt op een soortgelijke manier. Stel de ventilator 45 ademhalingen / min met een normaal volume ongeveer 500 ml / min lucht als startvolume. Stel de isofluraan tot 2% en de overdracht van de rat in de scan kamer. Bevestig uitgang van de ventilator aan de rat endotracheale tube en druk deze stevig te beveiligen. Capnometry moeten worden verkregen met behulp van een buis zo nauw verbonden met de endotracheale tube connector mogelijk. Pas ventilatie volume op een end-tidal CO 2 van 2,6% te produceren tot 3,3%. </li&gt; <li> Gebruik een MR-compatibele klein dier houder om de rat te voegen in de scanner met een circulerende hete waterbad voor temperatuurregeling. Tape het pad van het bad op de houder en dek deze af met schoon absorberend papier. Plaats de rat op de hete water bed. </li><li> Monitoring van de temperatuur en kooldioxide niveaus zijn essentieel voor BOLD fMRI, terwijl arteriële zuurstofverzadiging en hartslag zijn ook nuttig fysiologische parameters. Plaats een MR-compatibele rectale temperatuur sonde en tape aan de basis van de staart, en pas dan de temperatuur van het waterbad om normale lichaamstemperatuur op 37 ° C te houden Monitor arteriële zuurstofsaturatie en hartslag met behulp van een klein dier pulsoxymetrie systeem, ze handhaven op 95-98% en 250-350 bpm, respectievelijk, die kunnen variëren afhankelijk van het type van anesthesie gebruikt. Zuurstofverzadiging en hartslag worden zowel beïnvloed door de diepte van de anesthesie, ventilatie volume en ventilatie. Ventilatie volume en snelheid kan nodigzorgvuldig worden afgewogen om adequate end-tidal CO 2 verdiepingen en voldoende zuurstof verzadiging te verzekeren. </li><li> Een oppervlaktespoel is nodig voor BOLD fMRI overname. Plaats de oppervlaktespoel zo dicht bij het oppervlak van de kop mogelijk. Eenmaal bevestigd, plaatst tandpasta op het oppervlak van het hoofd op het cement dop om de gevoeligheid artefacten te reduceren bij hersenoppervlak. Opmerking: We gebruiken een zelfgemaakte zendontvanger oppervlaktespoel met een inwendige diameter van ongeveer 1,6 cm, maar grotere oppervlaktespoelen kunnen gebruikt om de BOLD respons in diepere subcorticale regio&#39;s te optimaliseren. </li><li> Sluit de stimulerende elektrode een programmeerbare elektrische stimulator systeem Noot:. Past een maat programmeerbaar TTL trekkersysteem verbonden met een bipolaire stimulator elektrische pulsen gesynchroniseerd met de RF excitaties van de MR scans maken. </li><li> Voor sedatie en verlamming tijdens fMRI data-acquisitie, gebruik maken van een cocktail van dexmedetomidine (0.1mg / kg / uur, ip) en pancuronium (1 mg / kg / uur, ip), gecombineerd met een lage dosis isofluraan 0.5% epileptische activiteit 2 voorkomen. Voor toediening van het geneesmiddel moet een MR-compatible spuitpomp gebruikt worden als de pomp in de magnetische omgeving worden geplaatst. Alternatief kan een niet compatibele pomp buiten de magnetische omgeving mits verlengde katheterbuis wordt geplaatst. </li></ol> 3. fMRI data verwerving De derde stap is fMRI verwerving, inclusief positionering, shimming, anatomische scans en functionele scans. 9,4 Tesla systeem met een zelfgemaakte oppervlaktespoel wordt hier gebruikt, maar deze techniek kan worden aangepast aan andere hoge veldsterkte systemen en commercieel gemaakt MRI spoelen. <ol><li> Plaats de rat in de scanner en de positie in het midden van de magneet. Gebruik afbeelding van een drie-vliegtuig scout naar de rat binnen de magneet precies te centreren ten opzichte van de hersenen regio&#39;s van belang, en FASTMAP shimming om homonize het magnetische veld bij de gebieden van belang. </li><li> Gebruik een sagittale T2-gewogen RARE sequentie (FOV, 2.56 x 2.56 cm 2; matrix formaat, 256 x 256, slice dikte 1,5 mm; TR / TE, 1500/11 ms; ZELDZAME Factor, 8; Flip Hoek, 180 °) naar de locatie van de voorste commissuur vinden, en lijn de volgende beelden naar deze locatie. Lijn acht-slice enkelschots GE-EPI scans (FOV, 2.56 x 2.56 cm 2; matrix formaat, 96 x 96, gereconstrueerd tot 128 x 128; plakdikte, 1mm; TR / TE, 1000/14 ms), op dit punt met coronale oriëntatie. </li><li> Voor functionele scans, gebruiken 70 opeenvolgende EPI scans met 1 seconde temporele resolutie gesynchroniseerd met de stimulatie-uitgang, ingesteld op 20 sec rust, 10 sec stimulatie, gevolgd door 40 sec rust. Laat een minimum van 90 seconden tussen de scans te zorgen voor neurovasculaire herstel. Verwerven meerdere herhaalde scans elke parameter stimulatie van de signaal-ruisverhouding te verbeteren door het gemiddelde. Gebruik een aantal kap-scans (meestal 4-8) Onmiddellijk voorafgaand aan het scannen voor ruisonderdrukking. Bevestig de BOLD respons op het moment van het beeld overname succes van het experiment te garanderen met behulp van de in hoofdstuk 4 beschreven methode, hoewel middeling, coregistration en schedel-strippen kan worden overgeslagen in deze instelling. </li><li> Na functionele scannen is voltooid, gebruikt u een T2-gewogen RARE spin-echo sequentie (FOV, 2.56 x 2.56 cm 2; matrix formaat, 256 x 256, slice dikte, 1 mm; TR / TE, 2500/33 ms; gemiddelden, 8 ) de anatomische positie van de elektrode in vivo meten. Verwerven meerdere coronale en sagittale secties om de punt van de elektrode artefact langs anterior / posterior mediale / laterale en dorsale / ventrale assen te meten en te bevestigen plaatsing van de elektroden. Hoge resolutie magnetische resonantie microscopie (FOV, 1,8 x 1,28 cm; matrix formaat, 360 x 256, slice dikte 0,5 mm; TR / TE, 2500/12.6 ms; ZELDZAME factor, 8; gemiddelden, 280) kan worden gebruikt om te onderzoeken de precieze locatie van de elektrode darmkanaal na verwijdering ten opzichtenaar het nabijgelegen neuroanatomische structuren en bevestigen de juistheid van plaatsing van de elektroden 3. </li></ol> 4. fMRI dataverwerking en analyse De vierde stap is verwerking en analyse van fMRI data, waaronder generatie respons kaarten en berekening van het percentage BOLD signaal verandering. Aangepaste programma&#39;s die binnen een computeromgeving (bijv. MATLAB) of commerciële fMRI software tools (bv.. SPM, FSL, of AFNI) kunnen worden toegepast. <ol><li> Begin met afbeelding coregistration en middeling van de gegevens voor het eerst binnen-onderwerp door frequentie, gevolgd door over-onderwerp. Opmerking: Dit doen we met behulp van SPM codes. </li><li> Voer schedel strippen om nonbrain weefsel te verwijderen met behulp van handmatig gedefinieerde regio van belang (ROI) met signaal drempelen. Automatische schedel strippen algoritmen kunnen worden toegepast. </li><li> Compileren reactie kaarten door het berekenen van de correlatiecoëfficiënt van de relatie tussen BOLD resPonse in de tijd en de stimulatie paradigma voor elke voxel. Het uitstellen van het paradigma enkele seconden om rekening te late hemodynamische respons nodig zijn. Stel significant niveau bij P &lt;0,05 na Bonferroni correctie. Andere statistische methoden worden toegepast. Correctie voor meervoudige vergelijkingen met behulp van Random Field Theory of cluster-niveau correctie op basis van Gauss Random Veld kan worden uitgevoerd in plaats van de Bonferroni correctie voor gevoeligere analyse 4. Opmerking: De hemodynamische vertraging kan variëren op basis van de hersenen regio&#39;s gerichte, gebruikt farmacologische middelen, en fysiologische parameters. Het is cruciaal om deze parameters te controleren om variabiliteit binnen proefpersonen en tussen-proefpersonen voorkomen. </li><li> Kwantificeren van de BOLD respons door het definiëren van een ROI om tijd-cursus data te extraheren. Gemiddeld het percentage signaal verandering in alle voxels binnen dezelfde anatomische structuur. Voxel-wise analyse met de General Linear Model kan ook gebruikt 5. </li></ol>

<ol><li>Paxinos, G., Watson, C. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aPaxinos%2C+G+%22The+rat+brain+in+stereotaxic+coordinates%2C+5th+edition%22">The rat brain in stereotaxic coordinates, 5th edition</a>. , Academic Press. (2004).</li>
<li>Fukuda, M., Vazquez, A. L., Zong, X., Kim, S. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+the+alpha%282%29-adrenergic+receptor+agonist+dexmedetomidine+on+neural%2C+vascular+and+BOLD+fMRI+responses+in+the+somatosensory+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Eur.+J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Effects of the alpha(2)-adrenergic receptor agonist dexmedetomidine on neural, vascular and BOLD fMRI responses in the somatosensory cortex.</a> Eur. J. Neurosci. 37 (2), 80-95 (2013).</li>
<li>Lai, H. Y., Younce, J. R., Albaugh, D. L., Kao, Y. C., Shih, Y. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+MRI+reveals+frequency-dependent+responses+during+deep+brain+stimulation+at+the+subthalamic+nucleus+or+internal+globus+pallidus%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Functional MRI reveals frequency-dependent responses during deep brain stimulation at the subthalamic nucleus or internal globus pallidus.</a> NeuroImage. In press, (2013).</li>
<li>Frackowiak, R. S. J., et al. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aFrackowiak%2C+RSJ+%22Human+Brain+Function%22">Human Brain Function</a>. , (2004).</li>
<li>Poline, J. B., Brett, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+general+linear+model+and+fMRI%3A+does+love+last+forever%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">The general linear model and fMRI: does love last forever.</a> NeuroImage. 62, 871-880 (2012).</li>
<li>Min, H. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deep+brain+stimulation+induces+BOLD+activation+in+motor+and+non-motor+networks%3A+an+fMRI+comparison+study+of+STN+and+EN%2FGPi+DBS+in+large+animals%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Deep brain stimulation induces BOLD activation in motor and non-motor networks: an fMRI comparison study of STN and EN/GPi DBS in large animals.</a> NeuroImage. 63, 1408-1420 (2012).</li>
<li>Lozano, A. M., Lipsman, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Probing+and+Regulating+Dysfunctional+Circuits+Using+Deep+Brain+Stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Probing and Regulating Dysfunctional Circuits Using Deep Brain Stimulation.</a> Neuron. 77, 406-424 (2013).</li>
<li>DeLong, M., Wichmann, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deep+brain+stimulation+for+movement+and+other+neurologic+disorders%5BTitle%5D)+AND+%22Ann.+N.Y.+Acad.+Sci%22%5BJournal%5D)">Deep brain stimulation for movement and other neurologic disorders.</a> Ann. N.Y. Acad. Sci. 1265, 1-8 (2012).</li>
<li>Goodman, W. K., Alterman, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deep+brain+stimulation+for+intractable+psychiatric+disorders%5BTitle%5D)+AND+%22Ann.+Rev.+Med%22%5BJournal%5D)">Deep brain stimulation for intractable psychiatric disorders.</a> Ann. Rev. Med. 63, 511-524 (2012).</li>
<li>Pizzolato, G., Mandat, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deep+brain+stimulation+for+movement+disorders%5BTitle%5D)+AND+%22Front.+Integr.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Deep brain stimulation for movement disorders.</a> Front. Integr. Neurosci. 6, 2 (2012).</li>
<li>Logothetis, N. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((What+we+can+do+and+what+we+cannot+do+with+fMRI%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">What we can do and what we cannot do with fMRI.</a> Nature. 453, 869-878 (2008).</li>
<li>Li, Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Therapeutic+deep+brain+stimulation+in+Parkinsonian+rats+directly+influences+motor+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Therapeutic deep brain stimulation in Parkinsonian rats directly influences motor cortex.</a> Neuron. 76, 1030-1041 (2012).</li>
<li>Pan, W., Thompson, G., Magnuson, M., Majeed, W., Jaeger, D., Keilholz, S. Simultaneous fMRI and Electrophysiology in the Rodent. (42), (2010).</li>
<li>Huttunen, J. K., Grohn, O., Penttonen, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Coupling+between+simultaneously+recorded+BOLD+response+and+neuronal+activity+in+the+rat+somatosensory+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Coupling between simultaneously recorded BOLD response and neuronal activity in the rat somatosensory cortex.</a> NeuroImage. 39, 775-785 (2008).</li>
<li>Logothetis, N. K., Pauls, J., Augath, M., Trinath, T., Oeltermann, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Neurophysiological+investigation+of+the+basis+of+the+fMRI+signal%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Neurophysiological investigation of the basis of the fMRI signal.</a> Nature. 412, 150-157 (2001).</li>
<li>Shih, Y. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+scenario+for+negative+functional+magnetic+resonance+imaging+signals%3A+endogenous+neurotransmission%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">A new scenario for negative functional magnetic resonance imaging signals: endogenous neurotransmission.</a> J. Neurosci. 29, 3036-3044 (2009).</li>
<li>Shih, Y. Y., Wey, H. Y., De La Garza, B. H., Duong, T. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Striatal+and+cortical+BOLD%2C+blood+flow%2C+blood+volume%2C+oxygen+consumption%2C+and+glucose+consumption+changes+in+noxious+forepaw+electrical+stimulation%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Cereb.+Blood+Flow+Metab%22%5BJournal%5D)">Striatal and cortical BOLD, blood flow, blood volume, oxygen consumption, and glucose consumption changes in noxious forepaw electrical stimulation.</a> J. Cereb. Blood Flow Metab. 31, 832-841 (2011).</li>
<li>Shmuel, A., Augath, M., Oeltermann, A., Logothetis, N. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Negative+functional+MRI+response+correlates+with+decreases+in+neuronal+activity+in+monkey+visual+area+V1%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Neurosci%22%5BJournal%5D)">Negative functional MRI response correlates with decreases in neuronal activity in monkey visual area V1.</a> Nat. Neurosci. 9, 569-577 (2006).</li>
<li>Schridde, U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Negative+BOLD+with+large+increases+in+neuronal+activity%5BTitle%5D)+AND+%22Cereb.+Cortex%22%5BJournal%5D)">Negative BOLD with large increases in neuronal activity.</a> Cereb. Cortex. 18, 1814-1827 (2008).</li>
<li>Shmuel, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sustained+negative+BOLD%2C+blood+flow+and+oxygen+consumption+response+and+its+coupling+to+the+positive+response+in+the+human+brain%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Sustained negative BOLD, blood flow and oxygen consumption response and its coupling to the positive response in the human brain.</a> Neuron. 36, 1195-1210 (2002).</li>
<li>Harel, N., Lee, S. -P., Nagaoka, T., Kim, D. -S., Kim, S. -G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Origin+of+negative+blood+oxygenation+level%E2%80%93dependent+fMRI+signals%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Cereb.+Blood+Flow+Metab%22%5BJournal%5D)">Origin of negative blood oxygenation level–dependent fMRI signals.</a> J. Cereb. Blood Flow Metab. 22, 908-917 (2002).</li>
<li>Lee, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Global+and+local+fMRI+signals+driven+by+neurons+defined+optogenetically+by+type+and+wiring%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Global and local fMRI signals driven by neurons defined optogenetically by type and wiring.</a> Nature. 465, 788-792 (2010).</li>
<li>Carmichael, D. W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+MRI+with+active%2C+fully+implanted%2C+deep+brain+stimulation+systems%3A+safety+and+experimental+confounds%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Functional MRI with active, fully implanted, deep brain stimulation systems: safety and experimental confounds.</a> NeuroImage. 37, 508-517 (2007).</li>
<li>Tagliati, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Safety+of+MRI+in+patients+with+implanted+deep+brain+stimulation+devices%5BTitle%5D)+AND+%22NeuroImage%22%5BJournal%5D)">Safety of MRI in patients with implanted deep brain stimulation devices.</a> NeuroImage. 47 Suppl 2, 53-57 (2009).</li>
</ol>

De auteurs hebben niets te onthullen.

Gelijktijdig DBS en fMRI is een veelbelovende experimentele toolkit voor de identificatie en karakterisering van de wereldwijde downstream reacties op neurale circuit stimulatie, in vivo. Het grote voordeel van deze techniek andere beschikbare instrumenten, zoals elektrofysiologische opnames, ligt in de relatief onpartijdige aard van fMRI, waarbij een groot en divers gebied van hersenweefsel kan worden onderzocht op gevoeligheid voor DBS op een doel. Hoewel de beschreven protocol specifiek voor DBS-fMRI bij de ...

Het bepalen van de wereldwijde downstream effecten van neurale circuit activiteit vormt een grote uitdaging en het doel voor veel gebieden van systemen neurowetenschappen. Een gebrek aan tools beschikbaar die voldoen aan deze behoefte, en daarom is er een vraag naar een grotere toegankelijkheid van de juiste experimentele opstellingen. Een dergelijke werkwijze voor evaluatie van de globale gevolg van neurale circuit activering berust op de gelijktijdige toepassing van deep brain elektrische stimulatie (DBS) en functionele MRI (fMRI). DBS-fMRI maakt de detectie van stroomafwaartse reacties op circuit activering op grote ruimtelijke schaal, en kan vrijwel elke stimulatie doel worden toegepast. Deze toolset is zeer geschikt voor translationele preklinische studies, waaronder de karakterisering van reacties op therapeutische hoogfrequente stimulatie. Naast toegang tot een geschikte MRI-scanner, succesvolle DBS-fMRI experimenten vereisen afweging van een aantal variables, waaronder elektrode, sedatie methode en onderhoud van fysiologische parameters. Bijvoorbeeld elektrode keuze moet worden gebaseerd op factoren met betrekking tot stimulatie werkzaamheid (bijv.. Lood grootte en geleiding, mono-versus bipolaire), en MR compatibiliteit elektrode artefact grootte. Electrode artefacten variëren elektrodemateriaal en de grootte, evenals de scansequentie gebruikt, grondig pre-experimentele tests moeten worden gebruikt om het juiste type elektrode voor elke studie te bepalen. In het algemeen worden wolfram elektroden Microwire aanbevolen voor dit protocol. Keuze van de lamme en sedativa moet worden gedaan om effectief te immobiliseren het dier en de onderdrukkende effecten van bepaalde sedativa op bloed-zuurstof-level-dependent (BOLD) signaal te verminderen. Tenslotte is het essentieel om het dier optimale fysiologische criteria zoals lichaamstemperatuur en zuurstofverzadiging handhaven. Het protocol dat we hebben ontwikkeld voor DBS-FMRI overwint veel van deze mogelijke obstakels, en in onze handen, zorgt voor een robuuste en consistente resultaten. Bovendien kunnen deze experimentele procedures gemakkelijk worden vastgesteld voor de combinatie van fMRI alternatieve stimulatiemethoden, waaronder optogenetic stimulatie.

<table><tbody><tr><td>Isofluraange (Forane)</td><td>Baxter</td><td>1001936060</td><td></td></tr><tr><td>Dexmedetomidine (Dexdomitor)</td><td>Pfizer</td><td>145108-58-3</td><td></td></tr><tr><td>Pancuronium Bromide</td><td>Selleckchem</td><td>S2497</td><td></td></tr><tr><td>9.4 T Small Animal MRI</td><td>Bruker</td><td></td><td>BioSpec System met BGA-9S gradient</td></tr><tr><td>Sterotactisch Frame</td><td>Kopf</td><td></td><td>Model 962</td></tr><tr><td>Small Animal Ventilator</td><td>CWE, Inc.</td><td>12-02100</td><td>Model SAR-830</td></tr><tr><td>Tandcement</td><td>A-M Systems</td><td>525000</td><td>Teets Cold Curing</td></tr><tr><td>MouseOx Plus System</td><td>STARR Life Science Corp.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Capnometer</td><td>Surgivet, Smith Medical</td><td></td><td>V9004 Series</td></tr><tr><td>Stimulus Isolator</td><td>World Precision Instruments</td><td></td><td>Model A365</td></tr><tr><td>MR-compatibele Messing Schroeven</td><td>McMaster Carr</td><td>94070A031</td><td>0-80 draadmaat, 1/4 inch. Kan worden gesneden tot gewenste lengte.</td></tr><tr><td>Wolfraamdraad</td><td>California Fine Wire Company</td><td>100211</td><td>Wordt gebruikt om MR-compatibele stimulerende micro-elektrode te construeren</td></tr><tr><td>Spuitpomp</td><td>Harvard Apparaat</td><td></td><td>Model PHD 2000 (niet MRI-compatibel)</td></tr></tbody></table>

deep brain stimulation met gelijktijdige fmri in knaagdieren

Deep Brain Stimulation with Simultaneous fMRI in Rodents

Om de mondiale en downstream neuronale reacties op deep brain stimulation (DBS) op verschillende doelen te visualiseren, hebben we een protocol voor het gebruik van bloed zuurstof niveau afhankelijk (BOLD) functionele magnetische resonantie imaging (fMRI) om de afbeelding knaagdieren met gelijktijdige DBS ontwikkeld. DBS fMRI presenteert een aantal technische uitdagingen, zoals de nauwkeurigheid van de elektrode implantatie, MR artefacten die door de elektrode, de keuze van anesthesie en verlamde aan een neuronale effecten te minimaliseren en tegelijkertijd het elimineren van dierlijke beweging, en het onderhoud van fysiologische parameters, afwijking van die kan verwarren de BOLD signaal. Ons laboratorium heeft een reeks procedures die in staat zijn het overwinnen van de meeste van deze mogelijke problemen zijn ontwikkeld. Voor elektrische stimulatie wordt een zelfgemaakte wolfraam bipolaire micro-elektrode gebruikt, stereotactisch ingevoegd op de stimulatieplaats in de verdoofde onderwerp. Ter voorbereiding voor de beeldvorming, zijn knaagdieren bevestigd op een plastic hoofddeksel enovergedragen aan de magneet boring. Voor sedatie en verlamming tijdens het scannen, wordt een cocktail van dexmedetomidine en pancuronium continu toegediend, samen met een minimale dosis van isofluraan, dit preparaat minimaliseert het BOLD plafondeffect vluchtige anesthetica. In dit voorbeeld experiment, stimulatie van de nucleus subthalamicus (STN) produceert BOLD reacties die voornamelijk waargenomen in ipsilaterale corticale gebieden, gecentreerd in motorische cortex. Gelijktijdig DBS en fMRI maakt de ondubbelzinnige modulatie van neurale circuits afhankelijk van stimulatie locatie en stimulatie parameters, en maakt observatie van neuronale modulaties gratis regionale vooringenomenheid. Deze techniek kan worden gebruikt om de stroomafwaartse effecten moduleren neurale circuits op bijna elk hersengebied bekijken, gevolgen voor zowel experimentele als klinische DBS.

Representatieve functionele gegevens werden verkregen volgens bovenstaande protocol in een rat met een stimulerende elektrode geïmplanteerd om de nucleus subthalamicus rechts. Een illustratie van essentiële setup voor DBS fMRI beeldacquisitie wordt verschaft in Figuur 1. Stimulatie werd toegepast overeenstemming met de bovenstaande protocol, met een amplitude van 0,3 mA, frequentie van 130 Hz en een pulsbreedte van 0,09 msec. Robuuste activering van ipsilaterale motorische cortex is consequent gevisuali...

Dit protocol beschrijft een standaard methode voor gelijktijdige functionele magnetische resonantie imaging en diepe hersenstimulatie bij de knaagdieren. Het gecombineerde gebruik van deze experimentele instrumenten maakt de exploratie van wereldwijde downstream activiteit in antwoord op elektrische stimulatie vrijwel elk doel hersenen.

Deep Brain Stimulation met gelijktijdige fMRI in Knaagdieren

In order to visualize the global and downstream neuronal responses to deep brain stimulation (DBS) at various targets, we have developed a protocol for ...

Hoi, ik ben John Ya. En ik ben Dan Alba. Vandaag demonstreren we functionele MRI met gelijktijdige diepe hersenstimulatie bij een rat.Deze techniek kan worden gebruikt om functionele responsen in het hele brein in kaart te brengen na diepe hersenstimulatie op diverse doelen. Deze procedure omvat stereotactische elektrodenimplantatie, fMRI-acquisitie en een analyse van de functionele responsen. De eerste stap is de implantatie van de elektroden.We zullen unilateraal een elektrode implanteren in de nucleus subthalamicus. We beginnen met het volledig anesthetiseren van het dier en het monitoren van fysiologische parameters, waaronder de oxygenatie en lichaamstemperatuur, gedurende de gehele procedure. Begin met het voorbereiden van de operatieve plek door het haar te verwijderen en bevestig het dier aan een stereotactisch frame.Gebruik zalf om de ogen van het dier tijdens de procedure te smeren. Breng antisepticum aan op de plek en leg doeken over het gesteriliseerde veld. Hiermee is de voorbereiding van de chirurgische plek voltooid.Verwijder de huid en fascia over de schedel, waarbij u ervoor zorgt dat het bregma en lambda zijn blootgelegd. Gebruik een scalpel om het schederoppervla

deep-brain-stimulation-with-simultaneous-fmri-in-rodents

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neurowetenschap

We hebben een methode ontwikkeld voor gelijktijdige functionele magnetische resonantie imaging en elektrofysiologische opname in het knaagdieren hersenen, een platform te bieden voor het onderzoek van de relatie tussen de neurale activiteit en het bloed zuurstof niveau afhankelijk (BOLD) MRI-signaal.

Gelijktijdig fMRI en elektrofysiologie bij knaagdieren Brain

Source: Casquero-Veiga, M. et al. In vivo Positron Emission Tomography to Reveal Activity Patterns Induced by Deep Brain Stimulation in Rats. J. Vis. Exp. (2022).This video demonstrates the metabolic effects of deep brain stimulation (DBS) using FDG-PET imaging in a rat model. It outlines the steps involved in FDG administration, DBS application, and PET/CT imaging to map brain regions with increased or suppressed metabolic activity.

Assessing Metabolic Neuromodulation Induced by Acute Deep Brain Stimulation in Rats Using In Vivo FDG-PET

Source: Batra, V., et al. A General Method for Evaluating Deep Brain Stimulation Effects on Intravenous Methamphetamine Self-Administration. J. Vis. Exp. (2016).This video demonstrates a rat model of drug addiction in which the animal self-administers intravenous methamphetamine by pressing a lever, leading to compulsive drug-seeking behavior driven by dopamine release in the nucleus accumbens. To counteract this, the rat undergoes deep brain stimulation (DBS) via an implanted bipolar...

Deep Brain Stimulation as a Treatment for Drug Addiction in a Rat Model

Source: Selvakumar, T., et al., Analysis of Gene Expression Changes in the Rat Hippocampus After Deep Brain Stimulation of the Anterior Thalamic Nucleus. J. Vis. Exp. (2015)This video demonstrates the procedure for implanting electrodes into the rat brain to apply deep brain stimulation (DBS), which modulates neuronal activity and enhances communication with the hippocampus, supporting neuronal survival and neurogenesis.

Effects of Deep Brain Stimulation on Hippocampal Neuronal Activity in a Rat Model

Het mechanisme dat ten grondslag ligt aan de therapeutische effecten van diepe hersenstimulatie (DBS) chirurgie moet onderzocht worden. De methoden die in dit manuscript worden gepresenteerd, beschrijven een experimentele benadering om de cellulaire gebeurtenissen geactiveerd door DBS te onderzoeken door de genexpressieprofiel van kandidaatgenen te analyseren die neurogenese na DBS-chirurgie kunnen bevorderen.

Analyse van genexpressie Veranderingen in het Rat Hippocampus Na Deep Brain Stimulation van de Anterior Thalamic Nucleus

Er wordt een methode beschreven voor het implanteren van elektroden in de subthalamische nucleus (STN) van ratten. Betere lokalisatie van de STN werd bereikt door het gebruik van een micro-opnamesysteem. Verder wordt een stimulatie-opstelling gepresenteerd die wordt gekenmerkt door langdurige verbindingen tussen het hoofd van het dier en de stimulator.

Micro-elektrode Begeleide Implantatie van elektroden in de nucleus subthalamicus van Rats naar Lange termijn Deep Brain Stimulation

Dit artikel beschrijft de toediening van intracraniale elektrische stimulatie die tijdelijk en ruimtelijk gescheiden is van de omgeving waar drugs worden gebruikt, voor de behandeling van IV-methamfetamineverslaving.

Een algemene methode voor het evalueren van Deep Brain Stimulation Effecten op Intraveneuze Methamfetamine Self-Administration

Dit protocol beschrijft een chirurgische set-up voor een permanente epicranial-elektrode-aansluiting en een geïmplanteerde borst-elektrode in knaagdieren. Door het plaatsen van een tweede elektrode in het stopcontact, kunnen verschillende soorten elektrische hersenstimulatie transcranial worden afgeleverd bij het locomotorisch stelsel in alert dieren via de intacte schedel.

Transcraniële elektrische hersenstimulatie bij Alert knaagdieren

Dit protocol beschrijft de kwantificering van volumetrische cerebrale hemodynamische variaties in het muizenbrein met behulp van functionele echografie (fUS). Procedures voor 3D functionele activeringskaart na sensorische stimulatie en functionele connectiviteit in rusttoestand worden gegeven als illustratieve voorbeelden, bij verdoofde en wakkere muizen.

Whole-Brain 3D-activering en functionele connectiviteit mapping bij muizen met behulp van transcraniële functionele echografie beeldvorming

Dit protocol beschrijft een methode voor het verkrijgen van stabiele resting-state functionele magnetische resonantie beeldvorming (rs-fMRI) gegevens van een rat met lage dosis isofluraan in combinatie met lage dosis dexmedetomidine.

Verwerving van resting-state functionele magnetische resonantie beeldvormingsgegevens in de rat

We beschrijven een preklinische experimentele methode om metabole neuromodulatie geïnduceerd door acute diepe hersenstimulatie met in vivo FDG-PET te evalueren. Dit manuscript bevat alle experimentele stappen, van stereotaxische chirurgie tot de toepassing van de stimulatiebehandeling en de verwerving, verwerking en analyse van PET-beelden.

In vivo Positronemissietomografie om activiteitspatronen te onthullen die worden geïnduceerd door diepe hersenstimulatie bij ratten

Leer diepe hersenstimulatie met gelijktijdige fMRI in knaagdieren voor neurowetenschappelijk onderzoek. Deze methode brengt hersenreacties in kaart en verbetert het begrip van neurale connectiviteit.

Deep Brain Stimulation met gelijktijdige fMRI in Knaagdieren

Meer video's verkennen