설치류에 동시 fMRI를 깊은 뇌 자극

요약

이 프로토콜은 설치류에서 동시에 기능성 자기 공명 영상과 깊은 두뇌 자극을위한 표준 방법을 설명합니다. 이러한 실험 도구를 함께 사용은 거의 모든 뇌 대상에 전기 자극에 대한 응답으로 글로벌 다운 스트림 활동의 탐사 할 수 있습니다.

초록

다양한 대상에 깊은 뇌 자극 (DBS)에 대한 글로벌 및 다운 스트림의 연결 반응을 시각화하기 위해, 우리는 혈액의 산소 수준의 종속 (BOLD) 기능성 자기 공명 영상 (fMRI) 동시 DBS와 이미지 설치류를 사용하기위한 프로토콜을 개발했습니다. DBS의 fMRI 전극 주입 정밀도를 포함하는 다수의 기술적 문제를, 선물, MR을 동시에 동물의 움직임, 그리고 생리 학적 매개 변수의 유지 보수를 제거하면서 모든 신경 세포의 영향을 최소화하기 위해 마취 및 마비의 전극, 선택에 의해 만들어진 유물, 편차가있는 혼동 할 수있는 BOLD 신호. 우리의 실험실이 가능한 대부분의 문제를 극복 할 수있는 일련의 절차를 개발했습니다. 전기 자극의 경우, 집에서 만든 텅스텐 바이폴라 미세 전극은 마취 제목에 자극이 사이트에서 정위 삽입, 사용됩니다. 영상을 준비, 설치류는 플라스틱 투구에 고정되어마그넷 보어로 전송. 스캔하는 동안 진정 작용과 마비를 들어, dexmedetomidine과 pancuronium의 칵테일은 지속적으로 이소 플루 란 최소한의 복용량과 함께 주입되고,이 혼합물은 휘발성 마취제의 BOLD 천장 효과를 최소화 할 수 있습니다. 이 예제 실험에서 시상 하부 핵 (STN)의 자극은 운동 피질을 중심으로, 동측 대뇌 피질의 지역에서 주로 관찰된다 BOLD 반응을 생산하고 있습니다. 동시 DBS와 fMRI를 자극 위치와 자극의 매개 변수에 대한 신경 회로의 명확한 변조 따라 허용하고, 지역 편견의 연결 변조의 관찰을 허용합니다. 이 기술은 실험과 임상 모두 DBS에 대한 의미와 함께, 거의 모든 뇌 영역에서 신경 회로를 변조의 하류 효과를 탐구하는 데 사용할 수 있습니다.

서론

신경 회로의 활동의 글로벌 다운 스트림 효과를 결정하는 시스템 신경 과학의 여러 분야에 대한 주요 도전과 목표를 나타냅니다. 전통의 소수는이 요구를 충족 현재 사용할 수 있으며, 따라서 적절한 실험 셋업이 쉽게 사용이 요구되고있다. 신경 회로 활성화의 글로벌 결과를 평가하기위한 하나의 방법은 뇌 심부 전기 자극 (DBS)과 기능적 MRI (fMRI를)의 동시 응용 프로그램에 의존합니다. DBS-의 fMRI는 큰 공간적 스케일 회로 활성화에 하류 반응의 검출을 허용하고, 실질적으로 어떤 자극 타겟에 적용될 수있다. 이 도구 세트는 치료 고주파 자극에 대한 반응의 특성을 포함하여 번역 전임상 연구에 매우 적합하다.

적합한 MRI 스캐너에 접근 이외에, 성공적인 DBS-의 fMRI 실험 variabl의 수의 고려가 필요전극 형, 진정 방법 및 생체 변수의 유지 보수 등 에스. 예를 들어, 전극의 선택은 자극 효과 (예. 리드 크기 및 컨덕턴스, 모노 - 대 바이폴라)뿐만 아니라 MR 호환성 이슈 및 전극 크기와 관련된 요인에 근거한다. 전극 아티팩트는 전극 재료와 크기뿐만 아니라, 사용 된 스캔 순서에 의해서, 철저한 사전 실험 테스트는 각 연구에 적합한 전극 유형을 결정하기 위해 사용되어야한다. 일반적으로, 텅스텐 마이크로 와....

프로토콜

윤리 성명 :이 절차는 동물 연구 (실험 동물의 관리 및 사용을위한 설명서)를위한 건강 지침의 국립 연구소에 따라와 노스 캐롤라이나 기관 동물 관리 및 사용위원회의 대학에 의해 승인됩니다.

1. 전극 이식

첫 번째 단계는 전극의 주입이다. 이 단계에서, 전극은 일방적으로 시상 하부 핵 (STN), 다음 방법을 사용하여 파킨슨 병 치료를위한 병진 유의성 작은 ​​핵으로 주입된다 :

1. .이 단기적인 생존 수술입니다, 따라서 무균 기술이 필수적이다 : 고압 증기 멸균이 주 (전극 불임에 대한 예) 할 수없는 오토 클레이브, 또는 소독액을 사용하여 모든 수술 장비를 소독. 수술 후, 동물은 짧은 회복 기간 (48 시간) 후 또는 몇 주까지 영상화 할 수 있습니다 나중에.
2. 기관 내 삽관 및 작은 동물 인공 호흡기를 통해 관리 2.5 % 이소 플루 란 (isoflurane)을 사용하여 쥐 (성인 흰쥐 2백50-4백g)를 마취. 정위 수술 프레임에 쥐를 수정하고 무균 기술을 사용하여 수술 부위를 준비합니다.
3. 준비하고 전극은 멸균 있는지 확인합니다. 많은 MRI 호환 전극 유형은 작동하지만 집에서 만든 ....

결과

주제 기능적 데이터는 우측의 시상 하부 핵 이식 자극 전극과 하나의 쥐에서 상기 프로토콜에 따라 취득 하였다. DBS의 fMRI 영상 획득을위한 필수 설정의 그림은 그림 1에 제공된다. 자극은 0.3 mA, 130 Hz에서 0.09 밀리의 펄스 폭의 주파수의 진폭과, 상기 프로토콜과 일치 도포 하였다. 동측 운동 피질의 강력한 활성화를 지속적으로 자극을 대상으로 시상 하부 핵으로이 프로토콜을 사용하여 시각되었습니다. 구형파 자극 패턴, BOLD 신호는 자극 기간에 상관 타임 코스와 기준선 (노 자극 조건)에 대해 변조 될 것으로 예상된다. 여기에 긍정적 인 BOLD 응답은 계정에 복용, 예상되는 뇌 영역 (그림 2)와 자극의 패러다임에 잘 상관 관계를 ON / OFF 패턴이 관찰된다 간단한 혈역학 지연 (그림 3). 지도 (그림 2)에서, 오버레이 신경 해부학 아틀라스 ^{1 개별}.......

토론

동시 DBS와의 fMRI는 생체 내에서 신경 회로의 자극에 글로벌 다운 스트림 응답의 식별 및 특성화를위한 유망한 실험 키트를 나타냅니다. 이러한 전기 생리학 녹음 등 다른 사용 가능한 도구를 통해이 기술의 가장 큰 장점은 뇌 조직의 크고 다양한 지역은 대상에서 DBS에 대한 응답을 검사 할 수있다 fMRI를, 상대적으로 공정한 성격에있다. 설명 프로토콜이 쥐에서 DBS-fMRI를 위해 특정이지만, DBS 응답의 뇌 영상은 성공적으로 돼지 ⁶ 등 다른 모델 생물, 실시하고있다.

아마도이 기술의 가장 명백한 응용 프로그램이 특정 신경 및 정신 장애, 즉 치료에 적용되는 DBS의 모델링입니다. 파킨슨 병 ^7-9. 파킨슨 병 환자에서 고주파 자극 subth 하나의보기alamic 핵 (STN) 또는 내부 글로 버스 창백 (GPI)는 많은 운동 증상 ^(10)의 완화에 효과적입니다. 모두 표준 모.......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
이소플루란(포레인)	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 동물 인공 호흡기	CWE, Inc.	12-02100	모델 SAR-830
치과 시멘트	AM 시스템	525000	Teets 냉간 경화
MouseOx Plus 시스템	STARR Life Science Corp.
Capnometer	Surgivet, Smith Medical		V9004 시리즈
자극 절연체	세계 정밀 기기		모델 A365
MR 호환 황동 나사	McMaster Carr	94070A031	0-80 스레드 크기, 1/4 인치. 원하는 길이로 절단할 수 있습니다.
텅스텐 와이어	California Fine Wire Company	100211	MR 호환 자극 미세 전극
주사기 펌프	Harvard Appartus		모델 PHD 2000 (MRI 호환 불가)

를 구성하는 데 사용됩니다