Estimulação Cerebral Profunda com fMRI simultâneo em Roedores
Summary
Este protocolo descreve um método padrão para simultânea ressonância magnética funcional e estimulação cerebral profunda no roedor. O uso combinado dessas ferramentas experimentais permite a exploração de actividade a jusante global em resposta à estimulação elétrica em praticamente qualquer alvo cérebro.
Abstract
Para visualizar as respostas neuronais globais ea jusante a estimulação profunda do cérebro (DBS) em vários alvos, desenvolvemos um protocolo para a utilização de nível de oxigênio no sangue dependente (BOLD) a ressonância magnética funcional (fMRI) para roedores de imagem com simultânea DBS. DBS fMRI apresenta uma série de desafios técnicos, incluindo a precisão de implante de eletrodos, artefatos MR criados pelo eletrodo, a escolha de anestesia e paralítico para minimizar os efeitos neuronais, eliminando simultaneamente o movimento animal, ea manutenção de parâmetros fisiológicos, desvio que pode confundir o sinal BOLD. Nosso laboratório tem desenvolvido um conjunto de procedimentos que são capazes de superar a maioria destes possíveis problemas. Para a estimulação elétrica, um caseiro de microeletrodos bipolar tungstênio é usado, inserido estereotaxicamente no local estimulação no assunto anestesiado. Em preparação para a imagiologia, os roedores são fixados num capacete e plásticotransferido para o magneto. Para sedação e paralisia durante a digitalização, um coquetel de dexmedetomidina e pancurônio é continuamente infundido, juntamente com uma dose mínima de isoflurano; esta preparação minimiza o efeito BOLD teto de anestésicos voláteis. Neste exemplo experimento, a estimulação do núcleo subtalâmico (STN) produz respostas BOLD que são observadas principalmente em regiões corticais ipsilaterais, centrado no córtex motor. DBS simultânea e fMRI permite a modulação inequívoca dos circuitos neurais dependentes da localização estímulo e parâmetros de estimulação, e permite a observação de modulações neuronais livres de viés regional. Esta técnica pode ser usada para explorar os efeitos a jusante da modulação circuitos neurais em praticamente qualquer região do cérebro, com implicações tanto experimental e clínica DBS.
Introduction
Determinar os efeitos a jusante globais de atividade circuito neural representa um grande desafio e meta para muitas áreas da neurociência de sistemas. A escassez de ferramentas estão disponíveis no momento que atender a essa necessidade, e, assim, há uma demanda para o aumento da acessibilidade das montagens experimentais apropriados. Um tal método para avaliar a conseqüência global de ativação do circuito neural depende da aplicação simultânea de Estimulação Cerebral Profunda elétrica (DBS) e ressonância magnética funcional (fMRI). DBS-RMf permite a detecção de respostas a jusante para a activação do circuito de uma forma extensiva, e pode ser aplicada em praticamente qualquer alvo estimulação. Este conjunto de ferramentas é altamente adequado para estudos pré-clínicos translacionais, incluindo a caracterização das respostas à estimulação terapêutica de alta frequência.
Além do acesso a um scanner de ressonância magnética adequado, as experiências bem-sucedidas DBS-fMRI exigem a consideração de uma série de variables, incluindo tipo de eletrodo, o método de sedação e manutenção de parâmetros fisiológicos. Por exemplo, a escolha do eléctrodo deve ser com base em factores relacionados com a eficácia da estimulação (por exemplo, tamanho. Chumbo e condutância, mono-vs bipolar), bem como a compatibilidade MR e eléctrodo tamanho artefato. Artefactos de eléctrodos variar de acordo com o material de eléctrodo e tamanho, bem como a sequência de verificação utilizado; testes pré-experimental completo deve ser empregue para determinar o tipo de eléctrodo apropriada para cada estudo. Em geral, os eletrodos de tungstênio microfios são recomendados para esse protocolo. Escolha do paralítico e sedativo deve ser feita de forma eficaz para imobilizar o animal e reduzir os efeitos supressivos de certos sedativos em sinal de nível de oxigênio no sangue-dependente (BOLD). Por último, é fundamental para manter o animal em parâmetros fisiológicos ideais, incluindo a temperatura do corpo e saturação de oxigênio.
O protocolo que se desenvolveram para DBS-FMRI supera muitos desses obstáculos potenciais, e em nossas mãos, fornece resultados robustos e consistentes. Além disso, esses procedimentos experimentais podem ser facilmente adoptado para a combinação de métodos de estimulação com RMf alternativos, incluindo a estimulação optogenetic.
Protocol
Representative Results
Discussion
DBS simultânea e fMRI representa uma ferramenta experimental promissor para a identificação e caracterização de respostas globais a jusante à estimulação circuito neural, in vivo. A principal vantagem desta técnica em relação a outras ferramentas disponíveis, tais como registos electrofisiolicos, reside na natureza relativamente imparcial de RMf, em que um grande e diverso área de tecido cerebral pode ser examinado para a capacidade de resposta de DBS em qualquer alvo. Embora o protocolo descrito ?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Agradecemos Shaili Jha e Heather Decot para a assistência com as filmagens.
Materials
| Isoflurane (Forane) | Baxter | 1001936060 | |
| Dexmedetomidine (Dexdomitor) | Pfizer | 145108-58-3 | |
| Pancuronium Bromide | Selleckchem | S2497 | |
| 9.4T 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 inch. 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) |
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