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.
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.
Gjentatte transcranial magnetisk stimulering (rTMS), et verktøy for ikke-invasiv hjernestimulering og neuromodulation, er blitt anvendt i behandling av forskjellige tilstander, slik som sentral smerte 1,2, depresjon 3, migrene 4, og til og med slag 5-7. Raskt skiftende elektrisk strøm gjennom spolene på hodet induserer et elektrisk felt på den cerebrale cortex og en resulterende neuronal aktivering. Excitability av hjernebarken kan moduleres av rTMS, som kan vare i mer enn 30 minutter etter stimulering er avsluttet.
Foreslåtte mekanismer av rTMS etter-effekt omfatter langsiktig potense / depresjon-lignende effekt 8, forbigående endring i ionisk balanse 9, og metabolske endringer 10. I tillegg Di Lazzaro et al. antyder at intermitterende theta-burst stimulering påvirker de eksitatoriske synaptiske inngangene til pyramidale veis neuroner, både i den stimulerteog kontralaterale halvkule 11.
Betydelige begrensninger, har imidlertid hindret forskere fra å oversette on-benk bevis for kliniske situasjoner. Først i forrige dyrestudier, ble rTMS brukt for hel-hjerne stimulering 12. Hel-hjernestimulering er ganske forskjellig fra protokollene som brukes i humanstudier 9. Det andre problemet er relatert med stimulering varighet. Dette er i det minste delvis tilskrives det faktum at en effektiv kjølesystemet var utilgjengelig for små spoler i fortiden.
I de senere år har seminale artikler er publisert foreslå måter for å overvinne disse vanskeligheter i rTMS forsøket på små dyr hjernen. Av disse dyremodeller, ble det avslørt at rottehjernen viser også lignende cortical oppstemthet endringer som i menneskelig reaksjon på lavfrekvente rTMS 13. Enda viktigere, cellulære og molekylære mekanismer for rTMS er stadig being undersøkt ved hjelp av dyremodeller av rTMS. Et eksempel på dette er at en distinkt type hemmende interneuron er kjent for å være mest følsomme for periodisk theta burst stimulering 14. Gnager modeller av rTMS, og dermed gi nye muligheter for å utforske mye etterspurte spørsmål om de molekylære grunnlaget for rTMS-induserte endringer. Hvis små dyremodeller av rTMS kan brukes i flere laboratorier, kan det i stor grad akselerere og styrke forskning på dette området.
Vi beskriver nå hvordan du søker rTMS til ensidig halvkule av rottehjerne, en forlengelse av tidligere arbeid 15. Stimulering skapte endringer ble evaluert ved hjelp av mikro-positronemisjonstomografi (PET) og mRNA-mikromatriser å studere rTMS-induserte endringer i stimulert hjernebarken.
Hovedformålet med denne studien var å innføre en dyremodell for ensidige rTMS. Selv om ensidig stimulering er en av de mest grunnleggende egenskapene til menneske rTMS forskning, har mange studier ikke vedtatt det i små dyr. Imidlertid Rotenberg et al., 15 registreres kontralaterale MEPs med stimuleringen av 100% MT ved hjelp av et tall-8 spole med en utvendig lobe diameter på 20 mm, mens stimulering med 112,5% og 133,3% MT produsert ipsilaterale og kontralaterale MEPs. Dette kan være for…
The authors have nothing to disclose.
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.
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 |