Este vídeo apresenta os procedimentos de preparação, gravação e análise de fonte de EEG de alta resolução em ratos sedados com um modelo pré-clínico específico de epilepsia focal em condições não invasivas.
Artigo de método
Este vídeo apresenta os procedimentos de preparação, gravação e análise de fonte de EEG de alta resolução em ratos sedados com um modelo pré-clínico específico de epilepsia focal em condições não invasivas.
O eletroencefalograma (EEG) tem sido tradicionalmente usado para determinar quais regiões do cérebro são as candidatas mais prováveis à ressecção em pacientes com epilepsia focal. Essa metodologia baseia-se na suposição de que as convulsões se originam das mesmas regiões do cérebro das quais emergem as descargas epileptiformes interictais (IEDs). Os modelos pré-clínicos são muito úteis para encontrar correlatos entre os locais dos IEDs e as regiões reais subjacentes ao início da convulsão na epilepsia focal. Os ratos têm sido comumente usados em estudos pré-clínicos de epilepsia1; portanto, existe uma grande variedade de modelos para epilepsia focal nesta espécie em particular. No entanto, é um desafio registrar EEG multicanal e realizar imagens de fontes cerebrais em um animal tão pequeno. Para superar esse problema, combinamos uma tecnologia patenteada para obter gravações de EEG de 32 canais de roedores2 e um atlas probabilístico de ressonância magnética para estruturas anatômicas cerebrais em ratos Wistar para realizar imagens de fontes cerebrais. Neste vídeo, apresentamos os procedimentos para adquirir EEG multicanal de ratos Wistar com displasia cortical focal e descrevemos as etapas para definir o modelo de condutor de volume do atlas de ressonância magnética e para determinar exclusivamente os IEDs. Finalmente, validamos toda a metodologia obtendo imagens de fontes cerebrais de IEDs e as comparamos com aquelas obtidas em diferentes períodos de tempo durante o início da convulsão.
Foi demonstrado que as descargas epileptiformes interictais (IEDs) observadas no EEG constituem marcadores úteis de epileptogênese em pacientes com epilepsia focal3. As regiões dentro do cérebro de onde esses IEDs se originam, denominadas zonas irritativas, podem, na prática, ser localizadas com base em registros de EEG4. Modelos pré-clínicos são essenciais para encontrar correlatos entre essas zonas irritativas e as regiões reais subjacentes ao início das crises. No entanto, registrar o EEG de pequenos animais é um desafio devido à pequena área de superfície da cabeça em comparação com o couro cabeludo humano. Embora métodos invasivos para registro crônico em ratos possam ser usados5, 6, técnicas não estão disponíveis neste momento para adquirir registros tradicionais de EEG em roedores sob condições agudas sem a necessidade de anestesia.
Para resolver esse problema, aplicamos um mini-cap2 de EEG patenteado, que nos permite registrar dados de EEG de 32 canais de roedores de forma não invasiva. Neste estudo, também fornecemos evidências sobre a necessidade de um analgésico para preservar a frequência do IED. Portanto, embora a fixação do mini-cap de EEG tenha sido realizada sob isoflurano, os registros de EEG foram obtidos em ratos apenas sob sedação (dexdomitor)7. O método proposto neste estudo pode ser usado em qualquer modelo pré-clínico de epilepsia focal em ratos. Para ilustrar as capacidades dessa metodologia, aplicamo-la para entender os correlatos entre as zonas irritativa e de início de convulsão na displasia cortical focal (FCD). Para isso, usamos um modelo de "golpe duplo" de FCD8 em ratos Wistar.
Para realizar a análise da fonte cerebral, é necessário: a) extrair com precisão os IEDs dos dados brutos do EEG e b) obter um modelo condutor de volume para a cabeça do animal individual. Para gerar um modelo prático de condutor de volume, usamos um atlas de RM in vivo em ratos, compreendendo imagens médias de intensidade/forma e obtidas via registro não linear de imagens T2 de 31 ratos Wistar9. O modelo direto para o condutor de volume gerado foi calculado pelo método dos elementos de contorno (MEC)10. Como no caso dos humanos, dois padrões típicos de IEDs (ondas agudas e picos) foram detectados e subclassificados em diferentes clusters por meio de um processo inteligente de extração, seleção de características e classificação11. Esses sinais subclassificados são usados para estimar as localizações da fonte cerebral associadas a diferentes tipos de zonas irritativas. Apresentamos as etapas de análise da fonte usando um software público bem conhecido chamado Brainstorm12. As localizações da fonte de EEG para cada subtipo de IED e os prazos de início das convulsões foram realizados usando tomografia eletromagnética cerebral de baixa resolução padronizada (sLORETA)13, que está disponível no Brainstorm.
Declaração de ética: Todos os experimentos são realizados seguindo as políticas estabelecidas pelo Cuidado e Uso de Animais Comitê Institucional (IACUC) da Universidade Internacional da Flórida (IACUC 13-004).
1. EEG Recordings

Figura 1. Uma imagem do mini-tampão de EEG colocado em um rato em particular.
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2. Cérebro fonte de imagem









Uma vez que todos os procedimentos sejam devidamente preenchido, fontes estimadas podem ser visualizados na superfície do cérebro do modelo pré-clínico. A Figura 5 mostra as fontes estimados a partir de um determinado sub-tipo de picos (superior) e Sharp-ondas (inferior) de IEDs. Além disso, a Figura 6 mostra como as mudanças de distribuição fonte em intervalos de tempo sequenciais durante um estabelecimento apreensão. Estes resultados suportam a capacidade de as metodologias propostas para gravar de alta resolução EEG em ratos com epilepsia focal e para conduzir a análise de origem utilizando o EEG registrado.

Figura 5. estimado locais de origem cérebro de IEDs com relação a diferentes grupos em pontos (topo) e Sharp-ondas (em baixo). (A) de séries temporais, (B) topografia EEG, e (c) atual corticais azedoces. A avaliação é realizada a um tempo específico, marcado com uma linha vertical vermelho em (A).
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Figura 6. fontes cerebrais estimados durante a apreensão. Os instantes de tempo são marcados como linhas verticais vermelhas.
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Uma nova metodologia para registro multicanal de forma não invasiva EEG em um modelo pré-clínico particular de epilepsia focal é descrita. As indicações para os procedimentos de registo e análise, com dicas experimentais específicos, são fornecidos. Não foram fatores-chave a considerar a obtenção de resultados bem-sucedidos. Em primeiro lugar, para as gravações de EEG, a obtenção de sinais de alta qualidade é essencial. Viscosidade adequada da pasta de EEG deve ser aplicada para cada eléctrodo durante a preparação de mini-tampão, e cabeça e o cabelo do ouvido do rato deverá ser completamente removido durante o barbear. Verificação de impedância é o passo mais importante para confirmar a qualidade de gravações de EEG. Em segundo lugar, para geração de imagens fonte cérebro, gerando adequado modelo de volume condutor é crucial. Cada superfície deve ser co-registrada. Além disso, as posições de eléctrodos gerado deve ter uma distância mínima de erro a partir das localizações dos eléctrodos reais no couro cabeludo do rato.
Mesmo que esse manuscrito introduz fonteprocedimentos de análise utilizando Brainstorm 12, que pode ser realizado utilizando outros softwares abertos 16,17 e 18,19 produtos comerciais. Além disso, além sLORETA 13, outras soluções inversas, como vários modelos de dipolo e Beamformer pode ser aplicada 4.
Uma limitação dessa abordagem é que a análise de comportamento não pode ser conduzida desde a gravação EEG é realizado sob sedação. No entanto, em comparação com os outros métodos para registo de EEG em ratos 5,6, esta abordagem é invasiva.
Nossos resultados preliminares sugerem a importância para uma classificação precisa de marcadores de IED de gravações de EEG para determinar as zonas irritativos em um rato com epilepsia focal, bem como para avaliar a sua relação com os mecanismos subjacentes para a iniciação apreensão 11. Além disso, demonstrou-se que a localização da fonte de EEG específicas para tais IED mostrou uma boa correspondência com a respativação e desativação regiões BOLD caz 20.
Nosso estudo vai estimular a utilização de modelos pré-clínicos para avaliar as estratégias cama-banco-cama desenvolvidos por engenheiros biomédicos. Por exemplo, a extração de IED hoje é realizada em hospitais manualmente, o que exigiu um esforço humano considerável. A metodologia proposta neste estudo faz isso automaticamente. Nós supomos que a utilização desta metodologia irá produzir resultados semelhantes quando aplicada a doentes com FCD. Estamos a preparar protocolos IRB para a avaliação deste e de outros aspectos da metodologia no conjunto de dados humana.
Além disso, a utilização de modelos pré-clínicos nos ajudará a entender as capacidades e limitações do EEG localização de fontes na epilepsia 21. Estimativa precisa das fontes cerebrais subalterno epileptogenesis é crucial para as estratégias terapêuticas e planejamento cirúrgico. Além disso, ter uma plataforma padrão para registo de EEG em ratos serão úteis paraa avaliação da eficácia de várias drogas anti-epilépticas em ensaios pré-clínicos. Este é o primeiro estudo no qual ratos epilépticos são registradas de forma não invasiva sob sedação, o que abrirá novas portas para a avaliação dos biomarcadores de EEG para a epilepsia. No entanto, toda a metodologia apresentada neste estudo é extensível a outras condições experimentais e distúrbios cerebrais. O mini-EEG tampão pode também ser usado em tipos de outro roedor.
No passado, um paradigma da estimulação pata em ratos Wistar foi usado para avaliar a qualidade e reprodutibilidade dos dados registados com o mini-tampão de EEG 2. Além disso, validações para a reconstrução fonte cérebro foram realizados a partir de alta resolução EEG crânio simultaneamente gravado com laminares potenciais de campo locais de ratos Wistar, sob o paradigma de estimulação suiça 22. Esta metodologia foi desenvolvida para ratos Wistar, devido à existência de um atlas de ressonância magnética para este rato, em particular strem. No entanto, ele pode ser aplicado a outros tipos de roedores com o seu formato padrão de atlas, incluindo ratinho, 23 ratos Sprague-Dawley, 24 e Paxinos e Watson ratos 25. Além disso, os procedimentos fundamentais da nossa metodologia proposta pode ser usado em qualquer de roedores modelos pré-clínicos para os quais o EEG é uma modalidade importante. No entanto, muitos aspectos desta metodologia são particularmente para a epilepsia, especialmente aqueles relacionados ao EEG pré-processamento (detecção e classificação IED). Além disso, os pesquisadores devem estar cientes de medicamentos adequados utilizados para sedação em diferentes casos. O uso de isoflurano e DEXDOMITOR em nosso estudo foi cuidadosamente considerado, devido ao impacto reduzido sobre IEDs. Quanto EEG, no caso de rato, relativamente pequena área da superfície do couro cabeludo poderia reduzir consideravelmente o número de canais.
Não há conflitos de interesse declarados.
Os autores gostariam de agradecer a Pedro A. Valdes Hernandez, Francois Tadel, e Lloyd Smith por seus valiosos conselhos e discussão frutífera. Agradecemos também a Rafael Torres para a leitura de prova.
| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Computador de aquisição de dados | Hewlett-Packard | Z210 Workstation | |
| Dexdomitor | Orion Pharma | 6295000 | EEG de cloridrato de dexmedetomidina |
| 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 Eletrodo Paste | Biotach | YGB 103 | |
| EEG Pré-amplificador | BioSemi | Active Two | |
| Brain Produtos | BrainAmp | ||
| Tucker-Davis Technologies | PZ3 Amplificador | ||
| Software de gravação de EEG | BioSemi | ActiView | |
| Software de gravação de EEG | Tucker-Davis Technologies | OpenEx - OpenDeveloper | |
| EEG Conector SCSI | BioSemi | Active Two SCSI Connector | |
| Brain Products | Conector D-sub Processador | ||
| EEG | Tucker-Davis Technologies | RZ2 Processador | |
| Tucker-Davis Technologies | Zif-Clif Digital Headstage | ||
| EEG de alta resolução Mini-cap | Cortech Solutions | DA-AR-ELRCS32 Pedido de | patente dos EUA nº 13/641,834 |
| Isoflurano, USP | VedcoPiramal Healthcare | NDC 66794-013-25 | |
| Álcool isopropílico | Aqua Solutions | 3112213 | solução de 90% v / v |
| Lubrificante Pomada Oftálmica | Rugby | NDC 0536-6550-91 | NaCl estéril |
| Abbott | 2B8203 | Injeção de Criride de Sódio Vaterinário 0,9% | |
| Software de Gravação de Fisiologia | USP ADInstruments | LabChart 7.0 | |
| Sistema | de Gravação de FisiologiaADInstruments | PowerLab 8/35 | |
| Seringa | Monoject | 200555 | 12cc |
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