Répétitif stimulation magnétique transcrânienne à l'Unilatérale hémisphère de cerveau de rat
Summary
We applied repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) to the unilateral hemisphere of rat brain, by placing a 25-mm figure-8 coil 1 cm lateral to the vertex on the biauricular line and angulating the coil by 45°. An in-house water cooling system was used for rTMS for more than 20 min.
Abstract
Previous rodent models of repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) adopted whole-brain stimulation instead of unilateral hemispheric rTMS, which is unlike the protocols used for human subjects. We report a successful application of rTMS to the unilateral hemisphere of rat brain. The rTMS was delivered with a low-frequency (1 Hz), high-frequency (20 Hz), or sham stimulation protocol to one side of the brain by using a small 25-mm figure-8 coil. We placed the center of the coil 1 cm lateral to the vertex on the biauricular line and angulated the coil 45° to the ground to minimize a potential direct effect of rTMS on the contralateral cortex. We also used an in-house water cooling system to enable repetitive magnetic stimulation for more than 20 min, even at a 20-Hz stimulation frequency. Increases in the transcriptions of immediate early genes (Arc, Junb, and Egr2) were greater after rTMS than after sham stimulation. After 5 consecutive days of 20-min 1-Hz rTMS, bdnf mRNA expression was significantly higher in stimulated cortex than in contralateral side. The model presented herein will elucidate the molecular mechanisms of rTMS by allowing analysis of the inter-hemispheric difference in its effect.
Introduction
La stimulation magnétique transcrânienne répétitive (SMTr), un outil pour la stimulation cérébrale non invasive et neuromodulation, a été appliqué dans le traitement de diverses conditions telles que la douleur centrale 1,2, la dépression 3, la migraine 4, et même temps 5-7. l'évolution rapide du courant électrique à travers des bobines sur la tête induit un champ électrique sur le cortex cérébral et une activation neuronale résultant. L'excitabilité du cortex cérébral peut être modulée par SMTr, qui peut durer plus de 30 minutes après la stimulation est terminée.
Mécanismes suggérés des rTMS après-effet à long terme comprennent potentialisation / dépression comme l' effet 8, changement transitoire dans l' équilibre ionique 9 et métabolique change 10. En outre, Di Lazzaro et al. suggèrent que la stimulation de salve thêta intermittente affecte les entrées synaptiques excitateurs aux pyramidal neurones des voies, à la fois dans la stimulationet l'hémisphère controlatéral 11.
Des limites importantes, cependant, ont empêché les chercheurs de la conversion des preuves sur banc à des situations cliniques. Tout d' abord, dans des études animales précédentes, rTMS a été utilisée pour la stimulation du cerveau entier 12. La stimulation du cerveau entier est tout à fait différent des protocoles utilisés dans les études humaines 9. L'autre problème est lié à la durée de stimulation. Ceci est au moins en partie attribuable au fait qu'un système de refroidissement efficace est indisponible pour les petites bobines dans le passé.
Au cours des dernières années, des articles séminales ont été publiés en proposant des moyens permettant de surmonter ces difficultés dans l'expérience rTMS sur le petit cerveau de l'animal. Par ces modèles animaux, il a été révélé que le cerveau du rat montre également des modifications de l' excitabilité du cortex semblables chez l'être humain en réponse à la rTMS à basse fréquence 13. Plus important encore, les mécanismes cellulaires et moléculaires de la rTMS sont de plus en plus being étudiée en utilisant des modèles animaux de rTMS. Un exemple en est que un type distinct de interneuron inhibitrice est connu pour être le plus sensible à la stimulation thêta intermittente rafale 14. modèles murins de rTMS, par conséquent, offrent de nouvelles opportunités pour explorer des questions très recherchés sur les bases moléculaires des changements rTMS-induits. Si des petits modèles animaux de rTMS peuvent être utilisés dans plusieurs laboratoires, il peut grandement accélérer et renforcer la recherche dans ce domaine.
Nous décrivons maintenant comment appliquer rTMS à l'hémisphère unilatéral de cerveau de rat, une extension des travaux antérieurs 15. les changements induits par stimulation ont été évalués à l'aide de micro-tomographie par émission de positons (TEP) et les microréseaux d'ARNm pour étudier SMTr induite par des changements dans le cortex cérébral stimulé.
Protocol
Representative Results
Discussion
Le but principal de cette étude était d'introduire un modèle animal de la rTMS unilatérales. Bien que la stimulation unilatérale est l'une des caractéristiques les plus fondamentales de la recherche rTMS humaines, de nombreuses études ont pas adopté dans les petits animaux. Cependant, Rotenberg et al. 15 enregistré MPE controlatéral avec une stimulation de 100% de MT en utilisant une bobine de chiffre 8 d'un diamètre de lobe extérieur de 20 mm, tandis que la stimulation …
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by the Korea Research Foundation Grant funded by the Korean Government (KRF-2008-313-E00458). The authors thank Jin-Joo Lee for the technical assistance.
Materials
| Homeothermic blanket with a rectal probe | Harvard apparatus | 507222F | |
| Isoflurane (Forane sol.) | Choongwae | ||
| Propofol (Provive Inj. 1% 20ml) | Claris Lifesciences | ||
| Repetitive magnetic stimulator (Magstim Rapid2) | Magstim Company Ltd | ||
| 25 mm figure-of-8 coil | Magstim Company Ltd | 1165-00 | |
| PET-CT | GE Healthcare | ||
| QIAzol Lysis Reagent | Qiagen | (US Patent No. 5,346,994) | |
| RNeasy Lipid Tissue Mini Kit | Qiagen | 74804 | |
| RNeasy Mini Spin Columns | Qiagen | (Mat No. 1011708) | |
| Agilent 2100 Bioanalyzer | Agilent Technologies | ||
| Ambion Illumina RNA amplification kit | Ambion | ||
| Nanodrop Spectrophotometer | NanoDrop | ND-1000 | |
| Illumina RatRef-12 Expression BeadChip | Illumina, Inc. | ||
| Amersham fluorolink streptavidin-Cy3 | GE Healthcare Bio-Sciences |
Referenzen
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