אנו מודים Shaili Jha והת&#39;ר Decot לקבלת סיוע בצילומים.

הצהרת אתיקה: הליך זה הוא בהתאם למכונים הלאומיים לבריאות הנחיות למחקר בבעלי חיים (מדריך לטיפול והשימוש בחי מעבדה), והוא אושר על ידי האוניברסיטה של ​​ועדת טיפול בבעלי חיים ושימוש המוסדית צפון קרוליינה. 1. השתלת האלקטרודה הצעד הראשון הוא השתלת אלקטרודה. בשלב זה, האלקטרודה מושתלת באופן חד צדדי לתוך גרעין subthalamic (STN), גרעין קטן עם משמעות translational לטיפול במחלת פרקינסון באמצעות השיטות הבאות: <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לעקר את כל הציוד כירורגי באמצעות החיטוי, או תמיסת חיטוי בי מעוקר אינו אפשרי (למשל על סטריליות אלקטרודה) הערה:. זה ניתוח הישרדות לטווח קצר, ולכן טכניקת aseptic היא חיונית. לאחר ניתוח, ניתן הדמיה בעלי חיים לאחר תקופה קצרה התאוששות (48 שעות) או עד מספר שבועות מאוחר יותר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להרדים את העכברוש (חולדות המבוגרת ספראג-Dawley 250-400 ז) באמצעות isoflurane 2.5% מנוהל באמצעות אינטובציה endotracheal והנשמה של בעלי חיים קטנים. תקן את החולדה למסגרת ניתוחית stereotactic ולהכין את האתר תוך שימוש בטכניקות הניתוחי מזוהמות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להכין ולהבטיח כי האלקטרודה היא סטרילי. האלקטרודה Microwire טונגסטן 2 ערוצי תוצרת בית משמשת לצורך הליך זה, אם כי סוגי האלקטרודה MRI תואם רבים יעבדו. סוג האלקטרודה משמש עשוי להשפיע על האזור של רקמה הפגועה באופן מכאני על ידי ההליך, באזור של רקמת מגורה, והדיוק של השתלה, וכך להשפיע על תוצאת הניסוי הכוללת. אם סוג האלקטרודה הוא לא מסוגל להיות autoclaved, השתמש povidone-יוד חיטוי לעקר את האלקטרודה ככל אפשרי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מספריים באמצעות להסיר את הקרקפת על האתר של השתלה בקוטר של כ 1.5 סנטימטר, לחשוף גבחת ולמבדה בגולגולת. הסר את השריר וfascia שמעל הגולגולתולהפסיק את כל דימום באמצעות electrocautery. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לגרד את פני השטח הגולגולת בכיוונים רבים עם אזמל כדי לשפר את ההידבקות של דבק דנטלי (שלב 1.8). רמת גבחת ומבדה בכיוון האופקי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> . למקד STN, ב3.6 מ&quot;מ אחורי לגבחת ו2.5 מ&quot;מ לרוחב קו אמצע, להשתמש במקדחה חשמלית קטן שקצו כדי ליצור חור בר מדידה כ 1.5 מ&quot;מ קוטר הערה: המיקום המדויק של STN בהתייחסות לstereotaxic קואורדינטות רשאי להשתנות על ידי זן של עכברים, משקל, ומין. יש להשתמש בחולדות מבוגרים מאותו המין כדי למזער כל שינוי במיקום. במידת האפשר, יש להשתמש בסריקות אנטומיים טרום מבצעיות או הקלטות חשמל במהלך ניתוח כדי לזהות את מיקום STN על בסיס נושא בודד. יתר על כן, אתרי סיום אלקטרודה צריכים להיות מאומתים בהיסטולוגיה כדי להבטיח דיוק היעד. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להפוך בזהירות חתך בדורה, ולהשתמש במלקחיים בוטים קטנים כדי להזיז את הדורה לצדדים של החור דואר. לעצור כל דימום באמצעות צמר גפן סטרילי טבול בתמיסת מלח. יצירת חורים לברגים אחד או יותר MR-תואמים) ולהכניס אותם בעדינות בגולגולת עד שהם יציבים. ברגים עשויים להיות ממוקמים בכל מקום שבו הם לא ישבשו את המיקום של המחבר החיצוני לאלקטרודה DBS (למשל. לא ישירות מאחורי ipsilateral STN לאלקטרודה). אנו ממליצים מיקומים בקצוות לרוחב של הגולגולת, באופן אידיאלי ישירות אחוריים לתפר למבדה. בשלב זה, את הגולגולת היא עבה יחסית, מפחיתה את הסבירות שברגים יהיו נזק הקליפה &quot;הערה:. ברגי פליז לחתוך ל 4-5 מ&quot;מ האורך משמשים בפרוטוקול זה, אם כי ברגי פלסטיק גם מתאימים. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים את האלקטרודה על זרוע stereotactic, להבטיח כי הוא ישר ואנכי. לגעת באלקטרודה לגבחת, ואז להעביר את האלקטרודה אחורית בדיוק 3.6 מ&quot;מ לגבחת ו2.5 מ&quot;מ לרוחב קו אמצע ולגעת במשטח קליפת המוחעם אלקטרודה. ממשטח קליפת המוח, הכנס את מ&quot;מ 7.8 האלקטרודה ventrally. קואורדינטות אלה נקבעות על ידי התייחסות לאטלס neuroanatomical 1. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מניחים שכבה של דבק דנטלי על הגולגולת כולל את הברגים בגולגולת ובנקודת כניסה האלקטרודה. חכה עד שהמלט הוא קשוח לפני הסרת האלקטרודה מהמסגרת stereotactic לחלוטין. בנד האלקטרודה אחורה ולהשתמש במלט נוסף כדי לכסות את שאר דרכי האלקטרודה ומחבר לעמידות. </li></ol> 2. fMRI הכנה השלב השני הוא ההתקנה לfMRI, כוללים מיקום של הסליל וההתקנה של ציוד ניטור פיסיולוגי. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאבטח את ראשו של בעל החיים כדי למנוע תנועה במהלך סריקת הערה:. מערכת הבר intraauricular פלסטיק מותאם אישית משמשת כאן לקיבוע ראש. הנח את הברים לתוך תעלות האוזן ומאובטחת לכיסוי הראש, כך שהראש מסתובב בצורה חלקה בהדואר כיוון אנכי ללא סיבוב אופקי. אבטח את מיקום הראש על ידי תיקון השיניים העליונות למנגנון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הרדימי העכברוש לחלוטין ולפקח CO גאות סוף 2 כדי להבטיח יציבות לאורך כל הסריקות. כדי לשמור על CO גאות סוף ההרדמה, אוורור ובקרה 2 רמות במהלך הסריקה, מערכת אוורור חיה הקטנה MR-תואם בשילוב עם מכשיר אדים isoflurane משמשת כאן, אם כי מגוון רחב של חומרי הרדמה והרגעה עשוי לשמש באופן דומה. הגדר את מכונת ההנשמה ל45 נשימות / דקה עם נפח בינוני, כ 500 מיליליטר / דקה של אוויר כהתחלת נפח. הגדר את isoflurane עד 2% ולהעביר את החולדה לחדר הסריקה. צרף הפלט של מכונת ההנשמה להטובוס של החולדה ולחץ בחוזקה כדי לאבטח. Capnometry צריך להיות שנרכש באמצעות צינור המחובר באופן מדויק למחבר הטובוס ככל האפשר. התאם אוורור נפח לייצר CO סוף הגאות 2 של 2.6% ל.3.3%. </li&gt; <li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש בבעל חיים קטן MR-תואם להכניס את החולדה לסורק עם אמבט מים חמים במחזור לבקרת טמפרטורה. תדביק את הכרית של האמבטיה על בעל ולכסות אותו עם נייר סופג נקי. מניחים את החולדה על מיטת המים החמים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ניטור של רמות טמפרטורה ופחמן דו חמצני הינו חיוני לfMRI BOLD, ואילו רוויון חמצן בעורקים ואת קצב לב גם פרמטרים פיסיולוגיים שימושיים. הכנס בדיקה טמפרטורה רקטלית MR-תואמת וקלטת אותו לבסיס של הזנב, ולאחר מכן להתאים את הטמפרטורה של המים באמבטיה כדי לשמור על טמפרטורת גוף נורמלית ב 37 ° C. לפקח הרוויה עורקי חמצן וקצב לב באמצעות מערכת oximetry קטנה של בעלי חיים דופק, שמירתם ב95-98% ו250-350 פעימות לדקה, בהתאמה, אשר עשוי להשתנות בהתאם לסוג של הרדמה בשימוש. ריווי חמצן וקצב לב מושפעים גם על ידי עומק של הרדמה, אוורור נפח וקצב תחלופת אוויר. אוורור שיעור נפח וייתכן שיהיה צורךלהיות מאוזנת בזהירות כדי לשמור על רמות נאותות סוף הגאות CO 2 וריווי חמצן נאות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> סליל פני השטח דרוש לרכישת fMRI BOLD. מניחים את הסליל לפני השטח קרוב אל פני השטח של הראש ככל האפשר. מובטחים ברגע, הנח משחת שיניים על פני השטח של הראש על כובע הבטון על מנת לצמצם חפצי רגישות קרובים לפני שטח מוח הערה:. אנו משתמשים בסליל משטח משדר תוצרת בית עם קוטר פנימי של כ 1.6 סנטימטר, אם כי סלילי משטח גדולים יותר עשויים להיות משמש כדי לייעל את תגובת BOLD באזורים קורטיקליים עמוקים יותר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את האלקטרודה מגרה למערכת ממריץ החשמלי לתכנות הערה:. אנו משתמשים TTL לתכנות מחוייט מפעילה מערכת הקשורה לגירוי דו קוטבי כדי לספק פולסים חשמליים מסונכרנים לעירורי RF מסריקות MR. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להרגעה ושיתוק במהלך רכישת נתוני ה-fMRI, השתמש קוקטייל של dexmedetomidine (0.1מ&quot;ג / קילוגרם / שעה, IP) וpancuronium (1 מ&quot;ג / קילוגרם / שעה, IP), בשילוב עם isoflurane במינון נמוך ב0.5% כדי למנוע פעילות אפילפטיים 2. עירוי תרופות, יש להשתמש במשאבת מזרק MR-תואם אם המשאבה היא להיות ממוקמת בסביבה המגנטית. לחלופין, משאבת noncompatible עשויה להיות ממוקמת מחוץ לסביבה המגנטית בלבד שצינורות צנתר מורחבים משמש. </li></ol> 3. fMRI נתונים Acquistion הצעד השלישי הוא רכישת ה-fMRI, כולל מיקום, shimming, סריקות אנטומיות, וסריקות תפקודיות. מערכת טסלה 9.4 עם סליל משטח תוצרת בית משמשת כאן, אם כי טכניקה זו עשויה להיות מותאמת למערכות גבוהה תחום אחרים ומסחרית שנעשתה סלילי ה-MRI. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנס את החולדה לתוך הסורק והעמדה במרכז המגנט. השתמש בתמונת הסקאוט שלושה מטוס למרכז דווקא את החולדה בתוך המגנט ביחס לאזורים במוח של עניין, וFASTMAP shimming לhomogenize השדה המגנטי באזורים של עניין. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש ברצף T2 המשוקלל sagittal נדיר (FOV, 2.56 x 2.56 2 סנטימטר; גודל מטריצה, 256 x 256; עובי פרוס, 1.5 מ&quot;מ; TR / TE, 1500/11 ms; פקטור נדיר, 8; Flip זווית, 180 °) כדי למצוא את מיקומו של השליך הקדמי, וליישר את התמונות הבאות למיקום זה. יישר סריקות שמונה פרוסה-ירייה אחת GE-EPI (FOV, 2.56 x 2.56 2 סנטימטר; גודל מטריצה, 96 x 96, שחזר ל128 x 128; עובי פרוס, 1 מ&quot;מ; TR / TE, 1000-1014 ms) לנקודה זו עם אורינטצית העטרה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> עבור סריקות תפקודיות, השתמש 70 סריקות EPI רצופות עם 1 החלטה שנייה זמנית מסונכרנת לפלט הגירוי, מוגדרת 20 שאר שניות, 10 גירוי שניות, ואחריו שאר 40 שניות. לאפשר מינימום של 90 שניות בין סריקות כדי לאפשר התאוששות עצבים וכלי דם. לרכוש סריקות חוזרות ונשנות מרובות בכל פרמטר גירוי כדי לשפר את יחס אות לרעש על ידי ממוצע. השתמש בסדרה של סריקות דמה (בדרך כלל 4-8) מייד לפני הסריקה להפחתת רעש. לאשר את תגובת BOLD בעת רכישת תמונה כדי להבטיח את הצלחתו של הניסוי בשיטה המתוארת בסעיף 4, אם כי המיצוע, coregistration וגולגולת הפשטה ניתן לדלג בהגדרה זו. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר הסריקה פונקציונלית היא מלאה, להשתמש ברצף T2 המשוקלל נדיר ספין הד (FOV, 2.56 x 2.56 2 סנטימטר; גודל מטריצה, 256 x 256; עובי פרוס, 1 מ&quot;מ; TR / TE, 2500/33 ms; ממוצעים, 8 ) כדי למדוד את המיקום האנטומי של האלקטרודה in vivo. לרכוש חלקי העטרה ועל sagittal מרובים כדי למדוד את הקצה של חפץ האלקטרודה לאורך קדמי / אחורי, צירי הגחון המדיאלי / לרוחב ועל גב / ולאשר מיקום האלקטרודה. מיקרוסקופיה תהודה מגנטית ברזולוציה גבוהה (FOV, 1.8 x 1.28 סנטימטר; גודל מטריצה, 360 x 256; עובי פרוס, 0.5 מ&quot;מ; TR / TE, 2500/12.6 ms; גורם נדיר, 8; ממוצעים, 280) ניתן להשתמש כדי לבחון את מיקום מדויק של דרכי האלקטרודה לאחר ההסרה בכבודלמבני neuroanatomical סמוכים ולאשר את הדיוק של אלקטרודה מיקום 3. </li></ol> 4. fMRI עיבוד נתונים וניתוח השלב הרביעי הוא עיבוד וניתוח של נתוני ה-fMRI, כוללים דור של מפות תגובה וחישוב של שינוי אות BOLD אחוזים. תוכניות מותאמות אישית הפועלות בסביבת מחשוב כלי תוכנת fMRI מסחריים (למשל MATLAB) או (לדוגמא. SPM, FSL, או AFNI) יכולות להיות מועסקות. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בגין עם coregistration תמונה ומיצוע של הנתונים הראשונים בתוך-נושא על ידי תדר, ואחריו על פני-כפוף הערה:. אנו להשיג קודי SPM באמצעות זה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לבצע הפשטת גולגולת כדי להסיר רקמת nonbrain באמצעות אזור המוגדר ידני של עניין (ROI) עם thresholding אות. אלגוריתמי גולגולת הפשטה אוטומטיים יכולים להיות מועסקים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לקמפל מפות תגובה על ידי חישוב מקדם המתאם של הקשר בין מיל BOLDponse לאורך זמן ואת הפרדיגמה הגירוי לכל voxel. עיכוב כמה שניות הפרדיגמה להסביר עיכוב בתגובה המודינמית עשויה להיות נחוץ. רמת הגדרה משמעותית בP &lt;0.05 לאחר תיקון Bonferroni. שיטות סטטיסטיות אחרות יכולות להיות מועסקות. תיקון להשוואות מרובות באמצעות אקראי תיאורית שדה או תיקון ברמת אשכול מבוסס על גאוס אקראי שדה ניתן לבצע במקום של תיקון Bonferroni לניתוח רגיש יותר 4 הערה:. העיכוב המודינמית עשוי להשתנות לפי אזורים במוח הממוקדים, סוכנים תרופתיים בשימוש, ופרמטרים פיסיולוגיים. זה חיוני כדי לשלוט בפרמטרים אלה על מנת למנוע השתנות בתוך-נושא ובין-נושאים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לכמת את תגובת BOLD על ידי הגדרת ROI כדי לחלץ נתונים בזמן כמובן. ממוצע שינוי אות אחוזים על פני כל voxels בתוך אותו המבנה האנטומי. גם ניתוח voxel מבחינת השימוש הכללי לינארי הדגם עשוי לשמש 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>

יש המחברים אין לחשוף.

DBS סימולטני וfMRI מייצגים ערכת כלים ניסיוניות מבטיחים לזיהוי והאפיון של תגובות במורד הזרם העולמית לגירוי מעגלים עצבי, in vivo. היתרון העיקרי של שיטה זו על פני כלים זמינים אחרים, כגון קלטות אלקטרו, טמון בטבע יחסית משוחד של ה-fMRI, לפיה שטח גדול ומגוון של רקמת המוח יכול להי...

קביעת ההשפעות במורד הזרם הגלובלית של פעילות מעגלים עצבית מהווה אתגר גדול ומטרה לתחומים רבים של מדעי המוח מערכות. מחסור בכלים זמין כרגע שלענות על צורך זה, ובכך יש ביקוש לנגישות מוגברת של מערכי הניסוי המתאימים. שיטה אחת כזו להערכת התוצאה הגלובלית של הפעלת מעגלים עצבית מסתמכת על היישום בו זמני של גירוי מוחי העמוק חשמלי (DBS) וה-MRI התפקודי (fMRI). DBS-fMRI מאפשר זיהוי של תגובות במורד הזרם להפעלת מעגלים על קנה מידה מרחבי גדול, ויכול להיות מיושם בכמעט כל יעד גירוי. כלים זה מתאים מאוד למחקרים פרה translational, כוללים האפיון של תגובות לגירוי בתדר גבוה טיפולי. בנוסף לגישה לסורק MRI מתאים, ניסויי DBS-fMRI מוצלחים דורשים התחשבות במספר variables, כולל סוג האלקטרודה, שיטת הרגעה, ותחזוקה של פרמטרים פיסיולוגיים. לדוגמא, בחירת האלקטרודה צריכה להיות מבוססת על גורמים הנוגעים ליעילות גירוי (למשל. גודל עופרת ומוליכות, מונו לעומת דו קוטבית), כמו גם תאימות MR וגודל חפץ האלקטרודה. חפצי האלקטרודה משתנים בהתאם לחומר האלקטרודה וגודל, כמו גם רצף הסריקה משמש; בדיקות שלפני ניסוי יסודיים צריכה להיות מועסקות על מנת לקבוע את סוג האלקטרודה המתאים לכל מחקר. באופן כללי, אלקטרודות טונגסטן Microwire מומלצות לפרוטוקול זה. בחירה של שיתוק והרגעה צריכה להיעשות כדי לשתק ביעילות בבעלי החיים ולהפחית את ההשפעות מדכאות של תרופות הרגעה מסוימות באות ברמת דם בחמצן תלויה (BOLD). לבסוף, זה הוא קריטי כדי לשמור על בעלי החיים בפרמטרים פיסיולוגיים אופטימליים, הכוללים טמפרטורת גוף וריווי חמצן. הפרוטוקול שפיתחנו לDBS-FMRI מתגבר רבים של מכשולים הפוטנציאליים אלה, ובידות שלנו, מספק תוצאות חזקות ועקביות. בנוסף, הפרוצדורות הללו ניתן לאמץ בקלות לשילוב של fMRI עם שיטות גירוי חלופיות, כוללים גירוי optogenetic.

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

deep brain stimulation with simultaneous fmri in rodents

על מנת להמחיש את התגובות עצביות הגלובליות או במורד לגירוי מוחי עמוק (DBS) לעבר מטרות שונות, פיתחנו פרוטוקול לשימוש ברמת חמצן בדם הדמיה תלויה (BOLD) תפקודית בתהודה מגנטית (fMRI) כדי מכרסמים תמונה עם DBS בו זמנית. DBS fMRI מציג מספר האתגרים טכניים, כולל דיוק של השתלת האלקטרודה, חפצי MR נוצרו על ידי אלקטרודה, הבחירה של הרדמה ושיתוק כדי למזער השפעות עצביות תוך ביטול תנועה של בעלי חיים, ותחזוקה של פרמטרים פיסיולוגיים במקביל, סטייה ממנו יכולים לבלבל אות BOLD. המעבדה שלנו פיתחה סדרה של נהלים שאינם מסוגל להתגבר על רוב הבעיות אפשריות אלה. לגירוי חשמלי, משמשת microelectrode דו קוטבי טונגסטן תוצרת בית, הוכנס stereotactically באתר הגירוי בנושא ההרדמה. כהכנה להדמיה, מכרסמים הם קבועים בכיסוי ראש מפלסטיק והועבר לשעמם את המגנט. להרגעה ושיתוק במהלך סריקה, קוקטייל של dexmedetomidine וpancuronium הוא החדיר ברציפות, יחד עם מינון מינימאלי של isoflurane; הכנה זו ממזערת את אפקט תקרת BOLD של חומרי הרדמה נדיפים. בדוגמא של ניסוי זה, גירוי של גרעין subthalamic (STN) מייצר תגובות BOLD שהם נצפו בעיקר באזורים בקליפת המוח ipsilateral, שמרכזו בקליפת המוח מוטורי. DBS סימולטני וfMRI מאפשר האפנון חד משמעי של מעגלים עצביים תלוי במיקום גירוי ופרמטרי גירוי, ומאפשרים תצפית של מודולציות העצבית ללא משוא פנים אזוריים. טכניקה זו יכולה לשמש כדי לחקור את ההשפעות במורד הזרם של ויסות מעגלים עצביים כמעט בכל אזור במוח, עם השלכות על DBS הן ניסיוני והקליני.

נתונים תפקודיים נציג נרכשו על פי הפרוטוקול הנ&quot;ל בחולדה אחת עם אלקטרודה מגרה מושתלת לגרעין subthalamic בצד ימין. איור של התקנה חיונית לרכישת תמונת DBS fMRI מסופק באיור 1. גירוי יושם בקנה אחד עם הפרוטוקול לעיל, עם אמפליטודה של 0.3 mA, תדירות 130 הרץ והרוחב פולס של 0.09 אלפיו?...

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

פרוטוקול זה מתאר שיטה סטנדרטית להדמיה תפקודית בתהודה המגנטית בו זמנית וגירוי מוחי עמוק במכרסמים. השימוש בשילוב של כלים ניסיוניים האמורים, מאפשר החקירה של פעילות במורד הזרם העולמית בתגובה לגירוי חשמלי בכמעט כל יעד במוח.

גירוי מוחי עמוק עם fMRI סימולטני במכרסמים

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

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Neuroscience

14.0K Views.  University of North Carolina.  פרוטוקול זה מתאר שיטה סטנדרטית להדמיה תפקודית בתהודה המגנטית בו זמנית וגירוי מוחי עמוק במכרסמים. השימוש בשילוב של כלים ניסיוניים האמורים, מאפשר החקירה של פעילות במורד הזרם העולמית בתגובה לגירוי חשמלי בכמעט כל יעד במוח. 

Video: 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.

FMRI Electrophysiology סימולטני במוח מכרסמים

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

A General Method for Evaluating Deep Brain Stimulation Effects on Intravenous Methamphetamine Self-Administration

Substance use disorders, particularly to methamphetamine, are devastating, relapsing diseases that disproportionally affect young people. There is a need for novel, effective and practical treatment strategies that are validated in animal models. Neuromodulation, including deep brain stimulation (DBS) therapy, refers to the use of electricity to influence pathological neuronal activity and has shown promise for psychiatric disorders, including drug dependence. DBS in clinical practice involves the continuous delivery of stimulation into brain structures using an implantable pacemaker-like system that is programmed externally by a physician to alleviate symptoms. This treatment will be limited in methamphetamine users due to challenging psychosocial situations. Electrical treatments that can be delivered intermittently, non-invasively and remotely from the drug-use setting will be more realistic. This article describes the delivery of intracranial electrical stimulation that is temporally and spatially separate from the drug-use environment for the treatment of IV methamphetamine dependence. Methamphetamine dependence is rapidly developed in rodents using an operant paradigm of intravenous (IV) self-administration that incorporates a period of extended access to drug and demonstrates both escalation of use and high motivation to obtain drug.

This article describes the delivery of intracranial electrical stimulation that is temporally and spatially separate from the drug-use environment for the treatment of IV methamphetamine dependence.

שיטה כללית להערכת השפעות העמוקה גירוי המוח במתאמפטמין תוך ורידים-מנהל עצמי

Substance use disorders, particularly to methamphetamine, are devastating, relapsing diseases that disproportionally affect young people.  There is a need ...

Behavior

Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation to the Unilateral Hemisphere of Rat Brain

Previous rodent models of repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) adopted whole-brain stimulation instead of unilateral hemispheric rTMS, which is unlike the protocols used for human subjects. We report a successful application of rTMS to the unilateral hemisphere of rat brain. The rTMS was delivered with a low-frequency (1 Hz), high-frequency (20 Hz), or sham stimulation protocol to one side of the brain by using a small 25-mm figure-8 coil. We placed the center of the coil 1 cm lateral to the vertex on the biauricular line and angulated the coil 45&#176; to the ground to minimize a potential direct effect of rTMS on the contralateral cortex. We also used an in-house water cooling system to enable repetitive magnetic stimulation for more than 20 min, even at a 20-Hz stimulation frequency. Increases in the transcriptions of immediate early genes (Arc, Junb, and Egr2) were greater after rTMS than after sham stimulation. After 5 consecutive days of 20-min 1-Hz rTMS, bdnf mRNA expression was significantly higher in stimulated cortex than in contralateral side. The model presented herein will elucidate the molecular mechanisms of rTMS by allowing analysis of the inter-hemispheric difference in its effect.

We applied repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) to the unilateral hemisphere of rat brain, by placing a 25-mm figure-8 coil 1 cm lateral to the vertex on the biauricular line and angulating the coil by 45&#176;. An in-house water cooling system was used for rTMS for more than 20 min.

גירוי מגנטי Transcranial חוזרים אל חצי הכדור החד-צדדית של המוח עכברוש

Previous rodent models of repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) adopted whole-brain stimulation instead of unilateral hemispheric rTMS, ...

Simultaneous Transcranial Alternating Current Stimulation and Functional Magnetic Resonance Imaging

Transcranial alternating current stimulation (tACS) is a promising tool for noninvasive investigation of brain oscillations. TACS employs frequency-specific stimulation of the human brain through current applied to the scalp with surface electrodes. Most current knowledge of the technique is based on behavioral studies; thus, combining the method with brain imaging holds potential to better understand the mechanisms of tACS. Because of electrical and susceptibility artifacts, combining tACS with brain imaging can be challenging, however, one brain imaging technique that is well suited to be applied simultaneously with tACS is functional magnetic resonance imaging (fMRI). In our lab, we have successfully combined tACS with simultaneous fMRI measurements to show that tACS effects are state, current, and frequency dependent, and that modulation of brain activity is not limited to the area directly below the electrodes. This article describes a safe and reliable setup for applying tACS simultaneously with visual task fMRI studies, which can lend to understanding oscillatory brain function as well as the effects of tACS on the brain.

Transcranial alternating current stimulation (tACS) is a promising tool for noninvasive investigation of brain oscillations, though its effects are not completely understood. This article describes a safe and reliable setup for applying tACS simultaneously with functional magnetic resonance imaging, which can increase understanding oscillatory brain function and effects of tACS.

סימולטני transcranial גירוי הזרם הנוכחי ו הדמיה תפקודית תהודה מגנטית

Transcranial alternating current stimulation (tACS) is a promising tool for noninvasive investigation of brain oscillations. TACS employs ...

Functional Neuroimaging Using Ultrasonic Blood-brain Barrier Disruption and Manganese-enhanced MRI

Although mice are the dominant model system for studying the genetic and molecular underpinnings of neuroscience, functional neuroimaging in mice remains technically challenging. One approach, Activation-Induced Manganese-enhanced MRI (AIM MRI), has been used successfully to map neuronal activity in rodents 1-5. In AIM MRI, Mn2+ acts a calcium analog and accumulates in depolarized neurons 6,7. Because Mn2+ shortens the T1 tissue property, regions of elevated neuronal activity will enhance in MRI. Furthermore, Mn2+ clears slowly from the activated regions; therefore, stimulation can be performed outside the magnet prior to imaging, enabling greater experimental flexibility. However, because Mn2+ does not readily cross the blood-brain barrier (BBB), the need to open the BBB has limited the use of AIM MRI, especially in mice.
One tool for opening the BBB is ultrasound. Though potentially damaging, if ultrasound is administered in combination with gas-filled microbubbles (i.e., ultrasound contrast agents), the acoustic pressure required for BBB opening is considerably lower. This combination of ultrasound and microbubbles can be used to reliably open the BBB without causing tissue damage 8-11.
Here, a method is presented for performing AIM MRI by using microbubbles and ultrasound to open the BBB. After an intravenous injection of perflutren microbubbles, an unfocused pulsed ultrasound beam is applied to the shaved mouse head for 3 minutes. For simplicity, we refer to this technique of BBB Opening with Microbubbles and UltraSound as BOMUS 12. Using BOMUS to open the BBB throughout both cerebral hemispheres, manganese is administered to the whole mouse brain. After experimental stimulation of the lightly sedated mice, AIM MRI is used to map the neuronal response.
To demonstrate this approach, herein BOMUS and AIM MRI are used to map unilateral mechanical stimulation of the vibrissae in lightly sedated mice 13. Because BOMUS can open the BBB throughout both hemispheres, the unstimulated side of the brain is used to control for nonspecific background stimulation. The resultant 3D activation map agrees well with published representations of the vibrissae regions of the barrel field cortex 14. The ultrasonic opening of the BBB is fast, noninvasive, and reversible; and thus this approach is suitable for high-throughput and/or longitudinal studies in awake mice.

A technique is described for broadly opening the blood-brain barrier in the mouse using microbubbles and ultrasound. Using this technique, manganese can be administered to the mouse brain. Because manganese is an MRI contrast agent that accumulates in depolarized neurons, this approach enables imaging of neuronal activity.

הדמייה תפקודית באמצעות שיבוש Ultrasonic הדם למוח הגדר מנגן משופרת MRI

Although mice are the dominant model system for studying the genetic and molecular underpinnings of neuroscience, functional neuroimaging in mice remains ...

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.

ניתוח שינויי ביטוי הגנים בהיפוקמפוס העכברוש לאחר Deep Brain Stimulation של Anterior התלמוס הגרעין

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

Microelectrode Guided Implantation of Electrodes into the Subthalamic Nucleus of Rats for Long-term Deep Brain Stimulation

Deep brain stimulation (DBS) is a widely used and effective therapy for several neurologic disorders, such as idiopathic Parkinson&#8217;s disease, dystonia or tremor. DBS is based on the delivery of electrical stimuli to specific deep anatomic structures of the central nervous system. However, the mechanisms underlying the effect of DBS remain enigmatic. This has led to an interest in investigating the impact of DBS in animal models, especially in rats. As DBS is a long-term therapy, research should be focused on molecular-genetic changes of neural circuits that occur several weeks after DBS. Long-term DBS in rats is challenging because the rats move around in their cage, which causes problems in keeping in place the wire leading from the head of the animal to the stimulator. Furthermore, target structures for stimulation in the rat brain are small and therefore electrodes cannot easily be placed at the required position. Thus, a set-up for long-lasting stimulation of rats using platinum/iridium electrodes with an impedance of about 1 M&#937; was developed for this study. An electrode with these specifications allows for not only adequate stimulation but also recording of deep brain structures to identify the target area for DBS. In our set-up, an electrode with a plug for the wire was embedded in dental cement with four anchoring screws secured onto the skull. The wire from the plug to the stimulator was protected by a stainless-steel spring. A swivel was connected to the circuit to prevent the wire from becoming tangled. Overall, this stimulation set-up offers a high degree of free mobility for the rat and enables the head plug, as well as the wire connection between the plug and the stimulator, to retain long-lasting strength.

A method for implanting electrodes into the subthalamic nucleus (STN) of rats is described. Better localization of the STN was achieved by using a microrecording system. Furthermore, a stimulation set-up is presented that is characterized by long-lasting connections between the head of the animal and the stimulator.

Microelectrode מודרך השרשה של אלקטרודות לתוך גרעין Subthalamic של חולדות לטווח ארוך עמוק גירוי המוח

Deep brain stimulation (DBS) is a widely used and effective therapy for several neurologic disorders, such as idiopathic Parkinson&#8217;s disease, ...

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.

טראנס גירוי חשמלי מוחי בחולדות התראה

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

An Invasive Method for the Activation of the Mouse Dentate Gyrus by High-frequency Stimulation

Electrical high-frequency stimulation (HFS), using implanted electrodes targeting various brain regions, has been proven as an effective treatment for various neurological and psychiatric disorders. HFS in the deep region of the brain, also named deep-brain stimulation (DBS), is becoming increasingly important in clinical trials. Recent progress in the field of high-frequency DBS (HF-DBS) surgery has begun to spread the possibility of utilizing this invasive technique to other situations, such as treatment for major depression disorder (MDD), obsessive-compulsive disorder (OCD), and so on. 
Despite these expanding indications, the underlying mechanisms of the beneficial effects of HF-DBS remain enigmatic. To address this question, one approach is to use implanted electrodes that sparsely activate distributed subpopulations of neurons by HFS. It has been reported that HFS in the anterior nucleus of the thalamus could be used for the treatment of refractory epilepsy in the clinic. The underlying mechanisms might be related to the increased neurogenesis and altered neuronal activity. Therefore, we are interested in exploring the physiological alterations by the detection of neuronal activity as well as neurogenesis in the mouse dentate gyrus (DG) before and after HFS treatment. 
In this manuscript, we describe methodologies for HFS to target the activation of the DG in mice, directly or indirectly and in an acute or chronic manner. In addition, we describe a detailed protocol for the preparation of brain slices for c-fos and Notch1 immunofluorescent staining to monitor the neuronal activity and signaling activation and for bromodeoxyuridine (BrdU) labeling to determine the neurogenesis after the HF-DBS induction. The activation of the neuronal activity and neurogenesis after the HF-DBS treatment provides direct neurobiological evidence and potential therapeutic benefits. Particularly, this methodology can be modified and applied to target other interested brain regions such as the basal ganglia and subthalamic regions for specific brain disorders in the clinic.

This protocol shows how to set up a reliable HFS method in mice. Neurons throughout the hippocampal dentate gyrus are electrically stimulated by HFS directly and indirectly in vivo. Neuronal activity and molecular signaling are examined by c-fos and Notch1 immunofluorescent staining, respectively; neurogenesis is quantified by bromodeoxyuridine labeling assay.

שיטה פולשני עבור ההפעלה של הכישור משוננת העכבר על ידי גירוי בתדירות גבוהה

Electrical high-frequency stimulation (HFS), using implanted electrodes targeting various brain regions, has been proven as an effective treatment for ...

Acquisition of Resting-State Functional Magnetic Resonance Imaging Data in the Rat

Resting-state functional magnetic resonance imaging (rs-fMRI) has become an increasingly popular method to study brain function in a resting, non-task state. This protocol describes a preclinical survival method for obtaining rs-fMRI data. Combining low dose isoflurane with continuous infusion of the &#945;2 adrenergic receptor agonist dexmedetomidine provides a robust option for stable, high-quality data acquisition while preserving brain network function. Furthermore, this procedure allows for spontaneous breathing and near-normal physiology in the rat. Additional imaging sequences can be combined with resting-state acquisition creating experimental protocols with anesthetic stability of up to 5 h using this method. This protocol describes the setup of equipment, monitoring of rat physiology during four distinct phases of anesthesia, acquisition of resting-state scans, quality assessment of data, recovery of the animal, and a brief discussion of post-processing data analysis. This protocol can be used across a wide variety of preclinical rodent models to help reveal the resulting brain network changes that occur at rest.

This protocol describes a method for obtaining stable resting-state functional magnetic resonance imaging (rs-fMRI) data from a rat using low dose isoflurane in combination with low dose dexmedetomidine.

רכישת נתוני הדמיית תהודה מגנטית תפקודית של מצב מנוחה בחולדה

Resting-state functional magnetic resonance imaging (rs-fMRI) has become an increasingly popular method to study brain function in a resting, non-task ...