Repetitive transkranielle Magnetstimulation auf die Einseitige Hemisphäre von Rattenhirn
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
Repetitive transkranielle Magnetstimulation (rTMS), ein Werkzeug für die nicht-invasive Hirnstimulation und Neuromodulation, wurde bei der Behandlung von verschiedenen Bedingungen, wie die zentrale Schmerz 1,2, Depression 3, Migräne 4 und sogar Schlaganfall 5-7 angewendet. Schnell ändernden elektrischen Stroms durch die Spulen auf dem Kopf eines elektrischen Feldes auf der Hirnrinde und einer resultierenden neuronale Aktivierung induziert. Die Erregbarkeit der Großhirnrinde durch rTMS moduliert werden, die für mehr als 30 min dauern kann nach der Stimulation beendet.
Vorgeschlagene Mechanismen der rTMS Nachwirkung sind Langzeit – Potenzierung / depressionsähnlichen Effekt 8, vorübergehende Verschiebung der Ionenbilanz 9 und metabolischen Veränderungen 10. Darüber hinaus al Di Lazzaro et. legen nahe, dass eine intermittierende Theta-Burst-Stimulation der exzitatorischen synaptischen Eingaben beeinflußt Neuronen Trakt pyramidal, sowohl in der stimuliertenund der kontralateralen Hemisphäre 11.
Wesentliche Einschränkungen haben jedoch behindert Forscher aus der Umrechnung auf Bank Beweise zu klinischen Situationen. Zuerst in früheren Tierstudien wurde rTMS für Whole-Brain – Stimulation 12 verwendet. Whole-Hirnstimulation ist ziemlich verschieden von den Protokollen in Humanstudien verwendeten 9. Das andere Problem ist mit der Stimulationsdauer zusammen. Dies ist zumindest teilweise der Tatsache zuzuschreiben, dass ein wirksames Kühlsystem für kleine Spulen in der Vergangenheit nicht verfügbar war.
In den letzten Jahren haben Samen Artikel veröffentlicht worden Möglichkeiten zur Überwindung dieser Schwierigkeiten in der rTMS Experiment auf der Kleintierhirn hindeutet. Durch diesen Tiermodellen wurde gezeigt , dass die Rattenhirn auch ähnlich kortikalen Erregbarkeit Veränderungen wie in humanen in Reaktion auf niederfrequente rTMS 13 zeigt. Noch wichtiger ist, sind zellulären und molekularen Mechanismen der rTMS bei zunehmendng untersuchten Tiermodellen von rTMS verwenden. Ein Beispiel dafür ist , dass eine unterschiedliche Art von hemmenden Interneuron ist bekannt , am empfindlichsten auf intermittierenden Theta – Burst Stimulation 14 zu sein. Nagetier-Modelle von rTMS somit bieten neue Möglichkeiten für die Erkundung vielgesuchte Fragen über die molekularen Grundlagen der rTMS-induzierte Veränderungen. Wenn kleine Tiermodelle von rTMS können in mehr Laboratorien verwendet werden, kann es erheblich beschleunigen und die Forschung in diesem Bereich zu stärken.
Wir beschreiben nun , wie rTMS zur einseitigen Hemisphäre Rattenhirns anzuwenden, eine Erweiterung der früheren Arbeit 15. Stimulation induzierten Änderungen wurden ausgewertet durch Mikro Positronen-Emissions-Tomographie (PET) und mRNA unter Verwendung von Mikroarrays rTMS-induzierte Veränderungen in der stimulierten Großhirnrinde zu studieren.
Protocol
Representative Results
Discussion
Das primäre Ziel dieser Studie war es, ein Tiermodell der einseitigen rTMS einzuführen. Obwohl einseitige Stimulation eines der grundlegenden Merkmale des menschlichen rTMS Forschung ist, haben viele Studien nicht in kleinen Tieren angenommen. Jedoch Rotenberg et al. 15 aufgezeichnet kontralateralen MEPs mit Stimulation von 100% MT eine Figur-8 – Spule mit einem Außenlappens Durchmesser von 20 mm, während die Stimulation mit 112,5% und 133,3% MT erzeugt ipsilateral sowie kontralateralen MEP…
Divulgazioni
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 |
Riferimenti
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