Die Autoren bedanken sich bei Pedro A. Valdes Hernandez, Francois Tadel, und Lloyd Smith für ihre wertvollen Ratschläge und fruchtbare Diskussion danken. Wir danken auch Rafael Torres für das Korrekturlesen.

Ethics Statement: Alle Versuche werden nach den Richtlinien von der Institutional Animal Care und Verwenden Committee (IACUC) an der Florida International University (IACUC 13-004) gegründet geführt. 1. EEG-Aufnahmen <ol><li> Vorbereitung des EEG Mini-Kappe <ol><li> Tauchen Sie die Elektrodenspitzen der EEG-Minikappe mindestens 12 Stunden in destilliertem Wasser mit 0,2% Chlorid. Spülen Sie die EEG-Mini-Kappe vorsichtig in destilliertem Wasser. Trocknen Sie die Schutzkappe und die Elektroden in der Luft. </li><li> Mix EEG Elektrodenpaste mit 0,9% NaCl-Lösung im Volumenverhältnis von 2: 1. Fügen Sie einen Tropfen Methylenblau, die dazu beitragen, die Elektrodenpaste in den Elektroden und auf der Haut sichtbar zu werden. Nehmen Sie die gemischte Paste in einer Spritze. Stellen Sie sicher, dass sich keine Luftblasen in der Spritze. Spritzen Sie das Gel in jeder der 32 Elektroden, ohne dabei Luftblasen füllten sie. Es wird empfohlen, von der Unterseite anstelle der Oberseite einspritzen. Dies ermöglicht eine bessere access zu jeder Elektrode und verringert die Möglichkeit des Gels übergreifen. </li><li> Schalten Sie EEG und physiologischen Aufzeichnungssystem, und öffnen Sie den entsprechenden Aufnahmesoftware auf dem Computer verwendet wird. </li></ol></li><li> Tier Vorbereitung und Anästhesie HINWEIS: Die chronische Epilepsie wurde mit einem Protokoll für FCD 8 in Wistar-Ratten erstellt. (- 400 g 8 Wochen alt, 300) Die EEG-Aufzeichnung wurden bei erwachsenen Wistar-Ratten durchgeführt. <ol><li> Nehmen Gewicht der Ratte in einem Experiment Blatt. Verwenden Sie diese Informationen, um Beruhigungsmittel-Dosis (DEXDOMITOR 0,25 mg / kg) zu berechnen. Anästhesie induziert an der Ratte mit 5% Isofluran und Sauerstoff 100% (1 l / min bei 14,7 psi). </li><li> Nach trimmen Kopf der Ratte, Isofluran zu reduzieren, um 2% und während der gesamten Einstellung des EEG Mini-cap warten. Überprüfen Ratte Reflexe fehlen (toe-Pinch). Legen Sie die Ratte auf einem Heizkissen in der stereotaktischen Apparat durch Festsetzung der Gehörgänge mit Ohr-Bars. Stellen Sie sicher, Anästhesie Bugnase sicher ist. </li><li> Aplagig Schmiermittel Augensalbe für jedes Auge. </li><li> Rasieren Sie die zusätzliche Haare auf dem Kopf und die Ohren Ratte mit einer Rasierklinge. Vermeiden Sie jede Blutung während der Rasur. HINWEIS: Alle Haare auf der Haut wird Rauschen in den EEG-Aufzeichnungen zu produzieren. Reiben Sie die Haut der Ratte mit 90% Isopropylalkohol, um die Blutgefäße zu stimulieren und entfetten die Haut. </li><li> Legen Sie eine Kochsalzlösung Tupfer auf der Kopfhaut und decken Sie es vollständig, um eine gute Leitfähigkeit der Haut zu halten, bis die EEG Mini-Kappe ist bereit, platziert werden. </li><li> Verbinden Temperatur, Atmung und drei Leitungs Elektrokardiogramm Sonden. Man beachte, daß die Temperatur durch eine rektale Sonde. Die Physiologie der Ratte während der Aufnahmeverfahren kontinuierlich zu überwachen. Stellen Sie sicher, dass die normale Temperatur ist 37 ° C, ist die Atmung Bereich von 30 bis 60 Atemzüge pro Minute, und die Herzfrequenz ist etwa 350 bis 450 Schlägen pro Minute. </li></ol></li><li> Aufnahmeverfahren <ol><li> Entfernen Sie die Salz Tupfer auf der Kopfhaut der Ratte und legen Sie die vorbereiteten EEG mini-cap auf seiner Haut. Befestigen Sie den Mini-Kappe mit Gummibändern. Platzieren eines Gummibandes auf der Vorderseite der Kopfhaut, in der Regel vor den Augen und andere Band an der Rückseite der Kopfhaut zwischen den Ohren und am Hals. Verwenden Sie einen Plastikschutz unter dem Hals, um die normale Atmung zu erleichtern. </li><li> Put eine Schicht von hoher Leitfähigkeit Elektrodenpaste auf beiden Boden und Referenzelektroden. Legen Sie sie auf die jeweilige Ohr. HINWEIS: Die Bezugselektrode kann möglicherweise an anderen Orten platziert werden. </li><li> Verbinden Sie den Mini-EEG Kappe an die Verstärker und eine Vorschau auf die Werkbank für Elektrodenimpedanz zu beobachten. Überprüfen Sie die Leistung aller Elektroden. Für eine qualitativ hochwertige Aufnahme, sicherzustellen, dass der Widerstandswert im Bereich von 5 - 30 kOhm. Wenn es irgendwelche lauten Elektroden liefern einen besseren Kontakt mit der Kopfhaut entweder durch Verschieben im Inneren des Gerüstes in Richtung auf die Kopfhaut oder sanft Injizieren mehr Gel von der Spitze der Elektrode. </li><li> Verwalten DEXDOMITOR (0,25 mg / kg) intraperitoneally und sofort zu reduzieren Isofluran Rate auf 0%. Wenn die Atemfrequenz nicht innerhalb von 30 bis 60 Atemzüge pro Minute Bereich, beginnen die Erhöhung der Isofluran Rate sanft. Den Wert von 1% Isofluran nicht überschreiten. Überwachen Sie diesen Schritt sorgfältig durch, denn die Mischung aus Isofluran und DEXDOMITOR konnten die Tiere zu einem kritischen Zustand aufgefordert. HINWEIS: Auf der präklinischen Modell der fokalen Epilepsie wirkt sich Isofluran IEDs, während DEXDOMITOR nicht. Themen unter Isofluran haben schwächere epileptogenen Eigentum, dh relativ weniger IEDs im Vergleich zu anderen Bedingungen 7,14 festgestellt werden. Die DEXDOMITOR Dosis ist für ca. 2 Stunden. Um somit die Zeit für die Wirkung zu speichern, die Herstellung erfolgte unter Isofluran geführt. </li><li> EEG-Aufzeichnungen zu führen. Nach der Aufzeichnung markieren die Positionen der drei vorspringenden Kreisen der EEG Mini-Kappe auf der Oberseite der Haut, indem Sie einen Farbstift in ihnen vor dem EEG Miniabdeckung entfernt ist. Verwenden Sie sie als Wahrzeichen für MRI Co-Anmeldung. Nehmen Sie ein Bild von der Ratte Kopf mit den Sehenswürdigkeiten. Legen Sie die Ratte zurück in den Käfig und überwachen sie bis zur vollständigen Erholung von DEXDOMITOR die Wirkung. HINWEIS: In diesem Experiment wurde eine rote Farbe (Gegenfarb nach grün) verwendet, um von den Elektrodenpositionen (grün) zu unterscheiden. Es wird jedoch empfohlen, die anderen Farben (lila / grün), wenn kleine Blutungen Flecken in der Haut beobachtet verwenden. </li></ol></li></ol><img alt="Abbildung 1" src="/files/ftp_upload/52700/52700fig1.jpg" /> Abbildung 1. Ein Bild von der EEG Mini-Mütze auf einem bestimmten Ratte platziert. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52700/52700fig1highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> 2. Gehirn Quelle Imaging <ol><li> IED Klassifizierung HINWEIS: Die IED Detektion und Klassifikation wird mit selbst entwickelten Codes in MATLAB auf der Grundlage der durchgeführtfrüheren Studie 15. Diese Software ist auf Anfrage erhältlich. <ol><li> Entsorgen Sie verrauschte Kanäle durch visuelle Inspektion der EEG-Tracer. EKG-Artefakte zu entfernen unter Verwendung eines automatischen Verfahrens zum periodischen Wellenform Subtraktion, die auf einer Matrize und einer Korrelationsanalyse basiert. HINWEIS: In der Regel, der Versuchsleiter, der das EEG aufgezeichnet teilt die schriftliche Versuchsblech für die beobachtete schlechte Kanalinformationen auf der Basis der Impedanzwerte. Software zur EKG-Artefakte zu entfernen wird auch auf Anfrage zur Verfügung stehen. <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/52700/52700fig2.jpg" /> Abbildung 2. Ein Beispiel für die EEG-Trace zeigt verschiedene Arten von IEDs. Der rote Kasten zeigt einen Typ von IEDs. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52700/52700fig2highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> </li><li> Anwenden einer Bandpass-Filter mit Grenzfrequenzen von 3 bis 150 Hz und einer Kerbefiltern, um die Netzfrequenz (60 Hz im Allgemeinen und 50 Hz in manchen Ländern) Komponente offline zu entfernen. </li><li> Erkennen zwei Arten von IEDs (Spikes und scharfe-Wellen). Spikes und scharf Wellen bilden große elektrische Ereignisse des 20 bis 70 ms und 70 bis 200 ms Dauer auf. Deshalb wird nach Anwenden einer jeweiligen Bandpassfilter (Grenzfrequenzen von 15 bis 50 Hz für Spitzen und 5-15 Hz für scharf Wellen), die IEDs werden basierend auf Amplitudenschwellen 15 erfasst. HINWEIS: Die Schwellen werden automatisch eingestellt, um 4σ wie in der vorherigen Studie für Mehrfach-Aktivität 15 vorgeschlagen. Hierbei ist σ ein Schätzwert der Standardabweichung des bandpassgefilterten Signals, σ = Median {| gefilterte Signal | / 0.6745}. </li><li> Unter klassifizieren Spikes und scharfWellen in verschiedenen Clustern. Die Besonderheiten der verschiedenen Spitzen und scharfe Wellen werden mit extrahiert Wavelet-Transformation 15. Sie sind untergliedert in mehrere Cluster mit k-means,und die optimale Clusterzahl k wird unter Verwendung silhouette bestimmt. </li><li> Der Mittelwert der Unter klassifizierte Signale innerhalb desselben Clusters. Die durchschnittlichen EEG-Signale für jedes IED Subtyp für Gehirn Quellenanalyse verwendet werden. </li></ol></li><li> Volumenleitermodell HINWEIS: Bei den folgenden Abschnitten wird die Open-Source-Software, Brainstorm 12, mit den MRT-Atlas für Wistar-Ratten 9 verwendet werden. Allerdings kann MRI einzelnen Ratte auch verwendet, um die Lautstärke Leitermodell falls vorhanden zu erzeugen. Die MRT-Atlas 9 kann heruntergeladen werden <a href="http://www.idac.tohoku.ac.jp/bir/en/db/rb/101028.html">http://www.idac.tohoku.ac.jp/bir/en/</a> . Diese Website bietet den Atlas als NIfTI Format &quot;Wistar-Ratte MRI Atlas&quot; unter, und es kann nach der Anmeldung zugänglich. Die zur Vorverarbeitung benötigte Software kann auch in dieser Website. <ol><li> Eingangs MRI und Gehirnoberfläche an der Software 12. <img alt="Visuelle 1" src = &quot;/ files / ftp_upload / 52700 / 52700vis1.jpg&quot; /&gt; <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52700/52700vis1highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> </li><li> Generieren Kopfoberfläche mit Voreinstellung. <img alt="Visuelle 2" src="/files/ftp_upload/52700/52700vis2.jpg" /> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52700/52700vis2highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> </li><li> Generieren Kopfhaut und inneren / äußeren Schädelflächen basierend auf MRI für Blei 12 Feldberechnung. HINWEIS: Die Auflösung der Ecken beeinflusst die Genauigkeit des geschätzten Quelle, aber große Anzahl von Scheitelpunkten zu hohen Rechenaufwand. Empfohlen Anzahl der Ecken jeder Schicht 642 für akzeptable Genauigkeit mit fairen Rechenkomplexität. Die Dicke des Schädels kann von der MRI überprüft werden und im Falle der MRI Atlas liegt es bei etwa 1 mMeter Nach dem Einlegen obigen Werte in der Software, entsprechende Dreieck face-Scheitelpunkt Maschen für jede Fläche wird erstellt. <img alt="Visuelle 3" src="/files/ftp_upload/52700/52700vis3.jpg" /> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52700/52700vis3highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> </li><li> Überprüfen Sie die Ausrichtung und Position jeder Fläche in Bezug auf die MRI mit der Option Visualisierung. Entsprechend zu ändern, wenn alle Flächen nicht co-registriert 12. <img alt="Visuelle 4" height="351" src="/files/ftp_upload/52700/52700vis4.jpg" width="321" /> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52700/52700vis4highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> </li><li> Unter Verwendung des Rattenkopf in Bild 1.3.5 erworben. co-Register die Positionen der 3 Marken (R1, R2 und R3) in der MRT. Verwenden Sie die Gitterpunkte der Wahrzeichen als Bezugnahmen auf die generate die Elektrodenpositionen, wenn die Elektroden auf dem Gerüst (3B) befestigt ist. <img alt="Figur 3" src="/files/ftp_upload/52700/52700fig3.jpg" /> Abbildung 3. (A) Rat Kopfes Bild verwendet werden, um Elektrodenpositionen und (b) die EEG Mini-cap-Diagramm mit dem Koordinatensystem zu erhalten. Rote Punkte in (A) zeigen die in 1.3.5 genannten Sehenswürdigkeiten. die an die roten Zahlen in (B) entsprechen. Auch die grünen Markierungen in (A) zeigen die 32 Elektrodenpositionen, und sie auf die blauen Zahlen entsprechen in (B). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52700/52700fig3highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> </li><li> Generieren N × 3 Elektrodenpositionsmatrix auf Basis der 3 Sehenswürdigkeiten. Hierbei ist N die Anzahl der Kanäle (N = 32) und der Spalte den entsprechenden x-, y- und z-Koordinatenwerte. HINWEIS: Das EEG Mini-Kappe ist ein starres Gerüst. Daher wird, sobald die 3 Bezug Gittern (R1, R2 und R3) erhalten werden, die Position der Elektroden werden automatisch eingestellt. Der Benutzer muss lediglich die, die Z-Werte in einer Weise, dass die Mini-Kappe entsprechend auf der Kopfhaut projiziert neu definieren. Die N Punktraster kann nummerieren, wie in 3B blauen Zahlen dargestellt. Die Standard-Gerüst für die EEG-Mini-Kappe ist im Handel erhältlich (Table of Materials). Die Software für die Co-Registrierung gibt es auch für die Gemeinschaft. </li><li> Geben Sie den erzeugten Kanal-Datei. <img alt="Visuelle 5" src="/files/ftp_upload/52700/52700vis5.jpg" /> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52700/52700vis5highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> </li><li> Anzuzeigen, und bestätigen Sie die Lage aller Elektroden. Ändern Sie alle fehl Elektroden 12. Die endgültige Koordinatensystem für die elektrode Positionen sollten mit den für die oben erwähnten Oberflächen-Koordinatensystems zusammenfällt. HINWEIS: Die erzeugten Oberflächen visuell auf einer MRI mit der Option Visualisierung, inspiziert und dann wird eine ausgewählte Oberfläche als gelbe Linie auf dem MRI angezeigt werden &quot;MRI-Registrierung Preis MRI / Oberflächen Registrierung.&quot;. Darüber hinaus kann die 3-Sehenswürdigkeiten und die 32 Elektrodenpositionen auf der MRI indem Sie die Option Toolbox, angezeigt &quot;Display Sensoren MRI-Viewer.&quot; Die Orte visuell durch Vergleich der Ausschüttungen basierend auf Auge und Ohr Standorten der Ratte (überprüft werden Abbildung 4). <img alt="Figur 4" src="/files/ftp_upload/52700/52700fig4.jpg" /> Abbildung 4 (A) MRI Atlas mit co-registriert Hirnoberfläche (gelbe Linie), (B) der erstellten Volumenleitermodell mit den ausgerichteten 32 Elektroden und 3 Sehenswürdigkeiten (rote Punkte) und (C) MRI Atlas mit co-registriert ref<html> renz Gitter R1. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52700/52700fig4highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> </li></ol></li><li> Gehirn Quelle Imaging <ol><li> Berechne Blei Felder-Matrix 13. Geben Sie die Leitfähigkeitswerte, die das Verhältnis von Haut, Schädel und Gehirn zu befriedigen als 1: 1/80: 1. Besorgen Sie sich die Führung Felder-Matrix bezogen auf das Volumen Leitermodell und den Elektrodenpositionen in 2.2 erstellt. HINWEIS: Die Toolbox 12 bietet die Schnittstelle mit der anderen Software BEM 10 zu berechnen. Daher werden nur die Leitfähigkeitswerte als Eingabe benötigt. <img alt="Visuelle 6" src="/files/ftp_upload/52700/52700vis6.jpg" /> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52700/52700vis6highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> </li><li> Geben Sie die durchschnittliche EEG-Signale für jedes IED Subtyp in 2.1.4 gespeichert. &quot;Src =&quot; / files / ftp_upload / 52700 / 52700vis7.jpg &quot;/&gt; <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52700/52700vis7highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> </li><li> Erhalten sLORETA Lösung 13 auf Basis der berechneten Leitungsfeldmatrix und der Eingangs EEG-Signale. Durch Wahl der Option Quelle Schätzverfahren kann die inverse Lösung erhalten werden kann 12. <img alt="Visuelle 8" src="/files/ftp_upload/52700/52700vis8.jpg" /> <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52700/52700vis8highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> </li><li> Zeichnen Sie die geschätzten Quellen. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Furman, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Seizure+Initiation+and+Propagation+in+the+Pilocarpine+Rat+Model+of+Temporal+Lobe+Epilepsy.">Seizure Initiation and Propagation in the Pilocarpine Rat Model of Temporal Lobe Epilepsy.</a> Journal of Neuroscience. 33 (42), 16409-16411 (2013).</li><li>Sumiyoshi, A., Riera, J. J., Ogawa, T., Kawashima, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Mini-Cap+for+simultaneous+EEG+and+fMRI+recording+in+rodents.">A Mini-Cap for simultaneous EEG and fMRI recording in rodents.</a> NeuroImage. 54 (3), 1951-1965 (2011).</li><li>Engel, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epilepsy+biomarkers.">Epilepsy biomarkers.</a> Epilepsia. 54 (4), 61-69 (2013).</li><li>Baillet, S., Mosher, J. C., Leahy, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electromagnetic+Brain+Mapping.">Electromagnetic Brain Mapping.</a> IEEE Signal Processing Magazine. 18 (6), 14-30 (2001).</li><li>Quairiaux, C., Megevand, P., Kiss, J. Z., Michel, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+Development+of+Large-Scale+Sensorimotor.">Functional Development of Large-Scale Sensorimotor.</a> Cortical Networks in the Brain. Journal of Neuroscience. 31 (26), 9584-9510 (2011).</li><li>Lee, M., Kim, D., Shin, H. S., Sung, H. G., Choi, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-density+EEG+recordings+of+the+freely+moving+mice+using+polyimide-based+microelectrode.">High-density EEG recordings of the freely moving mice using polyimide-based microelectrode.</a> Journal of Visualized Experiments. (47), e2562 (2011).</li><li>Bernal, B., Grossman, S., Gonzalez, R., Altman, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=fMRI+under+sedation:+what+is+the+best+choice+in+children.">fMRI under sedation: what is the best choice in children.</a> Journal of Clinical Medicine Research. 4 (6), 363-370 (2012).</li><li>Colciaghi, F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Status+epilepticus-induced+pathologic+plasticity+in+a+rat+model+of+focal+cortical+dysplasia.">Status epilepticus-induced pathologic plasticity in a rat model of focal cortical dysplasia.</a> Brain. 134 (10), 2828-2843 (2011).</li><li>Valdez-Hernandez, P. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+in+vivo+MRI+Template+Set+for+Morphometry,+Tissue+Segmentation,+and+fMRI+Localization+in+Rats.">An in vivo MRI Template Set for Morphometry, Tissue Segmentation, and fMRI Localization in Rats.</a> Frontiers in Neuroinformatics. 5 (26), 1-59 (2011).</li><li>Gramfort, A., Papadopoulo, T., Olivi, E., Clerc, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=OpenMEEG:+opensource+software+for+quasistatic+bioelectromagnetics.">OpenMEEG: opensource software for quasistatic bioelectromagnetics.</a> BioMedical Engineering OnLine. 9 (45), (2010).</li><li>An fMRI and EEG Study of Epileptogenesis in a Rat Model of Focal Cortical Dysplasia. Organization for Human Brain Mapping Available from: <a target="_blank" href="https://ww4.aievolution.com/hbm1401/index.cfm?do=abs.viewAbs&amp;abs=4046">https://ww4.aievolution.com/hbm1401/index.cfm?do=abs.viewAbs&amp;abs=4046</a> (2014)</li><li>Tadel, F., Baillet, S., Mosher, J. C., Pantazis, D., Leahy, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Brainstorm:+A+User-Friendly+Application+for+MEG/EEG+Analysis.">Brainstorm: A User-Friendly Application for MEG/EEG Analysis.</a> Computational Intelligence and Neuroscience. 2011, 1-13 (2011).</li><li>Pascual-Marqui, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Standardized+low+resolution+brain+electromagnetic+tomography+(sLORETA):+technical+details.">Standardized low resolution brain electromagnetic tomography (sLORETA): technical details.</a> Methods &amp; Findings in Experimental &amp; Clinical Pharmacology. 24 (D), 5-12 (2002).</li><li>Iijima, T., Nakamura, Z., Iwao, Y., Sankawa, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Epileptogenic+Properties+of+the+Volatile+Anesthetics+Sevoflurane+and+Isoflurane+in+Patients+with+Epilepsy.">The Epileptogenic Properties of the Volatile Anesthetics Sevoflurane and Isoflurane in Patients with Epilepsy.</a> Anesthesia and Analgesia. 91 (4), 989-995 (2000).</li><li>Quiroga, Q. R., Nadasdy, Z., Ben-Shaul, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Unsupervised+spike+detection+and+sorting+with+wavelets+and+super-paramagnetic+clustering.">Unsupervised spike detection and sorting with wavelets and super-paramagnetic clustering.</a> Neural Computation. 16 (8), 1661-1687 (2004).</li><li>Delorme, A., Makeig, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=EEGLAB:+an+open+source+toolbox+for+analysis+of+single-trial+EEG+dynamics+including+independent+component+analysis.">EEGLAB: an open source toolbox for analysis of single-trial EEG dynamics including independent component analysis.</a> Journal of Neuroscience Methods. 134 (1), 9-21 (2004).</li><li>Oostenveld, R., Fries, P., Maris, E., Schoffelen, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=FieldTrip:+Open+Source+Software+for+Advanced+Analysis+of+MEG,+EEG,+and+Invasive+Electrophysiological+Data.">FieldTrip: Open Source Software for Advanced Analysis of MEG, EEG, and Invasive Electrophysiological Data.</a> Computational Intelligence and Neuroscience. 2011, 1-9 (2011).</li><li>Koessler, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Source+localization+of+ictal+epileptic+activity+investigated+by+high+resolution+EEG+and+validated+by+SEEG.">Source localization of ictal epileptic activity investigated by high resolution EEG and validated by SEEG.</a> NeuroImage. 51 (2), 642-653 (2010).</li><li>Manganotti, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scalp+topography+and+source+analysis+of+interictal+spontaneous+spikes+and+evoked+spikes+by+digital+stimulation+in+benign+rolandic+epilepsy.">Scalp topography and source analysis of interictal spontaneous spikes and evoked spikes by digital stimulation in benign rolandic epilepsy.</a> Electroencephalography and Clinical Neurophysiology. 107 (1), 18-26 (1998).</li><li>Bae, J., Deshmukh, A., Song, Y., Brain Riera, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Source+Analysis+of+Interictal+Epileptiform+Discharges+Using+a+Rat+Model+of+Focal+Epilepsy.">Source Analysis of Interictal Epileptiform Discharges Using a Rat Model of Focal Epilepsy.</a> Organization for Human Brain Mapping. , (2014).</li><li>Birot, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Head+model+and+electrical+source+imaging:+A+study+of+38+epileptic+patients.">Head model and electrical source imaging: A study of 38 epileptic patients.</a> NeuroImage: Clinical. 16 (5), 77-83 (2014).</li><li>Riera, J. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pitfalls+in+the+dipolar+model+for+the+neocortical+EEG+sources.">Pitfalls in the dipolar model for the neocortical EEG sources.</a> Journal of Neurophysiology. , (2012).</li><li>Hawrylycz, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Allen+Brain+Atlas.">The Allen Brain Atlas.</a> Springer Handbook of Bio-Neuroinformatics. , 1111-1126 (2014).</li><li>Schweinhardt, P., Fransson, P., Olson, L., Spenger, C., Andersson, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+template+for+spatial+normalization+of+MR+images+of+the+rat+brain.">A template for spatial normalization of MR images of the rat brain.</a> Journal of Neuroscience Methods. 129 (2), 105-113 (2003).</li><li>Schwarz, A. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+stereotaxic+MRI+template+set+for+the+rat+brain+with+tissue+class+distribution+maps+and+co-registered+anatomical+atlas:+application+to+pharmacological+MRI.">A stereotaxic MRI template set for the rat brain with tissue class distribution maps and co-registered anatomical atlas: application to pharmacological MRI.</a> Neuroimage. 32 (2), 538-550 (2006).</li></ol>

Keine Interessenskonflikte erklärt.

Eine neue Methode zur nichtinvasiven Rekordmehrkanal-EEG in einer bestimmten präklinischen Modell der fokalen Epilepsie beschrieben. Die Angaben für die Aufzeichnungs- und Analyseverfahren, mit bestimmten experimentellen Tipps, vorgesehen. Es gab wichtige Faktoren zu berücksichtigen, die Erreichung erfolgreiche Ergebnisse. Erstens, für EEG-Aufzeichnungen, um hohe Qualitätssignale ist unerlässlich. Die richtige Viskosität des EEG Paste sollte während der Mini-cap Vorbereitung an jede Elektrode angelegt werden, und Kopf- und Ohrhaar der Ratte sollte während der Rasur vollständig entfernt werden. Impedanzprüfung ist der wichtigste Schritt, um die Qualität der EEG-Aufzeichnungen bestätigen. Zweitens, für Hirnquelle Bildgebung, ist von entscheidender Bedeutung Erzeugung richtigen Volumenleitermodell. Jede Oberfläche sollten zusammen registriert werden. Auch sollten die erzeugten Elektrodenpositionen haben minimale Abstand Fehlers von den tatsächlichen Elektrodenstellen auf der Kopfhaut der Ratte. Obwohl diese Handschrift stellt QuelleAnalyseverfahren unter Verwendung von Brainstorm 12, können sie mit anderen Open-Software 16,17 und 18,19 kommerzielle Produkte durchgeführt werden. Auch neben sLORETA 13, andere inverse Lösungen wie mehrere Dipol-Modelle und Beamformer angewendet 4 werden. Eine Einschränkung dieses Ansatzes ist, dass die Verhaltensanalyse nicht durchgeführt werden, da die EEG-Aufzeichnung wird unter Sedierung. Im Vergleich zu den anderen Verfahren zur Registrierung des EEG bei Ratten 5,6 Allerdings ist dieser Ansatz nicht invasiv. Unsere vorläufigen Ergebnisse bestätigen, wie wichtig für eine genaue Klassifizierung der IED-Marker aus EEG-Aufzeichnungen, um die Reizzonen in einer Ratte mit fokalen Epilepsie zu bestimmen, sowie ihre Beziehung mit den zugrunde liegenden Mechanismen für die Beschlagnahme Einleitung 11 zu bewerten. Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass EEG Quellenlokalisierung für solche spezifischen IEDs zeigten eine gute Übereinstimmung mit dem bzw.ective BOLD Aktivierung und Deaktivierung Bereiche 20. Unsere Studie wird die Verwendung von präklinischen Modellen zu stimulieren, um durch biomedizinische Ingenieure entwickelt Bett-Sitzbank-Bett-Strategien zu bewerten. Beispielsweise wird IED Extraktion heutzutage in Krankenhäusern von Hand, was eine erhebliche menschliche Aufwand durchgeführt. Die in dieser Studie vorgeschlagenen Methodik tut es automatisch. Wir vermuten, daß die Verwendung dieser Methodik werden ähnliche Ergebnisse bei der Behandlung von Patienten mit FCD aufgebracht herzustellen. Wir bereiten IRB Protokolle zur Bewertung dieser und anderer Aspekte der Methodik in menschlichen Datensatz. Darüber hinaus wird die Verwendung von präklinischen Modellen uns helfen, die Möglichkeiten und Grenzen der EEG-Quellenlokalisierung in 21 Epilepsie. Genaue Abschätzung der Gehirnquellen Gebener epileptogenesis ist für therapeutische Strategien und Operationsplanung. Auch mit einer Standardplattform für EEG-Aufzeichnung bei Ratten wird nützlich sein,die Bewertung der Wirksamkeit der verschiedenen Antiepileptika in vorklinischen Versuchen. Dies ist die erste Studie, in der epileptischen Ratten werden nicht-invasiv unter Sedierung aufgezeichnet, die neue Türen für die Auswertung von EEG Biomarker für Epilepsie eröffnen wird. Jedoch ist die gesamte Methode in dieser Studie präsentierten erweiterbar auf andere experimentelle Bedingungen und Störungen des Gehirns. Die EEG-Mini-Kappe kann auch in anderen Nagetierarten verwendet werden. In der Vergangenheit wurde eine Vorderpfote Stimulation Paradigma in Wistar-Ratten wurde genutzt, um die Qualität und die Reproduzierbarkeit der Daten mit dem EEG Mini-Kappe 2 aufgezeichnet zu bewerten. Darüber hinaus haben Validierungen für das Gehirn Quelle Rekonstruktion von hochauflösenden Schädel EEG gleichzeitig mit laminar lokaler Feldpotentiale von Wistar-Ratten unter einer Whisker Stimulation Paradigma 22 aufgezeichnet geführt. Diese Methode wurde für Wistar Ratten wegen der Existenz eines MRI Atlas für diese besondere Ratten s entwickeltZug. Sie kann jedoch auf andere Nagerarten mit ihren Standardformat von Atlas einschließlich Maus 23, Sprague-Dawley-Ratten 24 und Paxinos und Watson Ratten 25 aufgebracht werden. Darüber hinaus könnte die Grundverfahren unserer vorgeschlagenen Methodik in irgendeinem Nagetier präklinischen Modellen für die EEG ist ein wichtiger Modalität verwendet werden. Jedoch sind viele Aspekte dieser Methode insbesondere zur Behandlung von Epilepsie, insbesondere solche EEG Vorverarbeitung (IED Detektion und Klassifikation) bezogen. Auch müssen die Forscher bewusst richtigen Medikamente zur Sedierung in verschiedenen Fällen eingesetzt werden. Die Verwendung von Isofluran und DEXDOMITOR in unserer Studie wurde sorgfältig aufgrund des verringerten Einfluss auf IEDs betrachtet. Bezug EEG-Aufzeichnungen in dem Fall von Maus, die relativ kleine Kopffläche würde die Anzahl der Kanäle erheblich reduzieren.

It has been shown that interictal epileptiform discharges (IEDs) observed from EEG constitute useful markers of epileptogenesis in patients with focal epilepsy3. The regions inside the brain from which these IEDs originate, named irritative zones, can in practice be localized based on EEG recordings4. Preclinical models are essential to find correlates between these irritative zones and the actual regions underlying seizure initiation. However, recording EEG from small animals is challenging because of the small surface area of the head compared to the human scalp. Although invasive methods for chronic recording in rats can be used5, 6, techniques are not available at this moment to acquire traditional EEG recordings on rodents under acute conditions without the need of anesthesia.
To solve this problem, we apply a patented EEG mini-cap2, which allows us to record 32-channel EEG data from rodents noninvasively. In this study, we also provide evidence about the need of an analgesic to preserve IED frequency. Therefore, although fixation of EEG mini-cap was performed under isoflurane, EEG recordings were obtained with rats only under sedation (dexdomitor)7. The method proposed in this study can be used in any preclinical rat model of focal epilepsy. To illustrate the capabilities of this methodology, we apply it to understand the correlates between irritative and seizure-onset zones in focal cortical dysplasia (FCD). To that end, we use a &#8220;double-hit&#8221; model of FCD8 in Wistar rats.
To perform brain source analysis, it is required to: a) accurately extract IEDs from EEG raw data and b) obtain a volume conductor model for the individual animal head. To generate a practical volume conductor model, we use an in vivo rat MRI atlas, comprising average images of intensity/shape and obtained via non-linear registration of T2 images of 31 Wistar rats9. The forward model for the generated volume conductor was computed by boundary element method (BEM)10. As in the case of humans, two typical patterns of IEDs (sharp-waves and spikes) were detected and sub-classified into different clusters through an intelligent feature extraction, feature selection, and classification process11. These sub-classified signals are used to estimate the brain source localizations associated with different types of irritative zones. We present the source analysis steps using a well-known public software called Brainstorm12. The EEG source localizations for each IED sub-type and the seizure onset time frames were performed using standardized low-resolution brain electromagnetic tomography (sLORETA)13, which is available in Brainstorm.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Data Qcquisition Computer</td>
			<td>Hewlett-Packard</td>
			<td>Z210 Workstation</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dexdomitor</td>
			<td>Orion Pharma</td>
			<td>6295000</td>
			<td>Dexmedetomidine hydrochloride</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EEG Analysis Software</td>
			<td>The Mathworks Inc.</td>
			<td>MATLAB R2011b</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Brainstorm</td>
			<td>Sylvain et al. 2001</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>OpenMEEG</td>
			<td>Bramfort et al. 2010</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EEG Data Streamer</td>
			<td>Tucker-Davis Technologies</td>
			<td>RS4 Data Streamer</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EEG Electrode Paste</td>
			<td>Biotach</td>
			<td>YGB 103</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EEG Preamplifier</td>
			<td>BioSemi</td>
			<td>Active Two</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>Brain Products</td>
			<td>BrainAmp</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>Tucker-Davis Technologies</td>
			<td>PZ3 Low Impedance Amplifier</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EEG Processor</td>
			<td>Tucker-Davis Technologies</td>
			<td>RZ2 BioAmp Processor</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EEG Recording Software</td>
			<td>Tucker-Davis Technologies</td>
			<td>OpenEx - OpenDeveloper</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EEG SCSI Connector</td>
			<td>BioSemi</td>
			<td>Active Two SCSI Connector</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>Brain Products</td>
			<td>D-sub Connector</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>Tucker-Davis Technologies</td>
			<td>Zif-Clif Digital Headstage</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High Resolution EEG Mini-cap</td>
			<td>Cortech Solutions</td>
			<td>DA-AR-ELRCS32</td>
			<td>US patent Application No. 13/641,834</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isoflurane, USP</td>
			<td>VedcoPiramal Healthcare</td>
			<td>NDC 66794-013-25</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isopropyl Alcohol</td>
			<td>Aqua Solutions</td>
			<td>3112213</td>
			<td>90% v/v solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lubricant Ophthalmic Ointment</td>
			<td>Rugby</td>
			<td>NDC 0536-6550-91</td>
			<td>Sterile</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaCl</td>
			<td>Abbott</td>
			<td>2B8203</td>
			<td>Vaterinary 0.9% Sodium Chroride Injection USP</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Physiology Recording Software</td>
			<td>ADInstruments</td>
			<td>LabChart 7.0</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Physiology Recording System</td>
			<td>ADInstruments</td>
			<td>PowerLab 8/35</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Syringe</td>
			<td>Monoject</td>
			<td>200555</td>
			<td>12cc</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

brain source imaging in preclinical rat models of focal epilepsy using high-resolution eeg recordings

Electroencephalogram (EEG) has been traditionally used to determine which brain regions are the most likely candidates for resection in patients with focal epilepsy. This methodology relies on the assumption that seizures originate from the same regions of the brain from which interictal epileptiform discharges (IEDs) emerge. Preclinical models are very useful to find correlates between IED locations and the actual regions underlying seizure initiation in focal epilepsy. Rats have been commonly used in preclinical studies of epilepsy1; hence, there exist a large variety of models for focal epilepsy in this particular species. However, it is challenging to record multichannel EEG and to perform brain source imaging in such a small animal. To overcome this issue, we combine a patented-technology to obtain 32-channel EEG recordings from rodents2 and an MRI probabilistic atlas for brain anatomical structures in Wistar rats to perform brain source imaging. In this video, we introduce the procedures to acquire multichannel EEG from Wistar rats with focal cortical dysplasia, and describe the steps both to define the volume conductor model from the MRI atlas and to uniquely determine the IEDs. Finally, we validate the whole methodology by obtaining brain source images of IEDs and compare them with those obtained at different time frames during the seizure onset.

Wenn alle Verfahren ordnungsgemäß abgeschlossen sind, können voraus Quellen im Gehirn Oberfläche der präklinischen Modell visualisiert werden. Abbildung 5 zeigt die geschätzten Quellen aus einem bestimmten Sub-Typ des Spikes (oben) und scharf Wellen (unten) von IEDs. Darüber hinaus Abbildung 6 zeigt, wie die Source-Distribution Änderungen in aufeinanderfolgenden Zeitrahmen bei einem Anfall Einrichtung. Diese Ergebnisse unterstützen die Leistungsfähigkeit der vorgeschlagenen Methoden zur hochauflösenden EEG an Ratten mit fokalen Epilepsie zu erfassen und Quellenanalyse mit Hilfe der aufgezeichneten EEG durchzuführen. <img alt="Visuelle 6" src="/files/ftp_upload/52700/52700fig5.jpg" /> Abbildung 5. Geschätzte Gehirn Quelle Standorte der IEDs in Bezug auf verschiedene Cluster in Spikes (oben) und scharf Wellen (unten). (A) Zeitreihen, (B) EEG Topographie, und (C) kortikale Strom sauerces. Die Auswertung erfolgt zu einem bestimmten Zeitpunkt mit einem roten vertikalen Linie in (A) markiert geführt. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52700/52700fig5highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a> <img alt="Visuelle 6" src="/files/ftp_upload/52700/52700fig6.jpg" /> Abbildung 6. Geschätzte Gehirn Quellen während der Beschlagnahme. Die Zeitpunkte werden als rote vertikale Linien markiert. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/52700/52700fig6highres.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Figur zu sehen.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Brain Source Imaging in Preclinical Rat Models of Focal Epilepsy using High-Resolution EEG Recordings at JoVE.com

Brain Source Imaging in Preclinical Rat Models of Focal Epilepsy using High-Resolution EEG Recordings

This video introduces the preparation, recording, and source analysis procedures of high-resolution EEG on sedated rats with a particular preclinical model of focal epilepsy under noninvasive conditions.

Gehirn Quelle Imaging in präklinischen Rattenmodellen von fokalen Epilepsie mit hochauflösenden EEG Recordings

Electroencephalogram (EEG) has been traditionally used to determine which brain regions are the most likely candidates for resection in patients with ...

brain-source-imaging-preclinical-rat-models-focal-epilepsy-using-high

Research

JoVE Journal

Medicine

15.2K Aufrufe.  Florida International University. This video introduces the preparation, recording, and source analysis procedures of high-resolution EEG on sedated rats with a particular preclinical model of focal epilepsy under noninvasive conditions.

Serie: Brain Source Imaging in Preclinical Rat Models of Focal Epilepsy using High-Resolution EEG Recordings

MRI-guided Disruption of the Blood-brain Barrier using Transcranial Focused Ultrasound in a Rat Model

Focused ultrasound (FUS) disruption of the blood-brain barrier (BBB) is an increasingly investigated technique for circumventing the BBB1-5. The BBB is a significant obstacle to pharmaceutical treatments of brain disorders as it limits the passage of molecules from the vasculature into the brain tissue to molecules less than approximately 500 Da in size6. FUS induced BBB disruption (BBBD) is temporary and reversible4 and has an advantage over chemical means of inducing BBBD by being highly localized. FUS induced BBBD provides a means for investigating the effects of a wide range of therapeutic agents on the brain, which would not otherwise be deliverable to the tissue in sufficient concentration. While a wide range of ultrasound parameters have proven successful at disrupting the BBB2,5,7, there are several critical steps in the experimental procedure to ensure successful disruption with accurate targeting. This protocol outlines how to achieve MRI-guided FUS induced BBBD in a rat model, with a focus on the critical animal preparation and microbubble handling steps of the experiment.

Microbubble-mediated focused ultrasound disruption of the blood-brain barrier (BBB) is a promising technique for non-invasive targeted drug delivery in the brain1-3. This protocol outlines the experimental procedure for MRI-guided transcranial BBB disruption in a rat model.

MRI-geführten Störung der Blut-Hirn-Schranke mit Hilfe der transkraniellen fokussiertem Ultraschall in einem Rattenmodell

Focused ultrasound (FUS) disruption of the blood-brain barrier (BBB) is an increasingly investigated technique for circumventing the BBB1-5. The BBB is a ...

Forschung

Medizin

Segmentation and Measurement of Fat Volumes in Murine Obesity Models Using X-ray Computed Tomography

Obesity is associated with increased morbidity and mortality as well as reduced metrics in quality of life.1 Both environmental and genetic factors are associated with obesity, though the precise underlying mechanisms that contribute to the disease are currently being delineated.2,3 Several small animal models of obesity have been developed and are employed in a variety of studies.4 A critical component to these experiments involves the collection of regional and/or total animal fat content data under varied conditions.
Traditional experimental methods available for measuring fat content in small animal models of obesity include invasive (e.g. ex vivo measurement of fat deposits) and non-invasive (e.g. Dual Energy X-ray Absorptiometry (DEXA), or Magnetic Resonance (MR)) protocols, each of which presents relative trade-offs. Current invasive methods for measuring fat content may provide details for organ and region specific fat distribution, but sacrificing the subjects will preclude longitudinal assessments. Conversely, current non-invasive strategies provide limited details for organ and region specific fat distribution, but enable valuable longitudinal assessment. With the advent of dedicated small animal X-ray computed tomography (CT) systems and customized analytical procedures, both organ and region specific analysis of fat distribution and longitudinal profiling may be possible. Recent reports have validated the use of CT for in vivo longitudinal imaging of adiposity in living mice.5,6 Here we provide a modified method that allows for fat/total volume measurement, analysis and visualization utilizing the Carestream Molecular Imaging Albira CT system in conjunction with PMOD and Volview software packages.

Fat content analysis is routinely conducted in studies utilizing murine obesity models. Emerging methods in small animal CT imaging and analysis are providing for longitudinal detail rich fat content analysis. Here we detail step by step procedures for performing small animal CT imaging, analysis, and visualization.

Segmentierung und Messung von FAT-Volumes in Murine Obesity Modellen mithilfe von Röntgen-Computertomographie

Obesity is associated with increased morbidity and mortality as well as reduced metrics in quality of life.1 Both environmental and genetic factors are ...

A Novel High-resolution In vivo Imaging Technique to Study the Dynamic Response of Intracranial Structures to Tumor Growth and Therapeutics

We have successfully integrated previously established Intracranial window (ICW) technology 1-4 with intravital 2-photon confocal microscopy to develop a novel platform that allows for direct long-term visualization of tissue structure changes intracranially. Imaging at a single cell resolution in a real-time fashion provides supplementary dynamic information beyond that provided by standard end-point histological analysis, which looks solely at 'snap-shot' cross sections of tissue.
Establishing this intravital imaging technique in fluorescent chimeric mice, we are able to image four fluorescent channels simultaneously. By incorporating fluorescently labeled cells, such as GFP+ bone marrow, it is possible to track the fate of these cells studying their long-term migration, integration and differentiation within tissue. Further integration of a secondary reporter cell, such as an mCherry glioma tumor line, allows for characterization of cell:cell interactions. Structural changes in the tissue microenvironment can be highlighted through the addition of intra-vital dyes and antibodies, for example CD31 tagged antibodies and Dextran molecules.
Moreover, we describe the combination of our ICW imaging model with a small animal micro-irradiator that provides stereotactic irradiation, creating a platform through which the dynamic tissue changes that occur following the administration of ionizing irradiation can be assessed.
Current limitations of our model include penetrance of the microscope, which is limited to a depth of up to 900 &mu;m from the sub cortical surface, limiting imaging to the dorsal axis of the brain. The presence of the skull bone makes the ICW a more challenging technical procedure, compared to the more established and utilized chamber models currently used to study mammary tissue and fat pads 5-7. In addition, the ICW provides many challenges when optimizing the imaging.

A Novel High-resolution In vivo Imaging Technique to Study the Dynamic Response of Intracranial Structures to Tumor Growth and Therapeutics

We describe a novel in vivo imaging technique that couples fluorescent chimeric mice with intracranial windows and high-resolution 2-photon microscopy. This imaging platform aids studies of dynamic changes in brain tissue and microvasculature, at a single-cell level, following pathological insults and is adaptable to assess intracranial drug delivery and distribution.

A Novel Hochauflösende<em&gt; In vivo</em&gt; Bildtechnik, um die Dynamik der intrakranielle Strukturen zu Tumorwachstum und Therapeutics Studieren

We have successfully integrated previously established Intracranial window (ICW) technology 1-4 with intravital 2-photon confocal microscopy to develop a ...

MRI and PET in Mouse Models of Myocardial Infarction

Myocardial infarction is one of the leading causes of death in the Western world. The similarity of the mouse heart to the human heart has made it an ideal model for testing novel therapeutic strategies.
In vivo magnetic resonance imaging (MRI) gives excellent views of the heart noninvasively with clear anatomical detail, which can be used for accurate functional assessment. Contrast agents can provide basic measures of tissue viability but these are nonspecific. Positron emission tomography (PET) is a complementary technique that is highly specific for molecular imaging, but lacks the anatomical detail of MRI. Used together, these techniques offer a sensitive, specific and quantitative tool for the assessment of the heart in disease and recovery following treatment.
In this paper we explain how these methods are carried out in mouse models of acute myocardial infarction. The procedures described here were designed for the assessment of putative protective drug treatments. We used MRI to measure systolic function and infarct size with late gadolinium enhancement, and PET with fluorodeoxyglucose (FDG) to assess metabolic function in the infarcted region. The paper focuses on practical aspects such as slice planning, accurate gating, drug delivery, segmentation of images, and multimodal coregistration. The methods presented here achieve good repeatability and accuracy maintaining a high throughput.

We describe how to perform MRI and PET imaging of the mouse heart. The protocol is tailored to assess treatment efficacy in models of myocardial infarction and heart failure.

Myocardial infarction is one of the leading causes of death in the Western world. The similarity of the mouse heart to the human heart has made it an ...

Multi-electrode Array Recordings of Human Epileptic Postoperative Cortical Tissue

Epilepsy, affecting about 1% of the population, comprises a group of neurological disorders characterized by the periodic occurrence of seizures, which disrupt normal brain function. Despite treatment with currently available antiepileptic drugs targeting neuronal functions, one third of patients with epilepsy are pharmacoresistant. In this condition, surgical resection of the brain area generating seizures remains the only alternative treatment. Studying human epileptic tissues has contributed to understand new epileptogenic mechanisms during the last 10 years. Indeed, these tissues generate spontaneous interictal epileptic discharges as well as pharmacologically-induced ictal events which can be recorded with classical electrophysiology techniques. Remarkably, multi-electrode arrays (MEAs), which are microfabricated devices embedding an array of spatially arranged microelectrodes, provide the unique opportunity to simultaneously stimulate and record field potentials, as well as action potentials of multiple neurons from different areas of the tissue. Thus MEAs recordings offer an excellent approach to study the spatio-temporal patterns of spontaneous interictal and evoked seizure-like events and the mechanisms underlying seizure onset and propagation. Here we describe how to prepare human cortical slices from surgically resected tissue and to record with MEAs interictal and ictal-like events ex vivo.

We here describe how to perform multi-electrode array recordings of human epileptic cortical tissue. Epileptic tissue resection, slice preparation and multi-electrode array recordings of interictal and ictal events are demonstrated in detail.

Multi-Elektroden-Array Recordings of Human Epileptische Postoperative Rindengewebe

Epilepsy, affecting about 1% of the population, comprises a group of neurological disorders characterized by the periodic occurrence of seizures, which ...

Assessing Cortical Cerebral Microinfarcts on High Resolution MR Images

Cerebral microinfarcts are frequent findings in the post-mortem human brain, and are related to cognitive decline and dementia. Due to their small sizes it is challenging to study them on clinical MRI scans. It was recently demonstrated that cortical microinfarcts can be depicted with MRI scanners using high magnetic field strengths (7T). Based on this experience, a proportion of these lesions is also visible on lower resolution 3T MRI. These findings were corroborated with ex vivo imaging of post-mortem human brain tissue, accompanied by histopathological verification of possible cortical microinfarcts.
Here an ex vivo imaging protocol is presented, for the purpose of validating MR observed cerebral microvascular pathology with histological evaluation. Furthermore, guidelines are provided for the assessment of cortical microinfarcts on both in vivo 7T and 3T MR images. These guidelines provide researchers with a tool to rate cortical microinfarcts on in vivo images of larger patient samples, to further unravel their clinical relevance in cognitive decline and dementia, and establish these lesions as a novel biomarker of cerebral small vessel disease.

A high resolution ex vivo 7T MR imaging protocol is presented, to perform MR-guided histopathological validation of microvascular pathology in post-mortem human brain tissue. Furthermore, guidelines are provided for the assessment of cortical microinfarcts on in vivo 7T as well as 3T MR images.

Beurteilung kortikale zerebrale Mikroinfarkten auf Hochauflösende MR Bilder

Cerebral microinfarcts are frequent findings in the post-mortem human brain, and are related to cognitive decline and dementia. Due to their small sizes ...

A Multimodal Imaging- and Stimulation-based Method of Evaluating Connectivity-related Brain Excitability in Patients with Epilepsy

Resting-state functional connectivity MRI (rs-fcMRI) is a technique that identifies connectivity between different brain regions based on correlations over time in the blood-oxygenation level dependent signal. rs-fcMRI has been applied extensively to identify abnormalities in brain connectivity in different neurologic and psychiatric diseases. However, the relationship among rs-fcMRI connectivity abnormalities, brain electrophysiology and disease state is unknown, in part because the causal significance of alterations in functional connectivity in disease pathophysiology has not been established. Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) is a technique that uses electromagnetic induction to noninvasively produce focal changes in cortical activity. When combined with electroencephalography (EEG), TMS can be used to assess the brain's response to external perturbations. Here we provide a protocol for combining rs-fcMRI, TMS and EEG to assess the physiologic significance of alterations in functional connectivity in patients with neuropsychiatric disease. We provide representative results from a previously published study in which rs-fcMRI was used to identify regions with abnormal connectivity in patients with epilepsy due to a malformation of cortical development, periventricular nodular heterotopia (PNH). Stimulation in patients with epilepsy resulted in abnormal TMS-evoked EEG activity relative to stimulation of the same sites in matched healthy control patients, with an abnormal increase in the late component of the TMS-evoked potential, consistent with cortical hyperexcitability. This abnormality was specific to regions with abnormal resting-state functional connectivity. Electrical source analysis in a subject with previously recorded seizures demonstrated that the origin of the abnormal TMS-evoked activity co-localized with the seizure-onset zone, suggesting the presence of an epileptogenic circuit. These results demonstrate how rs-fcMRI, TMS and EEG can be utilized together to identify and understand the physiological significance of abnormal brain connectivity in human diseases.

Resting-state functional-connectivity MRI has identified abnormalities in patients with a wide range of neuropsychiatric disorders, including epilepsy due to malformations of cortical development. Transcranial Magnetic Stimulation in combination with EEG can demonstrate that patients with epilepsy have cortical hyperexcitability in regions with abnormal connectivity.

Ein Multimodal Imaging- und Stimulations-basierte Verfahren zur Bewertung der Connectivity-bezogenen Erregbarkeit des Gehirns bei Patienten mit Epilepsie

Resting-state functional connectivity MRI (rs-fcMRI) is a technique that identifies connectivity between different brain regions based on correlations ...

Network Analysis of Foramen Ovale Electrode Recordings in Drug-resistant Temporal Lobe Epilepsy Patients

Approximately 30% of epilepsy patients are refractory to antiepileptic drugs. In these cases, surgery is the only alternative to eliminate/control seizures. However, a significant minority of patients continues to exhibit post-operative seizures, even in those cases in which the suspected source of seizures has been correctly localized and resected. The protocol presented here combines a clinical procedure routinely employed during the pre-operative evaluation of temporal lobe epilepsy (TLE) patients with a novel technique for network analysis. The method allows for the evaluation of the temporal evolution of mesial network parameters. The bilateral insertion of foramen ovale electrodes (FOE) into the ambient cistern simultaneously records electrocortical activity at several mesial areas in the temporal lobe. Furthermore, network methodology applied to the recorded time series tracks the temporal evolution of the mesial networks both interictally and during the seizures. In this way, the presented protocol offers a unique way to visualize and quantify measures that considers the relationships between several mesial areas instead of a single area.

This protocol describes a procedure to track the evolution of mesial network measures in temporal lobe epilepsy (TLE) patients. It is based on the combination of intracranial recordings with a novel numerical technique for data analysis. Specifically, we present a protocol for network analyses of foramen ovale recordings.

Netzwerkanalyse von Foramen Ovale Elektrode Recordings in Resistente Temporallappen Epilepsie-Patienten

Approximately 30% of epilepsy patients are refractory to antiepileptic drugs. In these cases, surgery is the only alternative to eliminate/control ...

The Pilocarpine Model of Temporal Lobe Epilepsy and EEG Monitoring Using Radiotelemetry System in Mice

Temporal lobe epilepsy (TLE) is a common neurological disorder in adulthood. For translational studies of chronic epilepsy, pilocarpine-induced status epilepticus (SE) is frequently selected to recapitulate spontaneous recurrent seizures (SRS). Here we present a protocol of SE induction by intraperitoneal (i.p.) injection of pilocarpine and monitoring of chronic recurring seizures in live animals using a wireless telemetry video and electroencephalogram (EEG) system. We demonstrated notable behavioral changes that need attention after pilocarpine injection and their correlation with hippocampal neuronal loss at 7 days and 6 weeks post-pilocarpine. We also describe the experimental procedures of electrode implantation for video and EEG recording, and analysis of the frequency and duration of chronic recurrent seizures. Finally, we discuss the possible reasons why the expected results are not achieved in each case. This provides a basic overview of modeling chronic epilepsy in mice and guidelines for troubleshooting. We believe this protocol can serve as a baseline for suitable models of chronic epilepsy and epileptogenesis.

This manuscript describes a method of inducing status epilepticus by systemic pilocarpine injection and of monitoring spontaneous recurrent seizures in live animals using a wireless telemetry video and electroencephalogram system. This protocol can be utilized for studying the pathophysiologic mechanisms of chronic epilepsy, epileptogenesis, and acute seizures.

Das Pilocarpin Modell der Temporallappen-Epilepsie und EEG Monitoring mittels Radiotelemetrie System bei Mäusen

Temporal lobe epilepsy (TLE) is a common neurological disorder in adulthood. For translational studies of chronic epilepsy, pilocarpine-induced status ...

High-Resolution Three-Dimensional Imaging of the Footpad Vasculature in a Murine Hindlimb Gangrene Model

Peripheral arterial disease (PAD) is a significant cause of morbidity resulting from chronic exposure to atherosclerotic risk factors. Patients suffering from its most severe form, chronic limb-threatening ischemia (CLTI), face substantial impairments to daily living, including chronic pain, limited walking distance without pain, and nonhealing wounds. Preclinical models have been developed in various animals to study PAD, but mouse hindlimb ischemia remains the most widely used. There can be significant variation in response to ischemic insult in these models depending on the mouse strain used and the site, number, and means of arterial disruption. This protocol describes a unique method combining femoral artery and vein electrocoagulation with the administration of a nitric oxide synthase (NOS) inhibitor to reliably induce footpad gangrene in Friend Virus B (FVB) mice that resembles the tissue loss of CLTI. While traditional means of assessing reperfusion such as laser Doppler perfusion imaging (LDPI) are still recommended, intracardiac perfusion of the lipophilic dye 1,1'-dioctadecyl-3,3,3',3'-tetramethylindocarbocyanine perchlorate (DiI) is used to label the vasculature. Subsequent whole-mount confocal laser scanning microscopy allows for high-resolution, three-dimensional (3D) reconstruction of footpad vascular networks that complements traditional means of assessing reperfusion in hindlimb ischemia models.

The present protocol describes a unique, clinically relevant model of peripheral arterial disease that combines femoral artery and vein electrocoagulation with the administration of a nitric oxide synthase inhibitor to induce hindlimb gangrene in FVB mice. Intracardiac DiI perfusion is then used for high-resolution, three-dimensional imaging of the footpad vasculature.

Hochauflösende dreidimensionale Abbildung der Fußpolstervaskulatur in einem murinen Hinterbein-Gangränmodell

Peripheral arterial disease (PAD) is a significant cause of morbidity resulting from chronic exposure to atherosclerotic risk factors. Patients suffering ...