Brain Bron Imaging in preklinisch Rat Modellen van focale epilepsie met behulp van High-Resolution EEG Recordings
6 juni 2015
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.
Het algemene doel van deze procedure is om hersenbronanalyse uit te voeren met behulp van EEG-opnames met hoge resolutie die zijn verkregen van ratten met focale epilepsie. Dit wordt bereikt door eerst een EEG-minicap in gedistilleerd water met 0,2% chloride voor een nacht te plaatsen en elke elektrode de volgende dag te vullen met een gemengde geleidende pasta om de elektrode-impedantie te verbeteren. De tweede stap is om de EEG-minicap op een gesedateerde rat te plaatsen en hoge resolutie EEG-gegevens op te nemen.
Vervolgens worden de opgenomen EEG-signalen voorverwerkt om gemiddelde signalen te verkrijgen voor verschillende soorten interictale epileptiforme met behulp van de drempelgebaseerde methode en de golfjecompositiemethode. De laatste stap is om het volumegeleidermodel van de rattenkop te genereren met de elektrodepositie gebaseerd op een individuele of een probabilistische MRI. Uiteindelijk wordt de ES Loretta inverse oplossing berekend om de geschatte hersenbronnen te tonen die naar verwachting gerelateerd zijn aan de epileptogenese hersengebieden.
Preklinische RAM-modellen zijn zeer nuttig om epigenese te bestuderen door middel van elektrofysiologische technieken. Hoewel invasieve elektrofysiologische opnames in het verleden zijn gebruikt om epileptische ratten te bestuderen, is er geen beschikbare techniek om een volledige hersenbronbeeldvorming in deze rat uit te voeren zonder de naaldanesthesie. In deze studie stellen we een volledige methodologie voor om dit te bereiken.
In deze video laat ik u zien hoe u de EEG-mini kunt voorbereiden en instellen. Ik zal de leiding hebben over alle procedures die klaar zijn voor de RU-voorbereiding voor de opname. Tijdens een G-opname zal ik een G-opname-apparaat en -software bedienen.
Daarnaast laat ik zien hoe hersenbronanalyse kan worden uitgevoerd op de opgenomen gegevens. Om deze procedure te beginnen, meng EEG-elektrodepasta met 0,9% NACL-oplossing. Voeg een druppel methyleenblauw toe om de elektrodepasta in de elektroden en op de huid te helpen visualiseren.
Plaats vervolgens de gemengde pasta in een spuit en zorg ervoor dat er geen luchtbellen in zitten. Vul vervolgens alle 32 elektroden met de pasta vanaf de onderkant zonder luchtbellen te introduceren als onderdeel van de voorbereidingsprocedure voor de rat, trim de kop van de rat achteraf, verlaag de isofluorine tot 2%Plaats de rat vervolgens op de verwarmingsmat in het stereotaxische apparaat. Bevestig de oorkanalen met de oorbalken en bevestig de neuskoker voor de toevoer van anesthesie.
Breng vervolgens oogzalf aan op de ogen van het dier. Scheer vervolgens het hoofd en wrijf de huid in met 90% isopropylalcohol om de bloedvaten te stimuleren en het vet te verwijderen. Plaats vervolgens een zoutopje op de hoofdhuid en bedek het volledig om een goede huidgeleiding te behouden totdat de EEG-minicap klaar is om te worden geplaatst.
Verbind de ademhalingstemperatuur en de drie-leiding elektrocardiogram proben met het lichaam van de rat om de fysiologie tijdens de opnameprocedure continu te controleren. In deze procedure verwijdert u het zoutopje op de kop van de rat en plaatst u de voorbereide EEG-minicap op de huid. Bevestig de minicap met rubberbanden.
Breng een laag hooggeleidende elektrodepasta aan op zowel de grond- als referentie-elektroden. Plaats ze vervolgens op de respectieve oren. Verbind vervolgens de EEG-minicap met de versterker.
Bekijk een voorbeeld van de EEG-sporen en controleer de prestaties van alle elektroden. Toedienen Dexter op 0,25 milligram per kilogram aan de rat intraperitoneaal, en verlaag onmiddellijk de isof fluorine snelheid tot 0%Als de ademhalingssnelheid niet binnen het bereik van 30 tot 60 BPM ligt, verhoog de isof fluorine snelheid voorzichtig tot maximaal 1%Nu begint u met EEG-opname en verifieert u het bestaan van paroxismale activiteit in de EEG-sporen. Markeer na de opname de posities van de drie uitstekende cirkels van de EEG-minicap op de huid door een kleurpotlood erin te steken.
Voordat de EEG-minicap wordt verwijderd, neemt u een foto van het kop van de rat met de herkenningspunten. De IED-detectie en classificatie wordt uitgevoerd met behulp van de zelf ontwikkelde codes in Matlab, de gemiddelde EEG-signalen voor elk IED-subtype worden gebruikt voor hersenbronanalyse. In de volgende procedure wordt de open source software brainstorm gebruikt met de MRI-atlas voor Worcester-ratten, voer MRI en hersenoppervlak in de software in, genereer het oppervlak van het hoofd met de standaardinstellingen.
Genereer vervolgens de schedel en binnen-buiten schedeloppervlakken op basis van MRI Voor leadveldberekening, controleer de oriëntatie en locatie van elk oppervlak ten opzichte van de MRI, met behulp van de visualisatie-optie, met behulp van de verworven rattenkopfoto om de posities van de drie herkenningspunten in de MRI en de rasterpunten van de herkenningspunten te coregisteren. Als referentie, genereer de elektrodepositie als de elektroden op het schaalplaatje zijn bevestigd. Voer vervolgens het gegenereerde kanaalbestand in om de brainstormsoftware weer te geven en bevestig de locatie van alle elektroden om de leadveldmatrix te berekenen.
Voer de geleidbaarheidswaarden in, die voldoen aan de verhouding van huid, schedel en hersenen. Krijg de leadveldmatrix op basis van het volumegeleidermodel en de gecreëerde elektrodepositie. Voer vervolgens de gemiddelde EEG-signalen in voor een IED-subtype door de optie bronschattingsmethode te selecteren, zoals S Loretta.
De inverse oplossing wordt verkregen op basis van de berekende leadveldmatrix en de ingevoerde EEG-signalen aan het einde van het plot. De geschatte bronnen die hier worden weergegeven, zijn de tijdreeksen van de hersenbronlocaties van IED's met betrekking tot verschillende clusters in spikes en scherpe golven. De evaluatie werd uitgevoerd op een specifiek tijdstip gemarkeerd met een rode verticale lijn.
Hier zijn de EEG-topografieën en hier zijn de corticale stroombronnen. Deze figuur toont de geschatte hersenbronnen tijdens een aanval, de tijdstippen zijn gemarkeerd als rode verticale lijnen. Na het bekijken van deze video, zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u de gemakkelijke
Overzicht
Deze video demonstreert de voorbereiding en registratie van EEG met een hoge resolutie bij gesedateerde ratten, met de focus op een preklinisch model voor focale epilepsie. De methodologie omvat brain source-analyse om epileptogene regio's te identificeren.
Belangrijkste componenten van de studie
Wetenschappelijk vakgebied
- Neurowetenschappen
- Elektrofysiologie
- Preklinisch onderzoek
Achtergrond
- EEG met hoge resolutie is cruciaal voor het bestuderen van hersenactiviteit.
- Modellen voor focale epilepsie bij ratten bieden inzicht in het mechanisme van epileptische aanvallen.
- Niet-invasieve technieken zijn essentieel voor ethisch onderzoek.
- Eerdere methoden beschikten niet over uitgebreide mogelijkheden voor hersenbeeldvorming.
Doel van de studie
- Om bronanalyse van de hersenen uit te voeren met behulp van EEG met hoge resolutie.
- Om het begrip van epileptogene hersengebieden te verbeteren.
- Om een niet-invasieve methodologie voor EEG-registratie bij ratten vast te stellen.
Gebruikte methoden
- Voorbereiding van de EEG-minikap met geleidende pasta.
- Registratie van EEG-gegevens met hoge resolutie bij gesedeerde ratten.
- Voorbewerking van EEG-signalen voor analyse van interictale epileptiforme ontladingen.
- Gebruik van de ES Loretta inverse oplossing voor bronlokalisatie in de hersenen.
Belangrijkste resultaten
- Succesvolle opname van EEG-gegevens met een hoge resolutie.
- Identificatie van hersenbronnen gerelateerd aan epileptogene regio's.
- Demonstratie van een niet-invasieve benadering voor beeldvorming van de gehele hersenen.
- Validatie van methoden met behulp van MATLAB- en Brainstorm-software.
Conclusies
- De methodologie maakt een effectieve analyse van de hersenbronnen bij ratten mogelijk.
- Niet-invasieve EEG-technieken kunnen preklinisch epilepsieonderzoek verbeteren.
- Toekomstige studies kunnen voortbouwen op dit kader voor verdere inzichten.
Veelgestelde vragen
Industriële Relevantie
Deze methodologie maakt niet-invasieve imaging van bronnen in de gehele hersenen mogelijk in preklinische ratmodellen van focale epilepsie, wat doelwitvalidatie ondersteunt door interictale epileptiforme ontladingen te koppelen aan epileptogene regio's. Het biedt kwantitatieve ruimtelijke mapping van abnormale hersenactiviteit, waardoor mechanische risico-reductie in de vroege ontdekkingsfase wordt verbeterd door ziekterelateerde neurale circuits te verduidelijken. De benadering verhoogt het voorspellende vertrouwen in preklinische modellen door EEG-biomarkers te valideren tegen de dynamiek van het begin van epileptische aanvallen, wat portfoliobeslissingen bij de ontwikkeling van therapeutische behandelingen voor epilepsie informeert.
Strategische toepassingen in biofarmaceutisch R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt het toetsen van therapeutische hypothesen mogelijk door interictale epileptiforme ontladingen in kaart te brengen ten opzichte van vermeende epileptogene zones.
- Operationele waarde: Ondersteunt biologische risicoreductie via ruimtelijke correlatie van elektrofysiologische biomarkers met locaties waar epileptische aanvallen beginnen.
- Voorspellende waarde: Verhoogt het vertrouwen in het doelwit door EEG-afgeleide bronnen te valideren tegen de temporele progressie van de aanval.
Screening & Assayontwikkeling
- Klaarstaan van de assay: Bereidt gevalideerde biologische systemen voor op downstream screening via gestandaardiseerde, reproduceerbare EEG-signaalacquisitie.
- Kwantitatieve resultaten: Genereert brongelokaliseerde stroomdichtheidsmetingen die vergelijking tussen verschillende condities mogelijk maken.
- Schaalbaarheid van het platform: Combineert high-density EEG met MRI-gebaseerde hoofdmodellen voor schaalbare, herbruikbare neurofysiologische profilering.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Relevantie voor ziektebeeld: Maakt gebruik van een model voor focale corticale dysplasie om aan te sluiten bij de menselijke pathofysiologie van epilepsie.
- Translationele continuïteit: Slaat een brug tussen interictale biomarkeranalyse en het begin van de insulten, ter ondersteuning van inspanningen voor biomarkerkwalificatie.
- Risico-geoptimaliseerde vooruitgang: Informeert go/no-go-beslissingen door de concordantie tussen biomarkers en insulten over verschillende tijdsperioden aan te tonen.
Integratie van Pipeline & Workflow
De methode wordt geïntegreerd in vroege discovery-workflows door mechanistische inzichten te verschaffen die de selectie van targets en de ontwikkeling van assays voor de screening van antiepileptische verbindingen informeren.
- Discovery Biology: Ondersteunt de verduidelijking van pathways door epileptiforme activiteit te lokaliseren in specifieke neurale netwerken.
- Screening: Maakt assays gereed door gestandaardiseerde, hoge-resolutie EEG-acquisitie uit ziektestellen.
- Analytics: Levert kwantitatieve schattingen van de hersenbronnen die cross-groepsvergelijking van elektrofysiologische fenotypes faciliteren.
- Translationeel onderzoek: Verbindt interictale ontladingen met het begin van een aanval, wat de afstemming van biomarkers met klinische EEG-correlaten ondersteunt.
- Enterprise Reuse: Vestigt een herbruikbare neuroimaging-capaciteit voor longitudinale preklinische epilepsiestudies.
Operationele & Bedrijfsmatige Impact
- Wetenschappelijke waarde: Biedt voorspellend vertrouwen in targetvalidatie door elektrofysiologische signaturen te koppelen aan epileptogene regio's.
- Operationele waarde: Garandeert reproduceerbaarheid via gestandaardiseerde elektrodeplaatsing en MRI-gebaseerde volumegeleider-modellering.
- Strategische waarde: Verbetert de kapitaalefficiëntie door biologische fout-positieven te verminderen via mechanische risicoreductie.
- Impact op portfolio: Maakt risico-gecorrigeerde prioritering van verbindingen mogelijk op basis van target-interactie in gevalideerde ziekterelevante systemen.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in elektrofysiologie, EEG-signaalverwerking en inverse oplossingsmethoden.
- Afhankelijk van EEG-acquisitiesystemen met hoge resolutie en MRI-compatibele hoofdmodellen.
- Vereist standaardisatie tussen teams voor de positionering van elektroden en coregistratieprocedures.
- Omvat overwegingen voor aanpassing bij toepassing op verschillende knaagdierstammen of epileptische modellen.
- Beperkt door de nauwkeurigheid van volumegelidingsmodellen en de consistentie van de interface tussen elektrode en hoofdhuid.
Biopharma Veelgestelde Vragen
Chapters in this video
0:05
Title
2:24
Preparation of the EEG Mini-cap and Animal Preparation
3:49
Recording Procedures
5:09
Volume Conductor Model
6:40
Brain Source Imaging
7:24
Results: Brain Source Locations of IEDs with Respect to Different Clusters of Spikes and Sharp-waves
7:59
Conclusion
