Summary
Denne protokol beskriver en standardmetode til samtidig funktionel magnetisk resonans og dyb brain stimulation hos gnavere. Den kombinerede brug af disse eksperimentelle værktøjer giver mulighed for udforskning af den globale downstream aktivitet som reaktion på elektrisk stimulation på stort set enhver hjerne mål.
Abstract
For at visualisere de globale og nedstrøms neuronale reaktioner på dyb brain stimulation (DBS) ved forskellige mål, har vi udviklet en protokol for brug af blod ilt niveau afhængig (FED) funktionel magnetisk resonans (fMRI) til billed gnavere med simultan DBS. DBS fMRI præsenterer en række tekniske udfordringer, herunder nøjagtighed elektrode implantation, MR artefakter skabt af elektroden, valg af anæstesi og paralytisk at minimere eventuelle neuronale effekter samtidig fjerne dyr bevægelse, og vedligeholdelse af fysiologiske parametre, afvigelse fra, som kan forvirre den BOLD signal. Vores laboratorium har udviklet et sæt af procedurer, der er i stand til at overvinde de fleste af disse mulige problemer. For elektrisk stimulering, der er en hjemmelavet wolfram bipolar mikroelektrode anvendes indsat stereotaktisk ved stimulation stedet i bedøvede emne. Som forberedelse til billedbehandling, er gnavere fikseret på en plastik hovedstykke ogoverført til magneten boring. Til sedation og lammelse under scanning, er en cocktail af dexmedetomidin og pancuronium kontinuerligt infunderes, sammen med en minimal dosis af isofluran, dette præparat minimerer BOLD loft effekt af flygtige anæstetika. I dette eksempel eksperiment, stimulering af nucleus subthalamicus (STN) producerer BOLD respons som primært observeret i ipsilaterale kortikale regioner, der er centreret i motorisk cortex. Samtidig DBS og fMRI muliggør entydig graduering af neurale kredsløb afhængig af stimulation placering og stimulering parametre og tillader observation af neuronale modulationer fri for regional skævhed. Denne teknik kan bruges til at udforske de efterfølgende virkninger af modulerende neurale kredsløb på næsten enhver hjerne regionen, med konsekvenser for både eksperimentel og klinisk DBS.
Introduction
Fastlæggelse af de globale downstream effekter af neurale kredsløb aktivitet er en stor udfordring og mål for mange områder af systemer neurovidenskab. En mangel på værktøjer findes i øjeblikket, at opfylde dette behov, og der er således et behov for øget tilgængelighed af de relevante forsøgsopstillinger. En sådan metode til evaluering af den globale konsekvens af neurale kredsløb aktivering er afhængig af samtidig anvendelse af deep brain elektrisk stimulation (DBS) og funktionel MRI (fMRI). DBS-fMRI muliggør påvisning af downstream svar på aktivering kredsløb på en stor rumlig skala, og kan anvendes på stort set enhver stimulering mål. Dette værktøjssæt er særdeles velegnet til translationelle prækliniske studier, herunder karakterisering af reaktioner på terapeutisk højfrekvent stimulation.
Ud over adgang til en egnet MR scanner, vellykkede DBS-fMRI eksperimenter kræver overvejelse af en række variables, herunder elektrode type sedation metode og vedligeholdelse af fysiologiske parametre. For eksempel bør elektrode valg være baseret på forhold vedrørende stimulering effekt (f.eks. Bly størrelse og ledningsevne, mono-vs bipolar), samt MR-kompatibilitet og elektrode artefakt størrelse. Elektrode artefakter varierer efter elektrode materiale og størrelse, samt scanningen sekvens anvendte grundig pre-eksperimentel afprøvning bør anvendes til at bestemme den passende elektrode typen for hver undersøgelse. Generelt er wolfram Microwire elektroder anbefales til denne protokol. Valg af paralytisk og sedativ bør gøres til effektivt at immobilisere dyret og reducere de undertrykkende virkninger af visse beroligende på blod-ilt-niveau-afhængig (FED) signal. Endelig er det vigtigt at fastholde dyret ved optimale fysiologiske parametre, herunder kropstemperatur og iltmætning.
Den protokol, som vi har udviklet til DBS-FMRI overvinder mange af disse potentielle forhindringer, og i vores hænder, giver robuste og konsistente resultater. Derudover kan disse eksperimentelle procedurer let vedtaget for kombinationen af fMRI med alternative stimulation metoder, herunder optogenetic stimulation.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Etik Erklæring: Denne procedure er i overensstemmelse med National Institutes of Health Retningslinjer for Animal Research (Guide til Pleje og anvendelse af forsøgsdyr), og er godkendt af University of North Carolina Institutional Animal Care og brug Udvalg.
1.. Elektrode Implantation
Det første skridt er elektrode implantation. I dette trin er en elektrode ensidigt implanteret i nucleus subthalamicus (STN), en lille kerne med translationel betydning for Parkinsons sygdom behandling ved hjælp af følgende metoder:
- Sterilisere alt kirurgisk udstyr ved hjælp af en autoklave, eller antiseptisk løsning, hvor autoklavering ikke er mulig (f.eks elektrode sterilitet) Bemærk:. Dette er en kortsigtet overlevelse kirurgi og dermed aseptisk teknik er afgørende. Efter operationen kan dyr afbildes efter en kort hvileperiode (48 timer) eller op til flere uger senere.
- Bedøve rotte (Adult Sprague-Dawley rotter 250-400 g) under anvendelse af 2,5% isofluran administreret via endotracheal og et lille dyr ventilator. Fastgør rotte til en stereotaktisk kirurgisk ramme og forberede operationsstedet anvendelse af aseptisk teknik.
- Forberede og sikre, at elektroden er steril. En hjemmelavet 2-kanals wolfram Microwire elektrode bruges til denne procedure, selvom mange MRI-kompatibel elektrode typer vil arbejde. Den elektrode anvendte type kan påvirke området af væv mekanisk beskadiget af proceduren, området af væv stimuleres, og nøjagtigheden af implantation, hvilket påvirker den samlede eksperimentelle resultat. Hvis elektroden type er ikke i stand til at autoklaveres bruge povidon-iod antiseptisk at sterilisere elektroden så langt som muligt.
- Brug saks fjerne hovedbunden over implantationsstedet med en diameter på cirka 1,5 cm, for at afsløre bregma og lambda på kraniet. Fjern muskler og fascia overliggende kranietog stoppe al blødning bruge elektrokauterisation.
- Skrab kraniet overflade i flere retninger med en skalpel for at forbedre dental cement vedhæftning (trin 1.8). Niveau Bregma og lambda i den horisontale retning.
- . At målrette STN, på 3,6 mm posteriort Bregma og 2,5 mm lateralt for midterlinjen bruge en lille spids boremaskine til at skabe et borehul måler ca 1,5 mm i diameter Bemærk: Den nøjagtige placering af STN med henvisning til stereotaktisk koordinater kan variere fra rotte stamme, vægt og køn. Voksne rotter af samme køn skal bruges til at minimere enhver variation i placering. Hvis det er muligt, bør præoperationelle anatomiske scanninger eller intraoperativ elektriske optagelser bruges til at identificere STN placering på et individuelt emne basis. Endvidere bør elektrode opsigelse lokaliteter histologisk verificeres for at sikre målet nøjagtighed.
- Gøre forsigtigt et snit i dura og bruge små stumpe pincet til at flytte dura til siderne af the hul. Stands blødning ved hjælp steril bomuld dyppet i saltvand. Opret huller til én eller flere MR-kompatible skruer), og sæt dem forsigtigt i kraniet, indtil de er stabile. Skruer kan placeres i ethvert sted, hvor de ikke vil forstyrre placeringen af eksterne stik til DBS elektrode (f.eks. Ikke direkte bag STN ipsilateralt til elektroden). Vi anbefaler placeringer på de laterale kanter af kraniet, ideelt direkte posteriort lambda sutur. På dette tidspunkt, kraniet er forholdsvis tyk, hvilket reducerer sandsynligheden for, at skruer vil beskadige cortex "Bemærk:. Brass skruer skåret til 4-5 mm i længden anvendes i denne protokol, selv om plastik skruer er også egnede.
- Placer elektrode på stereotaktisk arm, der sikrer, at det er lige og lodret. Tryk elektroden til Bregma, derefter flytte elektroden præcis 3,6 mm posteriort Bregma og 2,5 mm lateralt til midtlinien og røre ved kortikale overflademed elektroden. Fra den kortikale overflade, indsæt elektrode 7,8 mm ventralt. Disse koordinater bestemmes ved henvisning til en neuroanatomiske atlas 1.
- Placer et lag af dental cement over kranium, herunder kraniet skruer og elektrode indsætningspunktet. Vent, indtil cementen er helt hærdet, inden du fjerner elektroden af stereotaktisk ramme. Bøj elektroden baglæns og bruge ekstra cement til at dække resten af elektroden tarmkanalen og stik til holdbarhed.
2. fMRI Forberedelse
Det andet trin er opsætningen for fMRI, herunder positionering af spolen og opsætning af fysiologiske overvågningsudstyr.
- Fastgør dyrets hoved for at forhindre bevægelse under scanningen Bemærk:. En brugerdefineret plast intraauricular bar system bruges her til hoved fiksering. Placer stængerne ind i øregangen, og fastgør dem til hovedstykket så hovedet roterer jævnt i the lodret retning med nogen horisontal rotation. Fastgør head position ved fastsættelse af de øverste tænder for apparatet.
- Bedøver rotten fuldstændigt og overvåge ende tidevandsenergi CO 2 for at sikre stabiliteten i hele alle scanninger. For at opretholde anæstesi, ventilation og kontrol end-tidal CO 2-niveauer under scanningen er et MR-kompatibel lille dyr ventilationssystem kombineret med en isofluran fordamper anvendes her, selvom en række bedøvelsesmidler og sedation midler kan anvendes på en lignende måde. Indstil ventilatoren til 45 indåndinger / min med en moderat lydstyrke, cirka 500 ml / min luft som et udgangspunkt volumen. Indstil isofluran til 2% og overføre rotten ind i scanningen rum. Fastgør ventilatorens udgang til rottens endotrakealtube og tryk fast at sikre. Capnometry bør erhverves ved hjælp af et rør så tæt forbundet til endotrachealrøret stikket som muligt. Juster ventilation volumen til at producere en end-tidal CO 2 på 2,6% til 3,3%. Brug en MR-kompatible små dyr holder til at indsætte rotten i scanneren med en cirkulerende varmt vandbad til temperaturstyring. Tape puden af badet i holderen og dække det med ren absorberende papir. Placer rotte på den varme vandseng.
- Overvågning af temperatur og kuldioxid niveauer er afgørende for BOLD fMRI, mens arteriel iltmætning og puls er også nyttige fysiologiske parametre. Sæt en MR-kompatibel rektal temperatursonde og tape det til basen af halen og derefter justere temperaturen af vandbadet at opretholde en normal kropstemperatur på 37 ° C. Overvåg arteriel iltmætning og puls ved hjælp af et lille dyr pulsoximetri-system, at fastholde dem på 95-98% og 250-350 slag i minuttet, henholdsvis, som kan variere afhængigt af typen af bedøvelsesmidler, der anvendes. Iltmætning og puls er både påvirket af dybden af anæstesi, ventilation volumen og ventilation sats. Ventilation volumen og hastighed kan være nødvendigtomhyggeligt afbalanceret for at opretholde tilstrækkelige ende-tidal CO 2 niveauer og tilstrækkelig ilt mætning.
- En overflade spole er nødvendig for BOLD fMRI erhvervelsen. Placer overfladespolen så tæt på overfladen af hovedet som muligt. Når fastgjort placere tandpasta på overfladen af hovedet på cement hætten for at reducere modtagelighed artefakter nær hjernen overflade Bemærk:. Vi bruger en hjemmelavet transceiver overflade spole med en indre diameter på omkring 1,6 cm, selv om større overfladespoler kan være anvendes til at optimere BOLD respons i dybere subkortikale regioner.
- Slut stimulerende elektrode til en programmerbar elektrisk stimulator systemet Bemærk:. Vi bruger en custom-made programmerbare TTL udløser system tilsluttet en bipolar stimulator at levere elektriske impulser synkroniseret til RF excitationer fra MR scanninger.
- Til sedation og lammelse under erhvervelse fMRI data, skal du bruge en cocktail af dexmedetomidin (0,1mg / kg / time, ip) og pancuronium (1 mg / kg / time, ip) kombineret med lav dosis isofluran på 0,5% for at forhindre epileptisk aktivitet 2. For infusionen skal en MR-kompatibel sprøjtepumpe anvendes, hvis pumpen skal placeres i den magnetiske miljø. Alternativt kan en noncompatible pumpe placeres uden for den magnetiske miljøet, forudsat at udvidet kateterrør anvendes.
3. fMRI data Acquistion
Det tredje skridt er fMRI erhvervelse, herunder positionering, afstandsstykker, anatomiske scanninger, og funktionelle scanninger. 9,4 Tesla-system med en hjemmelavet overfladespole bruges her, selvom denne teknik kan tilpasses til andre high-marksystemer og kommercielt gjort MR spoler.
- Sæt rotte i scanneren og position i midten af magneten. Brug en tre-plane scout billede til præcist at centrere rotte inden magneten med hensyn til de områder af hjernen af interesse, og FASTMAP mellemlæg til homogennize magnetfeltet på områder af interesse.
- Brug en sagittal T2-vægtet RARE sekvens (FOV, 2,56 x 2,56 cm 2, matrix størrelse, 256 x 256, skive tykkelse, 1,5 mm, TR / TE, 1500-1511 ms RARE Factor, 8, flipvinkel, 180 °) at finde placeringen af den forreste commissure og justere de efterfølgende billeder til denne placering. Juster otte-slice single-shot GE-epi-scanninger (FOV, 2,56 x 2,56 cm 2, matrix størrelse, 96 x 96, ombygget til 128 x 128; skivetykkelse, 1mm, TR / TE, 1000-1014 MS) til dette punkt med coronal retning.
- For funktionelle scanninger bruge 70 på hinanden følgende EPI scanninger med 1 sekund tidsmæssige opløsning synkroniseret til stimulering output, sat til 20 sek hvile, 10 sek stimulation efterfulgt af 40 sek hvile. Tillad mindst 90 sekunder mellem scanninger for at give mulighed for neurovaskulære opsving. Erhverve flere gentagne scanninger på hvert stimulering parameter for at forbedre signal-støj-forholdet ved at tage gennemsnittet. Brug en række dummy scanninger (typisk 4-8) Umiddelbart inden scanning for støjreduktion. Bekræft BOLD respons på det tidspunkt billedet købet for at sikre succes af eksperimentet ved hjælp af den i afsnit 4 beskrevne metode, selv om udligning, coregistration og kranium-stripping kan springes over i denne indstilling.
- Efter funktionel scanningen er færdig, skal du bruge en T2-vægtet RARE spin-ekko sekvens (FOV, 2,56 x 2,56 cm 2, matrix størrelse, 256 x 256; skivetykkelse, 1 mm, TR / TE, 2500/33 ms; gennemsnit, 8 ) til at måle den anatomiske placering af elektroden i vivo. Anskaf flere koronale og sagittale sektioner for at måle spidsen af elektroden artefakt langs forreste / bageste, mediale / laterale og dorsale / ventrale akser og bekræft elektrodeplacering. Høj opløsning magnetisk resonans mikroskopi (FOV, 1,8 x 1,28 cm, matrix størrelse, 360 x 256, skivetykkelse, 0,5 mm, TR / TE, 2500/12.6 ms RARE faktor 8, gennemsnit, 280), kan bruges til at undersøge nøjagtige placering af elektroden tarmkanalen efter fjernelse med hensyntil nærliggende neuroanatomiske strukturer og bekræfter rigtigheden af elektrode placering 3..
4.. fMRI Databehandling og analyse
Det fjerde trin er behandling og analyse af fMRI data, herunder generering af respons kort og beregning af procent BOLD signal forandring. Brugerdefinerede programmer, der kører i et pc-miljø (f.eks Matlab) eller kommercielle fMRI softwareværktøjer (f.eks. SPM, FSL eller AFNI) kan anvendes.
- Begynd med billedet coregistration og midling af data først inden-emne efter frekvens, efterfulgt af over-emne Bemærk:. Vi opnå dette ved hjælp af SPM koder.
- Udfør kranium stripping at fjerne nonbrain væv ved hjælp af manuelt defineret område af interesse (ROI) med signal tærskling. Automatiske kraniet stripping algoritmer kan anvendes.
- Kompilere respons over ved at beregne korrelationskoefficienten af forholdet mellem BOLD opl.Response over tid og stimulering paradigme for hver voxel. Forsinke paradigme flere sekunder at tage højde for forsinkelser i hæmodynamisk respons kan være nødvendig. Set betydeligt niveau på P <0,05 efter Bonferroni korrektion. Andre statistiske metoder kan anvendes. Korrektion for multiple sammenligninger anvender Random Field Theory eller korrektion klynge-niveau baseret på Gauss Random Field kan udføres i stedet for Bonferroni korrektion for mere følsom analyse 4. Bemærk:. Den hæmodynamisk forsinkelse kan variere baseret på områder af hjernen målrettede, brugte farmakologiske midler, og fysiologiske parametre. Det er afgørende at kontrollere disse parametre for at undgå variation inden-emne og mellem fag.
- Kvantificerer BOLD respons ved at definere en ROI at udtrække tid-kursus data. Gennemsnittet procent signal forandring på tværs af alle voxel inden for samme anatomiske struktur. Voxel-kloge analyse ved hjælp af generelle lineære model kan også anvendes 5.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Repræsentative funktionelle data er erhvervet i henhold til ovennævnte protokol i en enkelt rotte med en stimulerende elektrode implanteret til nucleus subthalamicus på højre side. En illustration af væsentlig setup for DBS fMRI billede erhvervelse er tilvejebragt i figur 1. Stimulation blev anvendt i overensstemmelse med ovennævnte protokol, med en amplitude på 0,3 mA, frekvens på 130 Hz og puls bredde på 0,09 millisekunder. Robust aktivering af ipsilateral motoriske cortex er konsekvent blevet visualiseret ved hjælp af denne protokol med nucleus subthalamicus som stimulering målet. Med en firkantet bølge stimulation mønster, ville forventes BOLD signal moduleres i forhold til baseline (ingen stimulation tilstand) med et tidsforløb korreleret til stimulering periode. Her positive BOLD responser er observeret i det forventede område af hjernen (figur 2) og med en ON / OFF mønster godt korreleret til stimulering paradigme, under hensyntagen til en korte hæmodynamisk forsinkelse (figur 3). Fra kortet (Figur 2), kan en overlejret neuroanatomiske atlas 1 bruges til at definere præcise områder af interesse at sammenligne BOLD effekt på de enkelte områder af hjernen. For STN DBS BOLD respons på den motoriske hjernebark er vist i figur 3, selv om regioner af interesse kan placeres i enhver hjerne område. Disse reaktioner kan derefter gennemsnit mellem scanninger og derefter mellem fag for at identificere områder af hjernen, som producerer en konsekvent reaktion på stimulation. Målretning af andre neuroanatomiske strukturer kan producere forskellige reaktionsmønstre end dem der er vist i dette eksperiment. Derudover kan selv en lille grad af unøjagtighed i elektrodeplacering producere store forskelle i respons, som i maj forskelle i elektrode typer og elektrisk stimulation parameter 3.
/ Ftp_upload/51271/51271fig1highres.jpg "src =" / files/ftp_upload/51271/51271fig1.jpg "/>
Figur 1. Ordning af grundlæggende fMRI konfiguration med overfladespole, elektrode position og stimulator synkronisering.
Figur 2. Repræsentative EPI billeder mærket med korrelationskoefficienter fra et enkelt dyr, med posterior til anterior skiver viste venstre til højre. Color bar angiver korrelationskoefficienter på hver voxel.
Figur 3. Typisk% BOLD over tid fra et enkelt dyr i gennemsnit over flere scanninger påde samme stimulation parametre: 0,3 mA, 130 Hz, 0,09 msek puls bredde Gul bar angiver tidsrum, hvor stimulation blev anvendt til nucleus subthalamicus.. ROI var inden motor cortex Bemærk:. Disse stimulation parametre er inden for det standard sortiment for DBS i STN, men måske skal ændres for alternativ stimulering sites.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Samtidig DBS og fMRI repræsenterer en lovende eksperimenterende værktøjskasse til identifikation og karakterisering af globale downstream reaktioner på neurale kredsløb stimulation, in vivo. Den største fordel ved denne teknik i forhold til andre tilgængelige værktøjer, såsom elektrofysiologiske optagelser, ligger i den relativt fordomsfri natur fMRI, hvorved kan undersøges et stort og varieret område af hjernevæv for lydhørhed til DBS på ethvert mål. Selv om den beskrevne protokol er specifik for DBS-fMRI hos rotter, neuroimaging af DBS reaktioner er også med succes blevet gennemført i andre modelorganismer, herunder svin 6.
Måske den mest oplagte anvendelse for denne teknik er modellering af DBS som anvendt terapeutisk for visse neurologiske og psykiatriske lidelser, dvs. Parkinsons sygdom 7-9. Hos patienter med Parkinsons sygdom, højfrekvent stimulation ved enten subthalamic kerne (STN) eller intern globus pallidus (GPi) er effektiv til lindring af mange motoriske symptomer 10. Højfrekvente DBS i hver af disse mål resulterer i betydelig aktivering inden for såvel kanoniske motor og limbiske område s6. Karakteriseringen af disse rumligt dynamiske fMRI reaktioner, når suppleret med adfærdsmæssige analyse kan hjælpe med identifikationen af terapeutiske DBS kredsløb. Konklusionerne fra disse undersøgelser let oversætte til klinikken, specielt til forfinelse af DBS på eksisterende mål og udvidelse af DBS til nye mål for forskellige sygdomme og lidelser.
Generelle begrænsninger af fMRI er blevet grundigt revideret andetsteds 11, selv om flere specifikke begrænsninger er særligt relevante for DBS-fMRI. DBS kan resultere i timeligt dynamiske ændringer i cellulær aktivitet 12, som måske ikke i tilstrækkelig grad løses med fMRI. Til forsøg, der kræver finere tidsmæssigopløsning end kan i øjeblikket tilbydes af fMRI alene, foreslår vi elektrofysiologiske optagelser, som kan erhverves i forbindelse med fMRI 13-15. Et yderligere problem vedrører de komplekse BOLD respons observeret i reaktion på neurale aktivitet 16-21. fMRI giver mulighed for påvisning af områder, moduleret af DBS, selvom der skal udvises forsigtighed, når udlede retningen af denne graduering baseret på fMRI-data alene. Anvendelsen af flere fMRI modaliteter (fx fed, cerebral blodgennemstrømning, cerebral blodvolumen, funktionelle tilslutningsmuligheder, og mangan-forstærket MRI) samt elektrofysiologiske og histologiske data, bør styrke sådanne konklusioner.
Mange af de oplysninger, der er fastsat i denne protokol kan let vedtages for alternative stimulation metoder, bl.a. optogenetic rettet 22.. For optogenetic eksperimenter, kan en laser driver være forbundet med stimulation software til at få TTL udløsning af lasis impulser. For disse eksperimenter er det vigtigt at anvende et plaster kabel af passende længde, således at den optiske fiber kan kobles til en laserdriver placeret uden for scanneren rummet. Opto-fMRI muliggør påvisning af neurovaskulære forandringer som følge af selektiv modulering af aktivitet inden for genetisk definerede cellepopulationer, mens elektriske DBS-fMRI svarene ikke let kan henføres til rekruttering af bestemte kredsløb. Ikke desto mindre, elektriske DBS er sandsynligvis større translationel værdi for at studere terapeutisk DBS, der alene bygger på elektrisk stimulation i patientpopulationer.
Bekymringer for sikkerhed og lokal vævsskade er vigtige overvejelser af neuroradiologisk med samtidig DBS i både kliniske og animalske forskning indstillinger, og er blevet drøftet indgående andetsteds (Carmichael 23,24). Mens mange MR-sekvenser har potentiale til at forårsage betydelig opvarmning og vævsskader, stimulering parametre ennd scan sekvenser i denne protokol er designet til at minimere disse faktorer, især længden af hver scanning sekvens mellem hvileperioder. Som sådan reaktioner på stimulering efter snesevis af scanninger er konsekvent holdbare i pilotundersøgelser, og ingen tegn på lokal vævsskade ses på post mortem-billeddannelse, der bekræfter, at denne protokol er sikkert med hensyn til den nuværende levering og MR kompatibilitet af elektroden anvendte .
Fleksibiliteten i den beskrevne DBS-fMRI procedure, kombineret med det væld af oplysninger om de regionale graduering profiler som reaktion på DBS, gør denne procedure ideel til en bred vifte af applikationer i systemer-niveau neurovidenskab.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ikke noget at afsløre.
Acknowledgments
Vi takker Shaili Jha og Heather Decot for assistance med at filme.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Isoflurane (Forane) | Baxter | 1001936060 | |
| Dexmedetomidine (Dexdomitor) | Pfizer | 145108-58-3 | |
| Pancuronium Bromide | Selleckchem | S2497 | |
| 9.4 T Small Animal MRI | Bruker | BioSpec System with BGA-9S gradient | |
| Sterotactic Frame | Kopf | Model 962 | |
| Small Animal Ventilator | CWE, Inc. | 12-02100 | Model SAR-830 |
| Dental Cement | A-M Systems | 525000 | Teets Cold Curing |
| MouseOx Plus System | STARR Life Science Corp. | ||
| Capnometer | Surgivet, Smith Medical | V9004 Series | |
| Stimulus Isolator | World Precision Instruments | Model A365 | |
| MR-compatible Brass Screws | McMaster Carr | 94070A031 | 0-80 thread size, 1/4 in. Can be cut to desired length. |
| Tungsten Wire | California Fine Wire Company | 100211 | Used to construct MR-compatible stimulating microelectrode |
| Syringe Pump | Harvard Appartus | Model PHD 2000 (not MRI-compatible) |
References
- Paxinos, G., Watson, C. The rat brain in stereotaxic coordinates, 5th edition. , Academic Press. (2004).
- Fukuda, M., Vazquez, A. L., Zong, X., Kim, S. G. Effects of the alpha(2)-adrenergic receptor agonist dexmedetomidine on neural, vascular and BOLD fMRI responses in the somatosensory cortex. Eur. J. Neurosci. 37 (2), 80-95 (2013).
- Lai, H. Y., Younce, J. R., Albaugh, D. L., Kao, Y. C., Shih, Y. Y. Functional MRI reveals frequency-dependent responses during deep brain stimulation at the subthalamic nucleus or internal globus pallidus. NeuroImage. In press, (2013).
- Frackowiak, R. S. J., et al. Human Brain Function. , (2004).
- Poline, J. B., Brett, M. The general linear model and fMRI: does love last forever. NeuroImage. 62, 871-880 (2012).
- Min, H. K., et al. 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. NeuroImage. 63, 1408-1420 (2012).
- Lozano, A. M., Lipsman, N. Probing and Regulating Dysfunctional Circuits Using Deep Brain Stimulation. Neuron. 77, 406-424 (2013).
- DeLong, M., Wichmann, T. Deep brain stimulation for movement and other neurologic disorders. Ann. N.Y. Acad. Sci. 1265, 1-8 (2012).
- Goodman, W. K., Alterman, R. L. Deep brain stimulation for intractable psychiatric disorders. Ann. Rev. Med. 63, 511-524 (2012).
- Pizzolato, G., Mandat, T. Deep brain stimulation for movement disorders. Front. Integr. Neurosci. 6, 2 (2012).
- Logothetis, N. K. What we can do and what we cannot do with fMRI. Nature. 453, 869-878 (2008).
- Li, Q., et al. Therapeutic deep brain stimulation in Parkinsonian rats directly influences motor cortex. Neuron. 76, 1030-1041 (2012).
- Pan, W., Thompson, G., Magnuson, M., Majeed, W., Jaeger, D., Keilholz, S. Simultaneous fMRI and Electrophysiology in the Rodent. (42), (2010).
- Huttunen, J. K., Grohn, O., Penttonen, M. Coupling between simultaneously recorded BOLD response and neuronal activity in the rat somatosensory cortex. NeuroImage. 39, 775-785 (2008).
- Logothetis, N. K., Pauls, J., Augath, M., Trinath, T., Oeltermann, A. Neurophysiological investigation of the basis of the fMRI signal. Nature. 412, 150-157 (2001).
- Shih, Y. Y., et al. A new scenario for negative functional magnetic resonance imaging signals: endogenous neurotransmission. J. Neurosci. 29, 3036-3044 (2009).
- Shih, Y. Y., Wey, H. Y., De La Garza, B. H., Duong, T. Q. Striatal and cortical BOLD, blood flow, blood volume, oxygen consumption, and glucose consumption changes in noxious forepaw electrical stimulation. J. Cereb. Blood Flow Metab. 31, 832-841 (2011).
- Shmuel, A., Augath, M., Oeltermann, A., Logothetis, N. K. Negative functional MRI response correlates with decreases in neuronal activity in monkey visual area V1. Nat. Neurosci. 9, 569-577 (2006).
- Schridde, U., et al. Negative BOLD with large increases in neuronal activity. Cereb. Cortex. 18, 1814-1827 (2008).
- Shmuel, A., et al. Sustained negative BOLD, blood flow and oxygen consumption response and its coupling to the positive response in the human brain. Neuron. 36, 1195-1210 (2002).
- Harel, N., Lee, S. -P., Nagaoka, T., Kim, D. -S., Kim, S. -G. Origin of negative blood oxygenation level–dependent fMRI signals. J. Cereb. Blood Flow Metab. 22, 908-917 (2002).
- Lee, J. H., et al. Global and local fMRI signals driven by neurons defined optogenetically by type and wiring. Nature. 465, 788-792 (2010).
- Carmichael, D. W., et al. Functional MRI with active, fully implanted, deep brain stimulation systems: safety and experimental confounds. NeuroImage. 37, 508-517 (2007).
- Tagliati, M., et al. Safety of MRI in patients with implanted deep brain stimulation devices. NeuroImage. 47 Suppl 2, 53-57 (2009).
