Nous remercions Shaili Jha et Heather Decot de l&#39;aide pour le tournage.

Déclaration éthique: Cette procédure est en conformité avec les Instituts nationaux de la santé Lignes directrices pour la recherche animale (Guide pour le soin et l&#39;utilisation des animaux de laboratoire) et est approuvé par l&#39;Université de comité de protection et d&#39;utilisation des animaux en Caroline du Nord. Une. Electrode Implantation La première étape est l&#39;implantation d&#39;électrodes. Dans cette étape, une électrode est implantée de manière unilatérale dans le noyau sous-thalamique (STN), un petit noyau de signification de translation pour le traitement de la maladie de Parkinson selon les méthodes suivantes: <ol><li> Stériliser tous les équipements chirurgicale en utilisant un autoclave, ou une solution antiseptique où l&#39;autoclave n&#39;est pas possible (par exemple pour électrode stérilité). Remarque: il s&#39;agit d&#39;une chirurgie de la survie à court terme, et donc une technique aseptique est essentiel. Après la chirurgie, les animaux peuvent être imagés après une brève période de récupération (48 h) ou à plusieurs semaines plus tard. </li><li> Anesthésier le rat (rats Sprague-Dawley adultes 250-400 g) en utilisant 2,5% d&#39;isoflurane administré par intubation endotrachéale et un petit ventilateur animal. Fixer le rat à un cadre stéréotaxique chirurgicale et préparer le site chirurgical utilisant des techniques aseptiques. </li><li> Préparer et faire en sorte que l&#39;électrode est stérile. A 2 canaux électrode de tungstène microfils maison est utilisé pour cette procédure, bien que de nombreux types d&#39;électrodes IRM-compatible travailleront. Le type d&#39;électrode utilisé peut influer sur la zone de tissu endommagée mécaniquement par la procédure, la zone de tissu stimulé, et la précision de l&#39;implantation, ce qui affecte le résultat expérimental global. Si le type d&#39;électrode ne peut pas être stérilisé à l&#39;autoclave, en utilisant la polyvidone iodée antiseptique pour stériliser l&#39;électrode dans la mesure du possible. </li><li> À l&#39;aide de ciseaux supprimer le cuir chevelu au-dessus de l&#39;emplacement d&#39;implantation avec un diamètre d&#39;environ 1,5 cm, pour découvrir bregma et lambda sur le crâne. Retirer le muscle et l&#39;aponévrose recouvrant le crâneet arrêter tout saignement bistouri électrique. </li><li> Grattez la surface du crâne dans de multiples directions avec un scalpel pour améliorer l&#39;adhérence de ciment dentaire (étape 1.8). Niveau bregma et lambda dans la direction horizontale. </li><li> . Pour cibler STN, à 3,6 mm en arrière Bregma et 2,5 mm latéral de la ligne médiane, utiliser une perceuse électrique petite pointe pour créer un trou de trépan mesurant environ 1,5 mm de diamètre Remarque: L&#39;emplacement exact de la STN en référence à stéréotaxique coordonnées peut varier selon la souche de rat, le poids et le sexe. Des rats adultes du même genre doivent être utilisées pour réduire au minimum toute variation de l&#39;emplacement. Si possible, les analyses anatomiques pré-opérationnelles ou des enregistrements électriques peropératoires doivent être utilisés pour identifier l&#39;emplacement de STN sur un sujet de façon individuelle. En outre, les sites de terminaison d&#39;électrodes doivent être vérifiées histologiquement pour assurer l&#39;exactitude de cible. <ol><li> Faites une nouvelle incision dans la durée, et utiliser de petits forceps émoussé pour déplacer la durée aux côtés de etrou e. Arrêter le saignement en utilisant du coton stérile imbibé de sérum physiologique. Créer des trous pour une ou plusieurs vis MR-compatibles) et les insérer doucement dans le crâne jusqu&#39;à ce qu&#39;ils soient stables. Vis peuvent être placés dans n&#39;importe quel endroit où ils ne seront pas perturber la mise en place du connecteur externe pour l&#39;électrode DBS (par ex. Pas directement derrière le STN ipsilatéral à l&#39;électrode). Nous recommandons des emplacements sur les bords latéraux du crâne, de préférence directement postérieur à la suture lambda. À ce stade, le crâne est relativement épaisse, réduisant la probabilité que les vis d&#39;endommager le cortex &quot;. Remarque: les vis en laiton coupés à 4-5 mm de longueur sont utilisés dans ce protocole, mais vis en plastique sont également appropriés. </li></ol></li><li> Placer l&#39;électrode sur le bras stéréotaxique, s&#39;assurer qu&#39;il est bien droit et vertical. Touchez l&#39;électrode à Bregma, puis déplacer l&#39;électrode exactement 3,6 mm en arrière Bregma et 2,5 mm latéral de la ligne médiane et toucher la surface corticaleavec l&#39;électrode. De la surface corticale, insérer l&#39;électrode de 7,8 mm sur le ventre. Ces coordonnées sont déterminées par référence à un atlas neuroanatomiques 1. </li><li> Placez une couche de ciment dentaire sur le crâne, y compris les vis du crâne et le point d&#39;insertion de l&#39;électrode. Attendez que le ciment est complètement durci avant de retirer l&#39;électrode du cadre stéréotaxique. Bend l&#39;électrode arrière et utiliser du ciment supplémentaire pour couvrir le reste de l&#39;appareil d&#39;électrodes et d&#39;un connecteur pour une durabilité. </li></ol> 2. IRMf Préparation La deuxième étape est la configuration de l&#39;IRMf, y compris le positionnement de la bobine et la configuration de l&#39;équipement de surveillance physiologique. <ol><li> Fixez la tête de l&#39;animal pour empêcher le mouvement pendant le balayage. Remarque: Un système de bar-auriculaire en plastique personnalisé est utilisé ici pour la tête de fixation. Placer les barres dans les canaux de l&#39;oreille et fixez-le au casque de sorte que la tête tourne librement dans ee direction verticale sans rotation horizontale. Fixer la position de la tête par la fixation des dents supérieures de l&#39;appareil. </li><li> Anesthésier le rat complètement et suivre fin CO 2 marée pour assurer la stabilité dans toutes les analyses. Pour maintenir l&#39;anesthésie, la ventilation et le contrôle fin CO marée 2 niveaux au cours de l&#39;analyse, un petit système de ventilation animale compatible IRM combinée avec un vaporisateur isoflurane est utilisé ici, mais une variété d&#39;agents anesthésiques et sédatifs peut être utilisé d&#39;une manière similaire. Régler le ventilateur à 45 respirations / min avec un volume modéré, environ 500 ml / min d&#39;air en tant que volume de départ. Réglez l&#39;isoflurane à 2% et de transférer le rat dans la chambre de balayage. Fixez la sortie du ventilateur de la sonde endotrachéale du rat et appuyez fermement pour le fixer. Capnométrie doivent être acquises au moyen d&#39;un tube relié à au plus près du connecteur de tube endotrachéal que possible. Régler le volume de ventilation pour produire un CO en fin d&#39;expiration 2 de 2,6% à 3,3%. </li&gt; <li> Utiliser un petit animal porteur compatible IRM pour insérer le rat dans le scanner avec un bain de circulation d&#39;eau chaude pour la régulation de température. Collez le pavé de la salle de bain sur le support et couvrir avec du papier absorbant propre. Placez le rat sur le lit d&#39;eau chaude. </li><li> La surveillance des niveaux de température et de dioxyde de carbone sont essentiels à IRMf BOLD, tandis que la saturation artérielle en oxygène et la fréquence cardiaque sont aussi des paramètres physiologiques utiles. Insérez une sonde de température rectale MR-compatible et bande à la base de la queue, puis ajuster la température du bain d&#39;eau pour maintenir la température normale du corps à 37 ° C. Surveillance de la saturation artérielle en oxygène et la fréquence cardiaque à l&#39;aide d&#39;un petit système d&#39;oxymétrie de pouls pour animaux, en les maintenant à 95 à 98% et de 250 à 350 battements par minute, respectivement, qui peut varier en fonction du type d&#39;anesthésiques utilisés. La saturation en oxygène et la fréquence cardiaque sont toutes deux influencées par la profondeur de l&#39;anesthésie, le volume de ventilation et la vitesse de ventilation. le volume d&#39;air et la vitesse peuvent avoir besoinêtre soigneusement équilibrée pour maintenir en fin d&#39;expiration de CO 2 des niveaux adéquats et la saturation en oxygène suffisante. </li><li> Une bobine de surface est nécessaire pour l&#39;acquisition IRMf BOLD. Placer la bobine de surface au plus près de la surface de la tête que possible. Une fois fixée, mettre la pâte dentifrice sur la surface de la tête sur le bouchon de ciment afin de réduire les artefacts de susceptibilité à proximité de la surface du cerveau. Note: On utilise une bobine de surface d&#39;émetteur-récepteur fait maison avec un diamètre intérieur d&#39;environ 1,6 cm, bien que de plus grandes bobines de surface peuvent être utilisé pour optimiser la réponse BOLD dans les régions sous-corticales profondes. </li><li> Connectez l&#39;électrode de stimulation à un système de stimulation électrique programmable Note:. Nous utilisons un TTL programmable sur mesure système relié à un stimulateur bipolaire pour délivrer des impulsions électriques synchronisées aux excitations RF des scans IRM de déclenchement. </li><li> Pour la sédation et la paralysie lors de l&#39;acquisition de données IRMf, utiliser un cocktail de dexmédétomidine (0,1mg / kg / h, ip) et le pancuronium (1 mg / kg / h, ip), combinée à une faible dose de l&#39;isoflurane à 0,5% pour éviter l&#39;activité épileptique 2. Pour la perfusion du médicament, une pompe à seringue compatible IRM doit être utilisée lorsque la pompe doit être placée dans l&#39;environnement magnétique. Alternativement, une pompe non compatible peut être placé à l&#39;extérieur de l&#39;environnement magnétique à condition que les tubes de cathéter étendu est utilisé. </li></ol> 3. IRMf Acquisition de données La troisième étape est l&#39;acquisition IRMf, y compris le positionnement, calage, analyses anatomiques, fonctionnelles et analyses. Un système 9.4 Tesla avec une bobine de surface maison est utilisé ici, bien que cette technique peut être adaptée à d&#39;autres systèmes à haut champ et le commerce fait bobines IRM. <ol><li> Insérez le rat dans le scanner et la position dans le centre de l&#39;aimant. Utilisez une image de boy-scout de trois avions de centrer précisément le rat dans l&#39;aimant par rapport aux régions du cerveau d&#39;intérêt, et FastMap calage à homoniser le champ magnétique au niveau des régions d&#39;intérêt. </li><li> Utilisez un T2 séquence RARE sagittale (FOV, 2,56 x 2,56 cm 2, la taille de la matrice, 256 x 256, épaisseur de coupe, 1,5 mm; TR / TE, de 1500 à 1511 ms; Facteur RARE, 8; flip Angle, 180 °) pour trouver l&#39;emplacement de la commissure antérieure, et aligner les images ultérieures à cet endroit. Alignez huit tranches scans seule balle GE-EPI (FOV, 2,56 x 2,56 cm 2; la taille de la matrice, 96 x 96, reconstruit à 128 x 128, l&#39;épaisseur de la tranche, 1mm; TR / TE, de 1000 à 1014 ms) à ce point avec orientation coronale. </li><li> Pour les analyses fonctionnelles, utiliser 70 balayages consécutifs PEV avec 1 seconde résolution temporelle synchronisée à la sortie de stimulation, mis à 20 secondes de repos, 10 stimulation de sec, puis 40 secondes de repos. Prévoir un minimum de 90 secondes entre les scans pour permettre la récupération neurovasculaire. Acquérir plusieurs balayages répétés à chaque paramètre de stimulation pour améliorer le rapport signal-sur-bruit en faisant la moyenne. Utilisez une série de scans factices (généralement 4-8) Immédiatement avant le balayage de la réduction du bruit. Confirmez la réponse BOLD au moment de l&#39;acquisition d&#39;image pour assurer le succès de l&#39;expérience en utilisant la méthode décrite dans l&#39;article 4, que la moyenne, coregistration et crâne-froid peuvent être ignorés dans ce cadre. </li><li> Après la numérisation fonctionnelle est terminée, utilisez une séquence pondérée en T2 RARE écho de spin (FOV, 2,56 x 2,56 cm 2, la taille de la matrice, 256 x 256, épaisseur de coupe, 1 mm; TR / TE, 2500/33 ms; moyennes, 8 ) pour mesurer la position anatomique de l&#39;électrode in vivo. Acquérir des coupes coronales et sagittales multiples pour mesurer la pointe de l&#39;artefact de l&#39;électrode le long antérieure / postérieure, axes ventrales médianes / latérales et dorsales / et confirmer le placement des électrodes. Microscopie à haute résolution par résonance magnétique (FOV, 1,8 x 1,28 cm, la taille de la matrice, 360 x 256, l&#39;épaisseur de la tranche, 0,5 mm; TR / TE, 2500/12.6 ms; facteur RARE, 8; moyennes, 280) peuvent être utilisés pour examiner la emplacement précis de l&#39;appareil de l&#39;électrode après avoir retiré ce qui concerneaux structures neuroanatomiques proximité et de confirmer l&#39;exactitude de positionnement des électrodes 3. </li></ol> 4. IRMf Traitement et analyse des données La quatrième étape est le traitement et l&#39;analyse des données d&#39;IRMf, y compris la production des cartes de réponse et de calcul pour cent BOLD changement de signal. Les programmes personnalisés s&#39;exécutant dans un environnement informatique (par exemple MATLAB) ou des outils logiciels IRMf commerciales (p. ex. SPM, FSL, ou AFNI) peuvent être utilisés. <ol><li> Commencez avec l&#39;image recalage et la moyenne des données de première intra-sujet par fréquence, suivie par toute-sujet. Remarque: Nous accomplissons cela en utilisant des codes de SPM. </li><li> Effectuer crâne de décapage pour enlever le tissu nonbrain utilisant région définie manuellement d&#39;intérêt (ROI) avec le signal seuil. Algorithmes crâne décapage automatiques peuvent être utilisés. </li><li> Dresser des cartes de réponse en calculant le coefficient de corrélation de la relation entre res BOLDponse au fil du temps et le paradigme de stimulation pour chaque voxel. Retarder le paradigme plusieurs secondes pour tenir compte des retards dans la réponse hémodynamique peut être nécessaire. Réglez le niveau significatif à P &lt;0,05 après correction de Bonferroni. D&#39;autres méthodes statistiques peuvent être utilisées. Correction pour les comparaisons multiples en utilisant la théorie des champs aléatoires ou correction au niveau du groupe sur la base de Gauss champ aléatoire peut être effectué à la place de la correction de Bonferroni pour une analyse plus sensible 4. Remarque: Le délai hémodynamique peut varier en fonction des zones cérébrales ciblées, des agents pharmacologiques utilisés, et des paramètres physiologiques. Il est essentiel de contrôler ces paramètres afin d&#39;éviter la variabilité intra-sujet et inter-sujets. </li><li> Quantifier la réponse BOLD en définissant un retour sur investissement pour extraire des données temps-cours. La moyenne de la variation du signal de pour cent pour tous les voxels à l&#39;intérieur de la même structure anatomique. Analyse voxel-sage à l&#39;aide du modèle linéaire général peut également être utilisé 5. </li></ol>

<ol>
	<li>Paxinos, G., Watson, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The rat brain in stereotaxic coordinates, 5th edition. , (2004).</li><li>Fukuda, M., Vazquez, A. L., Zong, X., Kim, S. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+the+alpha(2)-adrenergic+receptor+agonist+dexmedetomidine+on+neural,+vascular+and+BOLD+fMRI+responses+in+the+somatosensory+cortex.">Effects of the alpha(2)-adrenergic receptor agonist dexmedetomidine on neural, vascular and BOLD fMRI responses in the somatosensory cortex.</a> Eur. J. Neurosci. 37 (2), 80-95 (2013).</li><li>Lai, H. Y., Younce, J. R., Albaugh, D. L., Kao, Y. C., Shih, Y. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+MRI+reveals+frequency-dependent+responses+during+deep+brain+stimulation+at+the+subthalamic+nucleus+or+internal+globus+pallidus.">Functional MRI reveals frequency-dependent responses during deep brain stimulation at the subthalamic nucleus or internal globus pallidus.</a> NeuroImage. In press, (2013).</li><li>Frackowiak, R. S. 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> Human Brain Function. , (2004).</li><li>Poline, J. B., Brett, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+general+linear+model+and+fMRI:+does+love+last+forever.">The general linear model and fMRI: does love last forever.</a> NeuroImage. 62, 871-880 (2012).</li><li>Min, H. K., 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=Deep+brain+stimulation+induces+BOLD+activation+in+motor+and+non-motor+networks:+an+fMRI+comparison+study+of+STN+and+EN/GPi+DBS+in+large+animals.">Deep brain stimulation induces BOLD activation in motor and non-motor networks: an fMRI comparison study of STN and EN/GPi DBS in large animals.</a> NeuroImage. 63, 1408-1420 (2012).</li><li>Lozano, A. M., Lipsman, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Probing+and+Regulating+Dysfunctional+Circuits+Using+Deep+Brain+Stimulation.">Probing and Regulating Dysfunctional Circuits Using Deep Brain Stimulation.</a> Neuron. 77, 406-424 (2013).</li><li>DeLong, M., Wichmann, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deep+brain+stimulation+for+movement+and+other+neurologic+disorders.">Deep brain stimulation for movement and other neurologic disorders.</a> Ann. N.Y. Acad. Sci. 1265, 1-8 (2012).</li><li>Goodman, W. K., Alterman, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deep+brain+stimulation+for+intractable+psychiatric+disorders.">Deep brain stimulation for intractable psychiatric disorders.</a> Ann. Rev. Med. 63, 511-524 (2012).</li><li>Pizzolato, G., Mandat, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deep+brain+stimulation+for+movement+disorders.">Deep brain stimulation for movement disorders.</a> Front. Integr. Neurosci. 6, 2 (2012).</li><li>Logothetis, N. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What+we+can+do+and+what+we+cannot+do+with+fMRI.">What we can do and what we cannot do with fMRI.</a> Nature. 453, 869-878 (2008).</li><li>Li, Q., 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=Therapeutic+deep+brain+stimulation+in+Parkinsonian+rats+directly+influences+motor+cortex.">Therapeutic deep brain stimulation in Parkinsonian rats directly influences motor cortex.</a> Neuron. 76, 1030-1041 (2012).</li><li>Pan, W., Thompson, G., Magnuson, M., Majeed, W., Jaeger, D., Keilholz, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Simultaneous fMRI and Electrophysiology in the Rodent. (42), (2010).</li><li>Huttunen, J. K., Grohn, O., Penttonen, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coupling+between+simultaneously+recorded+BOLD+response+and+neuronal+activity+in+the+rat+somatosensory+cortex.">Coupling between simultaneously recorded BOLD response and neuronal activity in the rat somatosensory cortex.</a> NeuroImage. 39, 775-785 (2008).</li><li>Logothetis, N. K., Pauls, J., Augath, M., Trinath, T., Oeltermann, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neurophysiological+investigation+of+the+basis+of+the+fMRI+signal.">Neurophysiological investigation of the basis of the fMRI signal.</a> Nature. 412, 150-157 (2001).</li><li>Shih, Y. Y., 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+new+scenario+for+negative+functional+magnetic+resonance+imaging+signals:+endogenous+neurotransmission.">A new scenario for negative functional magnetic resonance imaging signals: endogenous neurotransmission.</a> J. Neurosci. 29, 3036-3044 (2009).</li><li>Shih, Y. Y., Wey, H. Y., De La Garza, B. H., Duong, T. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Striatal+and+cortical+BOLD,+blood+flow,+blood+volume,+oxygen+consumption,+and+glucose+consumption+changes+in+noxious+forepaw+electrical+stimulation.">Striatal and cortical BOLD, blood flow, blood volume, oxygen consumption, and glucose consumption changes in noxious forepaw electrical stimulation.</a> J. Cereb. Blood Flow Metab. 31, 832-841 (2011).</li><li>Shmuel, A., Augath, M., Oeltermann, A., Logothetis, N. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Negative+functional+MRI+response+correlates+with+decreases+in+neuronal+activity+in+monkey+visual+area+V1.">Negative functional MRI response correlates with decreases in neuronal activity in monkey visual area V1.</a> Nat. Neurosci. 9, 569-577 (2006).</li><li>Schridde, U., 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=Negative+BOLD+with+large+increases+in+neuronal+activity.">Negative BOLD with large increases in neuronal activity.</a> Cereb. Cortex. 18, 1814-1827 (2008).</li><li>Shmuel, 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=Sustained+negative+BOLD,+blood+flow+and+oxygen+consumption+response+and+its+coupling+to+the+positive+response+in+the+human+brain.">Sustained negative BOLD, blood flow and oxygen consumption response and its coupling to the positive response in the human brain.</a> Neuron. 36, 1195-1210 (2002).</li><li>Harel, N., Lee, S. -. P., Nagaoka, T., Kim, D. -. S., Kim, S. -. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Origin+of+negative+blood+oxygenation+level&#8211;dependent+fMRI+signals.">Origin of negative blood oxygenation level&#8211;dependent fMRI signals.</a> J. Cereb. Blood Flow Metab. 22, 908-917 (2002).</li><li>Lee, J. H., 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=Global+and+local+fMRI+signals+driven+by+neurons+defined+optogenetically+by+type+and+wiring.">Global and local fMRI signals driven by neurons defined optogenetically by type and wiring.</a> Nature. 465, 788-792 (2010).</li><li>Carmichael, D. W., 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=Functional+MRI+with+active,+fully+implanted,+deep+brain+stimulation+systems:+safety+and+experimental+confounds.">Functional MRI with active, fully implanted, deep brain stimulation systems: safety and experimental confounds.</a> NeuroImage. 37, 508-517 (2007).</li><li>Tagliati, 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=Safety+of+MRI+in+patients+with+implanted+deep+brain+stimulation+devices.">Safety of MRI in patients with implanted deep brain stimulation devices.</a> NeuroImage. 47 Suppl 2, 53-57 (2009).</li></ol>

Les auteurs n&#39;ont rien à révéler.

Simultanée DBS et IRMf représente une boîte à outils expérimental prometteur pour l&#39;identification et la caractérisation des réponses globales en aval à la stimulation des circuits neuronaux, in vivo. L&#39;avantage majeur de cette technique par rapport aux autres outils disponibles, tels que les enregistrements électrophysiologiques, réside dans le caractère relativement impartiale de l&#39;IRMf, où une zone vaste et diversifié du tissu cérébral peut être examiné pour la réactivité de DB...

Déterminer les effets globaux en aval de l&#39;activité des circuits neuronaux représente un défi majeur et un objectif pour de nombreux domaines de la neuroscience des systèmes. Un manque d&#39;outils sont actuellement disponibles répondent à ce besoin, et donc il ya une demande pour une plus grande accessibilité des montages expérimentaux appropriés. Une telle méthode pour évaluer la conséquence globale de l&#39;activation des circuits neuronaux repose sur l&#39;application simultanée de la stimulation cérébrale profonde électrique (DBS) et l&#39;IRM fonctionnelle (IRMf). DBS-IRMf permet la détection de réponses en aval de l&#39;activation du circuit à grande échelle spatiale, et peut être appliqué à pratiquement n&#39;importe quelle cible de stimulation. Cet ensemble d&#39;outils est très approprié pour des études précliniques traductionnelles, y compris la caractérisation de réponses à la stimulation à haute fréquence thérapeutique. En plus de l&#39;accès à un scanner IRM approprié, expériences réussies DBS-IRMf exigent l&#39;examen d&#39;un certain nombre de variables, y compris le type d&#39;électrode, la méthode de la sédation et de la maintenance des paramètres physiologiques. Par exemple, le choix de l&#39;électrode doit être fondée sur des facteurs liés à la stimulation efficacité (par exemple. Taille et la conductance de plomb, mono-vs bipolaire), ainsi que la compatibilité MR et l&#39;électrode taille d&#39;artefact. artefacts d&#39;électrodes varient en fonction du matériau d&#39;électrode, et la taille ainsi que la séquence de balayage utilisée; tests pré-expérimental complet doit être employée pour déterminer le type d&#39;électrode appropriée pour chaque étude. En général, les électrodes de tungstène de microfilaires sont recommandés pour ce protocole. Choix de paralytique et sédatif doit être fait pour immobiliser efficacement l&#39;animal et de réduire les effets de suppression de certains sédatifs sur le niveau de signal-en oxygène du sang (BOLD). Enfin, il est essentiel de maintenir l&#39;animal à des paramètres physiologiques optimales, y compris la température corporelle et la saturation en oxygène. Le protocole que nous avons développé pour DBSIRMf surmonte nombre de ces obstacles potentiels, et dans nos mains, fournit des résultats fiables et cohérents. De plus, ces procédures expérimentales peuvent être aisément adoptées pour la combinaison de l&#39;IRMf avec les méthodes de stimulation de substitution, y compris une stimulation optogenetic.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="573">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:216px;">Isoflurane (Forane)</td>
			<td style="width:71px;">Baxter</td>
			<td style="width:119px;">1001936060</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:216px;">Dexmedetomidine (Dexdomitor)</td>
			<td style="width:71px;">Pfizer</td>
			<td style="width:119px;">145108-58-3</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:216px;">Pancuronium Bromide</td>
			<td style="width:71px;">Selleckchem</td>
			<td style="width:119px;">S2497</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:216px;">9.4T Small Animal MRI</td>
			<td style="width:71px;">Bruker</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;">BioSpec System with BGA-9S gradient</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:216px;">Sterotactic Frame</td>
			<td style="width:71px;">Kopf</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;">Model 962</td>
		</tr>
		<tr height="22">
			<td height="22" style="height:22px;width:216px;">Small Animal Ventilator</td>
			<td style="width:71px;">CWE, Inc.&#160;</td>
			<td style="width:119px;">12-02100</td>
			<td style="width:167px;">Model SAR-830</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:216px;">Dental Cement</td>
			<td style="width:71px;">A-M Systems</td>
			<td style="width:119px;">525000</td>
			<td style="width:167px;">Teets Cold Curing</td>
		</tr>
		<tr height="85">
			<td height="85" style="height:85px;width:216px;">MouseOx Plus System</td>
			<td style="width:71px;">STARR Life Science Corp.</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:216px;">Capnometer</td>
			<td style="width:71px;">Surgivet, Smith Medical</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;">V9004 Series</td>
		</tr>
		<tr height="85">
			<td height="85" style="height:85px;width:216px;">Stimulus Isolator</td>
			<td style="width:71px;">World Precision Instruments</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;">Model A365</td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:216px;">MR-compatible Brass Screws</td>
			<td style="width:71px;">McMaster Carr</td>
			<td>94070A031</td>
			<td style="width:167px;">0-80 thread size, 1/4 inch. Can be cut to desired length.</td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:216px;">Tungsten Wire</td>
			<td style="width:71px;">California Fine Wire Company</td>
			<td>100211</td>
			<td style="width:167px;">Used to construct MR-compatible stimulating microelectrode</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:216px;">Syringe Pump</td>
			<td style="width:71px;">Harvard Appartus</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;">Model PHD 2000 (not MRI-compatible)</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

deep brain stimulation with simultaneous fmri in rodents

Afin de visualiser les réponses neuronales mondiaux et en aval à la stimulation cérébrale profonde (DBS) à différents objectifs, nous avons mis au point un protocole pour l&#39;utilisation de niveau d&#39;oxygène dans le sang (BOLD) d&#39;imagerie par résonance magnétique fonctionnelle (IRMf) à l&#39;image des rongeurs avec simultanée DBS. DBS IRMf présente un certain nombre de défis techniques, y compris la précision de l&#39;implantation d&#39;électrodes, artefacts MR créés par l&#39;électrode, le choix de l&#39;anesthésie et de paralysie de minimiser les effets neuronaux tout en éliminant les mouvements des animaux, et l&#39;entretien des paramètres physiologiques, déviation à partir de laquelle peuvent confondre l&#39; le signal BOLD. Notre laboratoire a mis au point un ensemble de procédures qui sont capables de surmonter la plupart de ces problèmes éventuels. Pour une stimulation électrique, une maison de tungstène bipolaire microélectrode est utilisé, inséré par stéréotaxie au site de stimulation dans le sujet anesthésié. En préparation de l&#39;imagerie, les rongeurs sont fixés sur une pièce de tête en matière plastique ettransféré à l&#39;alésage de l&#39;aimant. Pour la sédation et la paralysie pendant le balayage, un cocktail de dexmédétomidine et pancuronium est infusé en continu, avec une dose minimale de l&#39;isoflurane, cette préparation minimise l&#39;effet de plafond BOLD d&#39;anesthésiques volatiles. Dans cet exemple, l&#39;expérience, la stimulation du noyau sous-thalamique (STN) produit des réponses GRAS qui sont observées principalement dans les régions corticales ipsilatérales, centrée sur le cortex moteur. Simultanée DBS et l&#39;IRMf permet la modulation sans ambiguïté des circuits neuronaux en fonction du site de stimulation et des paramètres de stimulation, et permet l&#39;observation des modulations neuronales libres de partialité régionale. Cette technique peut être utilisée pour étudier les effets en aval de la modulation de circuits neuronaux à presque n&#39;importe quel région du cerveau, avec des implications pour la clinique et expérimentale DBS.

Des données fonctionnelles représentatives ont été acquis selon le protocole ci-dessus dans un seul rat avec une électrode de stimulation implantée sur le noyau sous-thalamique sur le côté droit. Une illustration de la configuration essentielle pour l&#39;acquisition d&#39;images IRMf DBS est fournie à la figure 1. La stimulation a été appliqué en accord avec le protocole ci-dessus, avec une amplitude de 0,3 mA, la fréquence de 130 Hz et la durée d&#39;impulsion de 0,09 ms. Activation robu...

Watch this Scientific Journal Video about Deep Brain Stimulation with Simultaneous fMRI in Rodents at JoVE.com

Deep Brain Stimulation with Simultaneous fMRI in Rodents

Ce protocole décrit un procédé standard pour l&#39;imagerie fonctionnelle simultanée de résonance magnétique et la stimulation cérébrale profonde dans le rongeur. L&#39;utilisation combinée de ces outils expérimentaux permet l&#39;exploration de l&#39;activité aval mondiale en réponse à une stimulation électrique à pratiquement n&#39;importe quelle cible de cerveau.

La stimulation cérébrale profonde avec simultanée IRMf chez les rongeurs

In order to visualize the global and downstream neuronal responses to deep brain stimulation (DBS) at various targets, we have developed a protocol for ...

deep-brain-stimulation-with-simultaneous-fmri-in-rodents

Research

JoVE Journal

Neuroscience

14.0K vues.  University of North Carolina.  Ce protocole décrit un procédé standard pour l'imagerie fonctionnelle simultanée de résonance magnétique et la stimulation cérébrale profonde dans le rongeur. L'utilisation combinée de ces outils expérimentaux permet l'exploration de l'activité aval mondiale en réponse à une stimulation électrique à pratiquement n'importe quelle cible de cerveau. 

Vidéo: Deep Brain Stimulation with Simultaneous fMRI in Rodents

Simultaneous fMRI and Electrophysiology in the Rodent Brain

To examine the neural basis of the blood oxygenation level dependent (BOLD) magnetic resonance imaging (MRI) signal, we have developed a rodent model in which functional MRI data and in vivo intracortical recording can be performed simultaneously. The combination of MRI and electrical recording is technically challenging because the electrodes used for recording distort the MRI images and the MRI acquisition induces noise in the electrical recording. To minimize the mutual interference of the two modalities, glass microelectrodes were used rather than metal and a noise removal algorithm was implemented for the electrophysiology data. In our studies, two microelectrodes were separately implanted in bilateral primary somatosensory cortices (SI) of the rat and fixed in place. One coronal slice covering the electrode tips was selected for functional MRI. Electrode shafts and fixation positions were not included in the image slice to avoid imaging artifacts. The removed scalp was replaced with toothpaste to reduce susceptibility mismatch and prevent Gibbs ringing artifacts in the images. The artifact structure induced in the electrical recordings by the rapidly-switching magnetic fields during image acquisition was characterized by averaging all cycles of scans for each run. The noise structure during imaging was then subtracted from original recordings. The denoised time courses were then used for further analysis in combination with the fMRI data. As an example, the simultaneous acquisition was used to determine the relationship between spontaneous fMRI BOLD signals and band-limited intracortical electrical activity. Simultaneous fMRI and electrophysiological recording in the rodent will provide a platform for many exciting applications in neuroscience in addition to elucidating the relationship between the fMRI BOLD signal and neuronal activity.

We have developed a method for simultaneous functional magnetic resonance imaging and electrophysiological recording in the rodent brain, providing a platform for the investigation of the relationship between neural activity and the blood oxygenation level dependent (BOLD) MRI signal.

IRMf simultanées et l&#39;électrophysiologie dans le cerveau de rongeurs

To examine the neural basis of the blood oxygenation level dependent (BOLD) magnetic resonance imaging (MRI) signal, we have developed a rodent model in ...

Recherche

Neurosciences

Design and Construction of a Cost Effective Headstage for Simultaneous Neural Stimulation and Recording in the Water Maze

Headstage preamplifiers and source followers are commonly used to study neural activity in behavioral neurophysiology experiments. Available commercial products are often expensive, not easily customized, and not submersible. Here we describe a method to design and build a customized, integrated circuit headstage for simultaneous 4-channel neural recording and 2-channel simulation in awake, behaving animals. The headstage is designed using a free, commercially available CAD-type design package, and can be modified easily to accommodate different scales (e.g. to add channels). A customized printed circuit board is built using surface mount resistors, capacitors and operational amplifiers to construct the unity gain source follower circuit. The headstage is made water-proof with a combination of epoxy, parafilm and a synthetic rubber putty. We have successfully used this device to record local field potentials and stimulate different brain regions simultaneously via independent channels in rats swimming in a water maze. The total cost is &lt; $30/unit and can be manufactured readily.

We present a low-cost method to design and construct a light headstage pre-amplifier system with simultaneous neural recording and stimulation capability. This device can be waterproofed for use in swimming animals.

Conception et construction d&#39;un Headstage rentable pour la stimulation neuronale et enregistrement simultanés dans le labyrinthe de l&#39;eau

Headstage preamplifiers and source followers are commonly used to study neural activity in behavioral neurophysiology experiments. Available commercial ...

Combining Transcranial Magnetic Stimulation and fMRI to Examine the Default Mode Network

The default mode network is a group of brain regions that are active when an individual is not focused on the outside world and the brain is at "wakeful rest."1,2,3 It is thought the default mode network corresponds to self-referential or "internal mentation".2,3
It has been hypothesized that, in humans, activity within the default mode network is correlated with certain pathologies (for instance, hyper-activation has been linked to schizophrenia 4,5,6 and autism spectrum disorders 7 whilst hypo-activation of the network has been linked to Alzheimer's and other neurodegenerative diseases 8). As such, noninvasive modulation of this network may represent a potential therapeutic intervention for a number of neurological and psychiatric pathologies linked to abnormal network activation. One possible tool to effect this modulation is Transcranial Magnetic Stimulation: a non-invasive neurostimulatory and neuromodulatory technique that can transiently or lastingly modulate cortical excitability (either increasing or decreasing it) via the application of localized magnetic field pulses.9
In order to explore the default mode network's propensity towards and tolerance of modulation, we will be combining TMS (to the left inferior parietal lobe) with functional magnetic resonance imaging (fMRI). Through this article, we will examine the protocol and considerations necessary to successfully combine these two neuroscientific tools.

In this article, we examine the methodology and considerations relevant to the combination of TMS and fMRI to examine the effects of brain stimulation on the default network.

Alliant la stimulation magnétique transcrânienne et l&#39;IRMf pour examiner le réseau en mode par défaut

The default mode network is a group of brain regions that are active when an individual is not focused on the outside world and the brain is at "wakeful ...

TMS: Using the Theta-Burst Protocol to Explore Mechanism of Plasticity in Individuals with Fragile X Syndrome and Autism

Fragile X Syndrome (FXS), also known as Martin-Bell Syndrome, is a genetic abnormality found on the X chromosome.1,2 Individuals suffering from FXS display abnormalities in the expression of FMR1 - a protein required for typical, healthy neural development.3 Recent data has suggested that the loss of this protein can cause the cortex to be hyperexcitable thereby affecting overall patterns of neural plasticity.4,5
In addition, Fragile X shows a strong comorbidity with autism: in fact, 30% of children with FXS are diagnosed with autism, and 2 - 5% of autistic children suffer from FXS.6
Transcranial Magnetic Stimulation (a non-invasive neurostimulatory and neuromodulatory technique that can transiently or lastingly modulate cortical excitability via the application of localized magnetic field pulses 7,8) represents a unique method of exploring plasticity and the manifestations of FXS within affected individuals. More specifically, Theta-Burst Stimulation (TBS), a specific stimulatory protocol shown to modulate cortical plasticity for a duration up to 30 minutes after stimulation cessation in healthy populations, has already proven an efficacious tool in the exploration of abnormal plasticity.9,10 
Recent studies have shown the effects of TBS last considerably longer in individuals on the autistic spectrum - up to 90 minutes.11 This extended effect-duration suggests an underlying abnormality in the brain's natural plasticity state in autistic individuals - similar to the hyperexcitability induced by Fragile X Syndrome.
In this experiment, utilizing single-pulse motor-evoked potentials (MEPs) as our benchmark, we will explore the effects of both intermittent and continuous TBS on cortical plasticity in individuals suffering from FXS and individuals on the Autistic Spectrum.

In this article, we examine the effects of Theta-Burst TMS stimulation on cortical plasticity in individuals suffering from Fragile X syndrome and individuals on the autistic spectrum.

TMS: Utilisation du protocole Theta-Burst à explorer Mechasnism de la plasticité chez les individus atteints du syndrome du X fragile et autisme

Fragile X Syndrome (FXS), also known as Martin-Bell Syndrome, is a genetic abnormality found on the X chromosome.1,2 Individuals suffering from FXS ...

The NeuroStar TMS Device: Conducting the FDA Approved Protocol for Treatment of Depression

The Neuronetics NeuroStar Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) System is a class II medical device that produces brief duration, pulsed magnetic fields. These rapidly alternating fields induce electrical currents within localized, targeted regions of the cortex which are associated with various physiological and functional brain changes.1,2,3
In 2007, O'Reardon et al., utilizing the NeuroStar device, published the results of an industry-sponsored, multisite, randomized, sham-stimulation controlled clinical trial in which 301 patients with major depression, who had previously failed to respond to at least one adequate antidepressant treatment trial, underwent either active or sham TMS over the left dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC). The patients, who were medication-free at the time of the study, received TMS five times per week over 4-6 weeks.4
The results demonstrated that a sub-population of patients (those who were relatively less resistant to medication, having failed not more than two good pharmacologic trials) showed a statistically significant improvement on the Montgomery-Asberg Depression Scale (MADRS), the Hamilton Depression Rating Scale (HAMD), and various other outcome measures. In October 2008, supported by these and other similar results5,6,7, Neuronetics obtained the first and only Food and Drug Administration (FDA) approval for the clinical treatment of a specific form of medication-refractory depression using a TMS Therapy device (FDA approval K061053).
In this paper, we will explore the specified FDA approved NeuroStar depression treatment protocol (to be administered only under prescription and by a licensed medical profession in either an in- or outpatient setting).

In this article, we examine the methodology and considerations relevant to the FDA approved depression treatment protocol using the Neuronetics NeuroStar TMS device.

Le dispositif NeuroStar TMS: Mener la FDA a approuvé protocole pour le traitement de la dépression

The Neuronetics NeuroStar Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) System is a class II medical device that produces brief duration, pulsed magnetic ...

Analysis of Gene Expression Changes in the Rat Hippocampus After Deep Brain Stimulation of the Anterior Thalamic Nucleus

Deep brain stimulation (DBS) surgery, targeting various regions of the brain such as the basal ganglia, thalamus, and subthalamic regions, is an effective treatment for several movement disorders that have failed to respond to medication. Recent progress in the field of DBS surgery has begun to extend the application of this surgical technique to other conditions as diverse as morbid obesity, depression and obsessive compulsive disorder. Despite these expanding indications, little is known about the underlying physiological mechanisms that facilitate the beneficial effects of DBS surgery. One approach to this question is to perform gene expression analysis in neurons that receive the electrical stimulation. Previous studies have shown that neurogenesis in the rat dentate gyrus is elicited in DBS targeting of the anterior nucleus of the thalamus1. DBS surgery targeting the ATN is used widely for treatment refractory epilepsy. It is thus of much interest for us to explore the transcriptional changes induced by electrically stimulating the ATN. In this manuscript, we describe our methodologies for stereotactically-guided DBS surgery targeting the ATN in adult male Wistar rats. We also discuss the subsequent steps for tissue dissection, RNA isolation, cDNA preparation and quantitative RT-PCR for measuring gene expression changes. This method could be applied and modified for stimulating the basal ganglia and other regions of the brain commonly clinically targeted. The gene expression study described here assumes a candidate target gene approach for discovering molecular players that could be directing the mechanism for DBS.

The mechanism underlying the therapeutic effects of Deep Brain Stimulation (DBS) surgery needs investigation. The methods presented in this manuscript describe an experimental approach to examine the cellular events triggered by DBS by analyzing the gene expression profile of candidate genes that can facilitate neurogenesis post DBS surgery.

Analyse des modifications d&#39;expression génique dans l&#39;hippocampe de rat après stimulation cérébrale profonde de l&#39;antérieur thalamique Nucleus

Deep brain stimulation (DBS) surgery, targeting various regions of the brain such as the basal ganglia, thalamus, and subthalamic regions, is an effective ...

Acrylic Resin Molding Based Head Fixation Technique in Rodents

Head fixation is a technique of immobilizing animal's head by attaching a head-post on the skull for rigid clamping. Traditional head fixation requires surgical attachment of metallic frames on the skull. The attached frames are then clamped to a stationary platform resulting in immobilization of the head. However, metallic frames for head fixation have been technically difficult to design and implement in general laboratory environment. In this study, we provide a novel head fixation method. Using a custom-made head fixation bar, head mounter is constructed during implantation surgery. After the application of acrylic resin for affixing implants such as electrodes and cannula on the skull, additional resins applied on top of that to build a mold matching to the port of the fixation bar. The molded head mounter serves as a guide rails, investigators conveniently fixate the animal&#8217;s head by inserting the head mounter into the port of the fixation bar. This method could be easily applicable if implantation surgery using dental acrylics is necessary and might be useful for laboratories that cannot easily fabricate CNC machined metal head-posts.

Traditional head fixation techniques have used metallic frames attached on the skull as an interface for head fixation apparatus. This protocol demonstrates a frameless, acrylic resin molding based head fixation technique for behavioral tasks in rodents.

Acrylique mouler à base Chef Fixation Technique chez les rongeurs

Head fixation is a technique of immobilizing animal's head by attaching a head-post on the skull for rigid clamping. Traditional head fixation requires ...

Transcranial Electrical Brain Stimulation in Alert Rodents

Transcranial electrical brain stimulation can modulate cortical excitability and plasticity in humans and rodents. The most common form of stimulation in humans is transcranial direct current stimulation (tDCS). Less frequently, transcranial alternating current stimulation (tACS) or transcranial random noise stimulation (tRNS), a specific form of tACS using an electrical current applied randomly within a pre-defined frequency range, is used. The increase of noninvasive electrical brain stimulation research in humans, both for experimental and clinical purposes, has yielded an increased need for basic, mechanistic, safety studies in animals. This article describes a model for transcranial electrical brain stimulation (tES) through the intact skull targeting the motor system in alert rodents. The protocol provides step-by-step instructions for the surgical set-up of a permanent epicranial electrode socket combined with an implanted counter electrode on the chest. By placing a stimulation electrode into the epicranial socket, different electrical stimulation types, comparable to tDCS, tACS, and tRNS in humans, can be delivered. Moreover, the practical steps for tES in alert rodents are introduced. The applied current density, stimulation duration, and stimulation type may be chosen depending on the experimental needs. The caveats, advantages, and disadvantages of this set-up are discussed, as well as safety and tolerability aspects.

This protocol describes a surgical set-up for a permanent epicranial electrode socket and an implanted chest electrode in rodents. By placing a second electrode into the socket, different types of transcranial electrical brain stimulation can be delivered to the motor system in alert animals through the intact skull.

Stimulation transcrânienne électrique cérébrale chez les rongeurs alertes

Transcranial electrical brain stimulation can modulate cortical excitability and plasticity in humans and rodents. The most common form of stimulation in ...

Real-Time fMRI Brain Mapping in Animals

Dynamic fMRI responses vary largely according to the physiological conditions of animals either under anesthesia or in awake states. We developed a real-time fMRI platform to guide experimenters to monitor fMRI responses instantaneously during acquisition, which can be used to modify the physiology of animals to achieve desired hemodynamic responses in animal brains. The real-time fMRI set-up is based on a 14.1T preclinical MRI system, enabling the real-time mapping of dynamic fMRI responses in the primary forepaw somatosensory cortex (FP-S1) of anesthetized rats. Instead of a retrospective analysis to investigate confounding sources leading to the variability of fMRI signals, the real-time fMRI platform provides a more effective scheme to identify dynamic fMRI responses using customized macro-functions and a common neuroimage analysis software in the MRI system. Also, it provides immediate troubleshooting feasibility and a real-time biofeedback stimulation paradigm for brain functional studies in animals.

Animal brain functional mapping can benefit from the real-time functional magnetic resonance imaging (fMRI) experimental set-up. Using the latest software implemented in the animal MRI system, we established a real-time monitoring platform for small animal fMRI.

Cartographie cérébrale IRMf en temps réel chez les animaux

Dynamic fMRI responses vary largely according to the physiological conditions of animals either under anesthesia or in awake states. We developed a ...

In vivo Positron Emission Tomography to Reveal Activity Patterns Induced by Deep Brain Stimulation in Rats

Deep brain stimulation (DBS) is an invasive neurosurgical technique based on the application of electrical pulses to brain structures involved in the patient&#39;s pathophysiology. Despite the long history of DBS, its mechanism of action and appropriate protocols remain unclear, highlighting the need for research aiming to solve these enigmas. In this sense, evaluating the in vivo effects of DBS using functional imaging techniques represents a powerful strategy to determine the impact of stimulation on brain dynamics. Here, an experimental protocol for preclinical models (Wistar rats), combined with a longitudinal study [18F]-fluorodeoxyclucose positron emission tomography (FDG-PET), to assess the acute consequences of DBS on brain metabolism is described. First, animals underwent stereotactic surgery for bilateral implantation of electrodes into the prefrontal cortex. A post-surgical computerized tomography (CT) scan of each animal was acquired to verify electrode placement. After one week of recovery, a first static FDG-PET of each operated animal without stimulation (D1) was acquired, and two days later (D2), a second FDG-PET was acquired while animals were stimulated. For that, the electrodes were connected to an isolated stimulator after administering FDG to the animals. Thus, animals were stimulated during the FDG uptake period (45 min), recording the acute effects of DBS on brain metabolism. Given the exploratory nature of this study, FDG-PET images were analyzed by a voxel-wise approach based on a paired T-test between D1 and D2 studies. Overall, the combination of DBS and imaging studies allows describing the neuromodulation consequences on neural networks, ultimately helping to unravel the conundrums surrounding DBS.

In vivo Positron Emission Tomography to Reveal Activity Patterns Induced by Deep Brain Stimulation in Rats

We describe a preclinical experimental method to evaluate metabolic neuromodulation induced by acute deep brain stimulation with in vivo FDG-PET. This manuscript includes all experimental steps, from stereotaxic surgery to the application of the stimulation treatment and the acquisition, processing, and analysis of PET images.

In vivo Tomographie par émission de positons pour révéler les schémas d’activité induits par la stimulation cérébrale profonde chez le rat

Deep brain stimulation (DBS) is an invasive neurosurgical technique based on the application of electrical pulses to brain structures involved in the ...