Name: deep brain stimulation with simultaneous fmri in rodents
Uploaded: 2014-02-15T14:00:00
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Agradecemos Shaili Jha e Heather Decot para a assistência com as filmagens.

Declaração de Ética: Este procedimento está de acordo com os Institutos Nacionais de Saúde Diretrizes para a Pesquisa Animal (Guia para o Cuidado e Uso de Animais de Laboratório) e é aprovado pela Universidade do Comitê Animal Care e Use Institucional Carolina do Norte. 1. Eletrodo Implantação O primeiro passo é a implantação do eletrodo. Neste passo, um eléctrodo é unilateralmente implantado no núcleo subtalâmico (STN), um pequeno núcleo com sign...

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	<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. 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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>

DBS simultânea e fMRI representa uma ferramenta experimental promissor para a identificação e caracterização de respostas globais a jusante à estimulação circuito neural, in vivo. A principal vantagem desta técnica em relação a outras ferramentas disponíveis, tais como registos electrofisiolicos, reside na natureza relativamente imparcial de RMf, em que um grande e diverso área de tecido cerebral pode ser examinado para a capacidade de resposta de DBS em qualquer alvo. Embora o protocolo descrito ?...

Determinar os efeitos a jusante globais de atividade circuito neural representa um grande desafio e meta para muitas áreas da neurociência de sistemas. A escassez de ferramentas estão disponíveis no momento que atender a essa necessidade, e, assim, há uma demanda para o aumento da acessibilidade das montagens experimentais apropriados. Um tal método para avaliar a conseqüência global de ativação do circuito neural depende da aplicação simultânea de Estimulação Cerebral Profunda elétrica (DBS) e ressonância magnética funcional (fMRI). DBS-RMf permite a detecção de respostas a jusante para a activação do circuito de uma forma extensiva, e pode ser aplicada em praticamente qualquer alvo estimulação. Este conjunto de ferramentas é altamente adequado para estudos pré-clínicos translacionais, incluindo a caracterização das respostas à estimulação terapêutica de alta frequência. Além do acesso a um scanner de ressonância magnética adequado, as experiências bem-sucedidas DBS-fMRI exigem a consideração de uma série de variables, incluindo tipo de eletrodo, o método de sedação e manutenção de parâmetros fisiológicos. Por exemplo, a escolha do eléctrodo deve ser com base em factores relacionados com a eficácia da estimulação (por exemplo, tamanho. Chumbo e condutância, mono-vs bipolar), bem como a compatibilidade MR e eléctrodo tamanho artefato. Artefactos de eléctrodos variar de acordo com o material de eléctrodo e tamanho, bem como a sequência de verificação utilizado; testes pré-experimental completo deve ser empregue para determinar o tipo de eléctrodo apropriada para cada estudo. Em geral, os eletrodos de tungstênio microfios são recomendados para esse protocolo. Escolha do paralítico e sedativo deve ser feita de forma eficaz para imobilizar o animal e reduzir os efeitos supressivos de certos sedativos em sinal de nível de oxigênio no sangue-dependente (BOLD). Por último, é fundamental para manter o animal em parâmetros fisiológicos ideais, incluindo a temperatura do corpo e saturação de oxigênio. O protocolo que se desenvolveram para DBS-FMRI supera muitos desses obstáculos potenciais, e em nossas mãos, fornece resultados robustos e consistentes. Além disso, esses procedimentos experimentais podem ser facilmente adoptado para a combinação de métodos de estimulação com RMf alternativos, incluindo a estimulação 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

Para visualizar as respostas neuronais globais ea jusante a estimulação profunda do cérebro (DBS) em vários alvos, desenvolvemos um protocolo para a utilização de nível de oxigênio no sangue dependente (BOLD) a ressonância magnética funcional (fMRI) para roedores de imagem com simultânea DBS. DBS fMRI apresenta uma série de desafios técnicos, incluindo a precisão de implante de eletrodos, artefatos MR criados pelo eletrodo, a escolha de anestesia e paralítico para minimizar os efeitos neuronais, eliminando simultaneamente o movimento animal, ea manutenção de parâmetros fisiológicos, desvio que pode confundir o sinal BOLD. Nosso laboratório tem desenvolvido um conjunto de procedimentos que são capazes de superar a maioria destes possíveis problemas. Para a estimulação elétrica, um caseiro de microeletrodos bipolar tungstênio é usado, inserido estereotaxicamente no local estimulação no assunto anestesiado. Em preparação para a imagiologia, os roedores são fixados num capacete e plásticotransferido para o magneto. Para sedação e paralisia durante a digitalização, um coquetel de dexmedetomidina e pancurônio é continuamente infundido, juntamente com uma dose mínima de isoflurano; esta preparação minimiza o efeito BOLD teto de anestésicos voláteis. Neste exemplo experimento, a estimulação do núcleo subtalâmico (STN) produz respostas BOLD que são observadas principalmente em regiões corticais ipsilaterais, centrado no córtex motor. DBS simultânea e fMRI permite a modulação inequívoca dos circuitos neurais dependentes da localização estímulo e parâmetros de estimulação, e permite a observação de modulações neuronais livres de viés regional. Esta técnica pode ser usada para explorar os efeitos a jusante da modulação circuitos neurais em praticamente qualquer região do cérebro, com implicações tanto experimental e clínica DBS.

Dados funcionais representativos foram adquiridos de acordo com o protocolo acima num rato com um eléctrodo estimulante implantado para o núcleo subtalâmico, no lado direito. Uma ilustração de instalação essencial para a aquisição da imagem DBS fMRI é fornecido na Figura 1. A estimulação foi aplicada de acordo com o protocolo de cima, com uma amplitude de 0,3 mA, a frequência de 130 Hz e de largura de pulso de 0,09 ms. Ativação robusto do córtex motor ipsilateral tem sido consistentement...

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Deep Brain Stimulation with Simultaneous fMRI in Rodents

Este protocolo descreve um método padrão para simultânea ressonância magnética funcional e estimulação cerebral profunda no roedor. O uso combinado dessas ferramentas experimentais permite a exploração de actividade a jusante global em resposta à estimulação elétrica em praticamente qualquer alvo cérebro.

Estimulação Cerebral Profunda com fMRI simultâneo em Roedores

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

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Simultaneous fMRI and Electrophysiology in the Rodent Brain

FMRI simultânea e Eletrofisiologia no cérebro de roedores

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

Neurociência

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

Concepção e Construção de um Headstage Custo Efetivo de Estimulação Neural Simultânea e Gravação no labirinto aquático

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

Combinando Estimulação Magnética Transcraniana e fMRI para o Exame da rede de modo padrão

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

TMS: Usando o protocolo Theta-Burst para Explorar Mechasnism de Plasticidade em Indivíduos com Síndrome do X Frágil e Autismo

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 ...

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O dispositivo NeuroStar TMS: Conduzindo a FDA Aprovado protocolo para o tratamento da depressão

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

Análise das Alterações Gene expressão no Rat Hippocampus Após Estimulação Cerebral Profunda do 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 ...

Acrylic Resin Molding Based Head Fixation Technique in Rodents

Cabeça de base acrílica Resina de moldagem técnica de fixação em roedores

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Transcranial Electrical Brain Stimulation in Alert Rodents

Estimulação transcraniana de elétrica cerebral em roedores alertas

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

Measuring and Manipulating Functionally Specific Neural Pathways in the Human Motor System with Transcranial Magnetic Stimulation

Medir e manipular vias neurais funcionalmente específicas no sistema motor humano com estimulação magnética transcraniana

Understanding interactions between brain areas is important for the study of goal-directed behavior. Functional neuroimaging of brain connectivity has ...

Real-Time fMRI Brain Mapping in Animals

Mapeamento cerebral por fMRI em tempo real em animais

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