Name: brain source imaging in preclinical rat models of focal epilepsy using high-resolution eeg recordings
Uploaded: 2015-06-06T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 20 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Brain Source Imaging in Preclinical Rat Models of Focal Epilepsy using High-Resolution EEG Recordings at JoVE.com

저자는 자신의 귀중한 조언과 유익한 토론 페드로 발데스 A. 에르난데스, 프랑소와 Tadel, 로이드 스미스에게 감사의 말씀을 전합니다. 우리는 또한 증거 읽기 라파엘 토레스 감사합니다.

윤리 문 : 모든 실험 기관 동물 관리 및 사용위원회 플로리다 국제 대학 (IACUC) (IACUC 13-004)에 의해 설립 된 정책을 다음과 수행됩니다. 1. 뇌파 녹음 <ol><li> 뇌파 미니 캡의 준비 <ol><li> 뇌파 미니 캡 0.2 % 염화 증류수에 적어도 12 시간의 전극의 끝을 담가. 증류수에 부드럽게 뇌파 미니 캡을 씻어. 캡과 공기 전극을 건조. </li><li> 2의 부피 비율 0.9 % NaCl 용액과 혼합 뇌파 전극 페이스트 : 1. 전극 내부와 피부에 전극 페이스트를 시각화하는 데 도움이 될 것입니다 메틸렌 블루의 드롭을 추가합니다. 주사기에 혼합 붙여 넣기를하세요. 주사기에 기포가 없는지 확인합니다. 기포를 도입없이 채우는 전극 (32)의 각각에 겔을 주입한다. 이것은 바닥이 아닌 위로부터 주입하도록 권장한다. 이것은 더 나은 전열을 제공합니다각 전극에 SS 및 흘리 겔의 가능성을 줄일 수 있습니다. </li><li> 뇌파 및 생리 학적 기록 시스템의 전원을 켜고 사용중인 컴퓨터에 해당하는 레코딩 소프트웨어를 엽니 다. </li></ol></li><li> 동물 준비 및 마취 주 : 만성 간질은 위 스타 쥐에서 FCD 8 프로토콜을 사용하여 만들어졌습니다. (- 400 g을 8 주 오래 된, 300) 뇌파 기록은 성인의 Wistar 쥐에서 수행되었다. <ol><li> 실험 시트에 쥐의 체중을 기록한다. 진정제 투여 량 (dexdomitor 0.25 ㎎ / ㎏)을 계산하기 위해이 정보를 사용합니다. 5 % 이소 플루 란과 산소 100 % (14.7 psi에서 / 분 1 L)와 함께 쥐에 마취를 유도한다. </li><li> 후 2 % 이소 플루 란을 줄이고 EEG 미니 캡의 전체 설정을 유지하는 동안, 쥐의 머리를 손질. 쥐의 반사가없는 (발가락 핀치)입니다 확인합니다. 귀 막대를 사용하여 귀 운하를 고정하여 정위 장치에서 가열 패드에 쥐를 놓습니다. 반드시 마취 코 콘이 안전합니다. </li><li> AP = 연합 뉴스각각의 눈에 윤활유 안과 연고를 플라이. </li><li> 면도기를 사용하여 쥐의 머리와 귀에 여분의 머리를 면도. 면도 중에 출혈을 피하십시오. 참고 : 뇌파 기록의 노이즈를 만들어 피부에 남아있는 모든 머리. 혈관을 자극하여 피부 탈지 90 % 이소 프로필 알코올 쥐의 피부에 문질러. </li><li> 두피에 식염수 면봉을 놓고 뇌파 미니 캡 배치 할 준비가 될 때까지 좋은 피부 전도성을 유지하기 위해 완전히 커버. </li><li> 온도, 호흡, 3 리드 심전도 프로브를 연결합니다. 온도가 직장 프로브로 측정합니다. 지속적으로 기록 과정에서 쥐의 생리를 모니터링 할 수 있습니다. 분당 60 호흡과 심장 박동이 약 350 - - 정상 온도가 37 ° C를인지 확인, 호흡 범위는 30 분당 450 비트. </li></ol></li><li> 녹음 절차 <ol><li> 쥐의 두피에 식염수 면봉을 제거하고 준비 뇌파 미니-C를 배치그것의 피부에 AP. 고무 밴드와 미니 캡을 고정합니다. 귀와 목 사이에 두피의 뒷면에 하나의 고무 일반적으로 눈 앞의 두피의 전면에 밴드, 또 다른 밴드를 놓습니다. 정상 호흡을 용이하게하기 위해 목 아래에 플라스틱 보호 장치를 사용합니다. </li><li> 모두 접지 전극과 기준 전극에 높은 전도성 전극 페이스트의 층을 넣습니다. 각각의 귀에 배치합니다. 주 : 기준 전극이 가능한 다른 위치에 배치 될 수있다. </li><li> 앰프 뇌파 미니 캡을 연결하고 전극 임피던스에 대한 워크 벤치의 미리보기를 관찰합니다. 모든 전극의 성능을 확인합니다. 30 kΩ의 - 고품질 기록 용, 임피던스 값 (5)의 범위에 있음을 보장한다. 어떤 시끄러운 전극이있는 경우, 전극의 상단에서 더 젤을 주​​입 부드럽게 두피쪽으로 비계 내부를 이동하거나 하나에 의해 두피와 더 나은 접촉을 제공합니다. </li><li> dexdomitor를 관리 (0.25 ㎎ / ㎏) intraperitoneally 즉시 0 %로 이소 플루 란 속도를 줄일 수 있습니다. 호흡 속도가 30에서하지 않는 경우 - 분 범위 60 호흡, 부드럽게 이소 플루 란 속도를 증가 시작합니다. 1 %의 이소 플루 란의 값을 초과하지 마십시오. 이소 플루 란과 dexdomitor의 혼합물이 위험 상태로 동물을하라는 메시지를 표시 할 수 있기 때문에 신중하게 단계를 모니터링합니다. 참고 : dexdomitor하지 않는 반면에 초점 간질의 전임상 모델에서 이소 플루 란이의 IED에 영향을 미친다. 이소 플루 란 주제 아래, 즉 약한 간질 속성을 가지고, 상대적으로 적은 수의 IED는 다른 조건 7,14에 비해 검출 될 수있다. dexdomitor의 용량은 약 2 시간 동안 효과가있다. 따라서, 그것의 효과를위한 시간을 절약하기 위해, 제제는 이소 플루 란 하에서 수행 하였다. </li><li> 뇌파 기록을 실시한다. 기록한 후, 제거 EEG 미니 캡 전에 내부 색 펜을 삽입하여 피부 위에 EEG 미니 캡의 세 돌출 원의 위치를​​ 표시한다. MRI 협력을위한 명소로 사용- 등록. 랜드 마크 쥐 헤드의 사진을 촬영합니다. 다시 케이지 안에 쥐를 놓고 dexdomitor의 영향에서 완전히 회복 될 때까지 모니터링합니다. 참고 :이 실험에서 붉은 색 (녹색 상대 색) 전극 위치 (녹색)과 구분하기 위해 사용되었다. 그러나, 작은 출혈 반점이 피부에서 관찰되는 경우 다른 색상 (보라색 / 녹색)을 사용하는 것이 좋습니다. </li></ol></li></ol><img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/52700/52700fig1.jpg" /> 그림 1. 특정 쥐에 배치 뇌파 미니 캡의 그림. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52700/52700fig1highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> 2. 뇌 영상 소스 <ol><li> 폭발물 공격 분류 참고 : IED 탐지 및 분류를 기반으로 MATLAB에서 자체 개발 한 코드를 사용하여 수행됩니다이전의 연구 (15). 이 소프트웨어는 요청에 의해 사용할 수 있습니다. <ol><li> 시각적으로 뇌파 추적자를 검사하여 잡음 채널을 폐기하십시오. 템플릿과 상관 분석에 기반 주기적 파형 빼기위한 자동 방법을 사용 EKG 아티팩트를 제거한다. 주 : 일반적으로 EEG를 기록 실험자 임피던스 값에 기초하여 채널 관찰 불량 정보 기입 실험 시트를 공유한다. 심전도 아티팩트를 제거하는 소프트웨어는 요청도 사용할 수 있습니다. <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/52700/52700fig2.jpg" /> 도 2의 IED의 다른 유형을 나타내는 EEG 파형의 예. 빨간색 박스의 IED의 일종을 나타낸다. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52700/52700fig2highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> </li><li> 150 Hz에서 노치 - (3)의 차단 주파수를 대역 통과 필터를 적용라인 주파수 (일반적으로 60 Hz에서 일부 국가에서 50 Hz에서) 구성 요소를 오프라인으로 제거하는 필터. </li><li> 의 IED (스파이크와 날카로운 파도)의 두 가지 유형을 감지합니다. 70 밀리 및 70 - - 각각 200 ms를 초과하는 시간 스파이크와 날카로운 파 20의 큰 전기 이벤트를 구성한다. 따라서, 각각의 대역 통과 필터 (15 컷오프 주파수 - 스파이크 50 Hz에서 5 - 날카로운 파 15 Hz로)을인가 한 후에, 진폭의 IED는 15 임계 값에 기초하여 검출된다. 참고 : 임계 값은 자동으로 멀티 유닛 활동 (15)에 대한 이전 연구에서 제안 4σ로 설정됩니다. {| 필터링 된 신호 | / 0.6745} 여기서, σ는 σ = 중간, 대역 통과 필터링 된 신호의 추정 표준 편차이다. </li><li> 다른 클러스터로 스파이크와 날카로운 파도 하위 분류합니다. 다른 스파이크와 날카로운 파도의 고유 한 특징은 15 웨이블릿 변환을 사용하여 추출한다. 그들은 하위 분류 된 K-수단을 사용하여 여러 클러스터로,및 최적의 클러스터 번호 k 실루엣을 사용하여 결정된다. </li><li> 같은 클러스터 내에서 하위 분류 신호를 평균. IED 각 서브 타입에 대한 평균 EEG 신호는 뇌 소스 분석을 위해 사용될 것이다. </li></ol></li><li> 볼륨 도체 모델 참고 : 다음 섹션의 경우, 오픈 소스 소프트웨어, 브레인 스토밍 (12)는, 위 스타 쥐 (9)에 대한 자기 공명 영상 아틀라스와 함께 사용됩니다. 그러나, 개별 쥐의 MRI도 사용할 경우 부피 도체 모델을 생성하는데 사용될 수있다. MRI 아틀라스 (9)에서 다운로드 할 수 있습니다 <a href="http://www.idac.tohoku.ac.jp/bir/en/db/rb/101028.html">http://www.idac.tohoku.ac.jp/bir/en/</a> . 이 웹 사이트는 &quot;위 스타 쥐 MRI 아틀라스&quot;섹션에서 NIFTI 형식으로 아틀라스를 제공하며, 등록 후 액세스 할 수 있습니다. 전처리에 필요한 소프트웨어는 또한이 웹 사이트에서 찾아 볼 수있다. <ol><li> 소프트웨어 (12)에 입력 MRI 및 뇌 표면. <img alt="비주얼 1" srC = &quot;/ 파일 / ftp_upload / 52700 / 52700vis1.jpg&quot;/&gt; <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52700/52700vis1highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> </li><li> 기본 설정과 헤드 표면을 생성합니다. <img alt="비주얼 2" src="/files/ftp_upload/52700/52700vis2.jpg" /> <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52700/52700vis2highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> </li><li> 리드 필드 계산 (12)에 대한 자기 공명 영상을 기반으로 두피와 내부 / 외부 두개골 표면을 생성합니다. 참고 : 정점의 해상도는 추정 소스의 정확성,하지만 높은 계산 복잡도에 정점 결과 많은 영향을 미친다. 각 층의 정점 권장 수는 공정 계산 복잡도와 허용 정확성에 대해 642입니다. 두개골의 두께는 MRI에서 검사 및 MRI 아틀라스의 경우, 약 1m이다 수M. 각각의 표면이 생성됩니다를 들어, 소프트웨어에서 위의 값을 삽입 삼각형 얼굴 정점에 대응 한 메쉬. <img alt="비주얼 3" src="/files/ftp_upload/52700/52700vis3.jpg" /> <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52700/52700vis3highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> </li><li> 시각화 옵션을 사용 MRI에 대하여 각각의면의 방향 및 위치를 확인한다. 어떤 표면이 공동 등록 (12)를하지 않은 경우, 적절하게 수정합니다. <img alt="비주얼 4" height="351" src="/files/ftp_upload/52700/52700vis4.jpg" width="321" /> <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52700/52700vis4highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> </li><li> 1.3.5에서 획득 한 쥐의 머리 사진을 사용. MRI에서 3 랜드 (R1, R2, 및 R3)의 위치를​​ 동시 - 등록한다. G에 대한 참조로 랜드 마크의 격자 점을 사용하여전극 지지체 (도 3b)에 고정 될 때 전극의 위치를 enerate. <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/52700/52700fig3.jpg" /> 도 3 (A) 쥐 헤드 포토 좌표계 전극 위치와 (b) EEG 미니 캡도를 얻기 위해 사용된다. (A) 레드 도트는 1.3.5에서 언급 한 랜드 마크를 나타냅니다. 이는 (B)에 적색 번호에 대응한다. 또한, 녹색의 부호 (A)는 전극 (32)의 위치를 도시하고, 이들은 (B)에 청색 번호에 대응한다. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52700/52700fig3highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> </li><li> 3 랜드 마크를 기반으로 N × 3 전극 위치 매트릭스를 생성합니다. 여기서, N은 (N = 32)의 채널 번호이며 열에 대응하는 X, Y 및 Z 좌표 값을 나타낸다. 참고 : 뇌파 미니 캡은 단단한 발판이다. 3 기준 격자 (R1, R2, 및 R3)가 얻어지면 따라서, 전극의 위치가 자동으로 설정된다. 사용자는 미니 캡이 적절하게 두피에 투사하는 방식에서, Z 값을 재정의해야합니다. 도 3b에 도시 된 청색 번호로서 N 포인트 그리드는 순차적으로 번호가 될 수있다. 뇌파 미니 캡의 표준 비계 (자료 표) 상업적으로 사용할 수 있습니다. 공동 등록을위한 소프트웨어는 또한 지역 사회에 사용할 수 있습니다. </li><li> 입력 채널 생성 된 파일입니다. <img alt="비주얼 5" src="/files/ftp_upload/52700/52700vis5.jpg" /> <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52700/52700vis5highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> </li><li> 모든 표시 전극의 위치를​​ 확인한다. 어떤 잘못 전극 (12)을 수정합니다. 전자의 최종 좌표계드 위치는 상술 한면에 사용되는 좌표계와 일치한다. 참고 : &quot;. MRI / 표면 등록을 확인 MRI 등록 &quot;생성 된 표면을 시각적으로 시각화 옵션을 사용하여 자기 공명 영상 검사 할 수 그리고, 선택된 표면이 자기 ​​공명 영상에 노란색 선으로 표시됩니다. 또한, (3) 건축물 및 32 전극 위치는 툴박스의 옵션을 선택하여 MRI에 표시 할 수는 &quot;센서 MRI 뷰어.&quot;의 위치를​​ 육안 (래트의 눈 및 귀 위치에 따라 분포를 비교함으로써, 검사 될 수있다 그림 4). <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/52700/52700fig4.jpg" /> 공동 등록 뇌 표면 (황색 선), (B)로 정렬 32 전극 (3)의 랜드 마크 (빨강 점)으로 만들어 볼륨 도체 모델 및 공동 등록과 (C) MRI 아틀라스와도 4 (A) MRI 아틀라스 REF<html> 퍼런 그리드 (R1). <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52700/52700fig4highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> </li></ol></li><li> 두뇌 원본 영상 <ol><li> 리드 필드 매트릭스 (13)를 계산합니다. 입력 1과 같이 피부, 두개골 및 뇌의 배율을 만족 전도도 값 : 1/80 : 1. 볼륨 도체 모델 및 2.2에서 작성한 전극의 위치에 기초하여 상기 리드 필드 행렬을 획득. 참고 : 도구 상자 (12)는 BEM (10) 계산하는 다른 소프트웨어와 인터페이스를 제공합니다. 따라서, 오직 전도성 값은 입력으로서 필요하다. <img alt="비주얼 (6)" src="/files/ftp_upload/52700/52700vis6.jpg" /> <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52700/52700vis6highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> </li><li> 입력 2.1.4에 저장된 각 IED 하위 유형에 대한 평균 뇌파 신호. &quot;SRC =&quot;/ 파일 / ftp_upload / 52700 / 52700vis7.jpg &quot;/&gt; <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52700/52700vis7highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> </li><li> 계산 리드 필드 매트릭스와 입력 EEG 신호에 기초 sLORETA 용액 13를 구합니다. 소스 추정 방법 옵션을 선택하여, 역 용액 (12)을 얻을 수있다. <img alt="비주얼 8" src="/files/ftp_upload/52700/52700vis8.jpg" /> <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52700/52700vis8highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> </li><li> 추정 소스를 플롯. </li></ol></li></ol>

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

관심 없음 충돌 선언하지 않습니다.

초점 간질 특정 전임상 모델에서 비 침습적 채널 EEG 기록하는 새로운 방법을 설명한다. 기록 및 분석 절차에 대한 내역은 특정 실험 팁을 제공하고 있습니다. 성공적인 결과를 달성 고려해야 할 중요한 요소가 있었다. 우선, EEG 레코딩을 위해 고품질의 신호를 얻는 것이 필수적이다. EEG 페이스트의 적정 점도는 미니 캡 제조 동안 각 전극에인가되어야하고, 쥐의 머리 및 귀 모발 면도 중에 완전히 제거되어야한다. 임피던스 체크 EEG 레코딩의 품질을 확인하기 위해 가장 중요한 단계이다. 둘째, 뇌 소스 이미징, 적절한 양 도체 모델을 생성하는 것은 매우 중요하다. 각면은 공동 등록해야합니다. 또한, 생성 된 전극의 위치는 랫트의 두피에 전극의 실제 위치에서 최소 거리 에러를 가져야한다. 심지어이 원고 소스를 소개하지만브레인 (12)를 사용하여 분석 절차는, 그들은 다른 오픈 소프트웨어 16,17과 18,19 시판품을 사용하여 수행 될 수있다. 또한 sLORETA 13 외에, 다중 다이폴 모델 빔 형성기와 같은 다른 역 용액 4를 적용 할 수있다. 이 방법의 하나의 제한은 EEG 기록이 진정 하에서 수행되기 때문에, 분석 동작을 수행 할 수 없다는 것이다. 그러나, 래트에서 5,6- EEG 기록을위한 다른 방법에 비해,이 방법은 비 침습적이다. 우리의 예비 결과는 초점 간질 쥐의 자극성 영역을 결정하기 위해,뿐만 아니라 발작 개시 (11)에 대한 기본 메커니즘과의 관계를 평가하기 위해 뇌파 기록에서 폭발물 공격 마커의 정확한 분류에 대한 중요성을 지원합니다. 또한, 이러한 특정의 IED에 대한 EEG 소스 지역화 RESP와 양호한 일치를 보였다 것으로 밝혀졌다ective BOLD 활성화 및 비활성화 지역 (20). 우리의 연구는 생물 의학 엔지니어에 의해 개발 된 침대 벤치 침대 전략을 평가하는 전임상 모델의 사용을 자극 할 것이다. 예를 들어, IED 추출 요즘 많은 인적 노력이 필요한 수동 병원에서 수행된다. 본 연구에서 제안 된 방법은 자동으로 수행합니다. 우리는 FCD 환자에 적용 할 때,이 방법의 사용은 유사한 결과를 얻을 수 있다는 가설을 세웠다. 우리는 이것의 평가와 인간의 데이터 셋의 방법론의 다른 측면에 대한 IRB 프로토콜을 준비하고있다. 또한, 전임상 모델의 사용은 우리가 간질 21 뇌파 소스 지역화의 기능과 한계를 이해하는 데 도움이 될 것입니다. epileptogenesis를 부하 뇌 소스의 정확한 추정은 치료 전략 및 수술 계획을 위해 매우 중요하다. 또한, 쥐의 뇌파 기록을위한 표준 플랫폼을 갖는 것이 유용 할 것이다전임상 시험에서 몇 항 간질 약물의 효과의 평가. 이 간질 뇌파 바이오 마커의 평가를 위해 새로운 문을 열 것 간질 쥐가 비 침습적 진정에 따라 기록되는 첫 번째 연구이다. 그러나, 본 연구에서 제시 한 전체 방법론은 다른 실험 조건 및 뇌 질환에 대한 확장입니다. EEG 미니 캡은 또한 설치류의 다른 유형에 이용 될 수있다. 과거에는, 위 스타 래트에서 앞발 자극 패러다임 EEG 미니 캡 (2)과, 기록 된 데이터의 품질과 재현성을 평가하기 위해 사용되어왔다. 또한, 뇌 소스 재구성에 대한 검증이 동시에 수염 자극 패러다임 (22) 아래의 Wistar 쥐에서 층류 지역 필드 잠재력으로 기록 된 고해상도 두개골 뇌파에서 수행되었다. 이 방법 때문에이 특정 쥐들에 대한 자기 공명 영상 아틀라스의 존재의의 Wistar 쥐를 위해 개발 된기차. 그러나, 마우스 (23), 흰쥐 24과 Paxinos 왓슨 래트 25 포함한 아틀라스 그들의 표준 포맷과 다른 설치류 유형에 적용될 수있다. 또한, 제안 된 방법의 기본적인 절차는 EEG가 중요한 양상되는 모든 설치류 전임상 모델에서 사용될 수있다. 그러나,이 방법의 여러 측면 뇌파 전처리 (IED 탐지 및 분류)에 관한 특히이 간질을 위해 특히이다. 또한, 연구진은 다른 경우에 진정 작용에 사용되는 적절한 약물을 알고 있어야합니다. 우리의 연구에서 이소 플루 란과 dexdomitor의 사용은 신중의 IED에 의한 영향이 감소하는 것으로 간주되었다. EEG 레코딩에 대해서, 쥐의 경우에, 두피에 비교적 작은 표면적은 상당히 채널 수를 감소시킬 것이다.

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

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

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

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

일단 모든 절차가 제대로 완료, 예상 소스는 전임상 모델의 뇌 표면에 가시화 될 수있다. (5) 스파이크 (위)과의 IED에서 날카로운 파도 (아래)의 하나의 특정 서브 타입에서 추정 된 소스를 보여줍니다. 또한, 6 표시도 방법 발작을 설정하는 동안 순차적 타임 프레임에 소스 배포판으로 변경됩니다. 이러한 결과는 초점 간질 쥐 고해상도 EEG를 기록하고 기록 된 EEG를 이용하여 소스 분석을 수행하는 방법을 제안하는 능력을 지원한다. <img alt="비주얼 (6)" src="/files/ftp_upload/52700/52700fig5.jpg" /> 스파이크에서 다른 클러스터에 대해 (위)과 날카로운 파도 (아래)과의 IED의 그림 5. 예상 뇌 원본 위치. () 시간 시리즈, (B) 뇌파 지형, 및 (c) 신 현재의 대뇌 피질CES. 평가에서 빨간색 수직선 (A)로 표시된 특정 시간에 수행된다. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52700/52700fig5highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="비주얼 (6)" src="/files/ftp_upload/52700/52700fig6.jpg" /> 발작 동안 그림 6. 예상 뇌 소스. 시간 순간은 빨간색 수직선으로 표시됩니다. <a href="https://www-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/52700/52700fig6highres.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

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

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

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

고해상도 뇌파 기록을 사용하여 초점 간질의 전임상 쥐 모델에서 뇌 원본 영상

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

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

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Medicine

15.3K 조회수.  Florida International University. This video introduces the preparation, recording, and source analysis procedures of high-resolution EEG on sedated rats with a particular preclinical model of focal epilepsy under noninvasive conditions.

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

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.

쥐 두뇌에 동시 fMRI와 전기 생리학

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

연구

신경과학

Long-term Continuous EEG Monitoring in Small Rodent Models of Human Disease Using the Epoch Wireless Transmitter System

Many progressive neurologic diseases in humans, such as epilepsy, require pre-clinical animal models that slowly develop the disease in order to test interventions at various stages of the disease process. These animal models are particularly difficult to implement in immature rodents, a classic model organism for laboratory study of these disorders. Recording continuous EEG in young animal models of seizures and other neurological disorders presents a technical challenge due to the small physical size of young rodents and their dependence on the dam prior to weaning. Therefore, there is not only a clear need for improving pre-clinical research that will better identify those therapies suitable for translation to the clinic but also a need for new devices capable of recording continuous EEG in immature rodents. Here, we describe the technology behind and demonstrate the use of a novel miniature telemetry system, specifically engineered for use in immature rats or mice, which is also effective for use in adult animals.

Here we demonstrate the use of a wireless enabling technology for electroencephalogram (EEG) in neonatal rodent models of human disease. With telemetry, there are no encumbering connections, thus allowing natural behaviors.

신기원 무선 송신기 시스템을 사용하여 인간의 질병의 작은 설치류 모델에서 장기 연속 뇌파 모니터링

Many progressive neurologic diseases in humans, such as epilepsy, require pre-clinical animal models that slowly develop the disease in order to test ...

High-density Electroencephalographic Acquisition in a Rodent Model Using Low-cost and Open-source Resources

Advanced electroencephalographic analysis techniques requiring high spatial resolution, including electrical source imaging and measures of network connectivity, are applicable to an expanding variety of questions in neuroscience. Performing these kinds of analyses in a rodent model requires higher electrode density than traditional screw electrodes can accomplish. While higher-density electroencephalographic montages for rodents exist, they are of limited availability to most researchers, are not robust enough for repeated experiments over an extended period of time, or are limited to use in anesthetized rodents.1-3 A proposed low-cost method for constructing a durable, high-count, transcranial electrode array, consisting of bilaterally implantable headpieces is investigated as a means to perform advanced electroencephalogram analyses in mice or rats.

Procedures for headpiece fabrication and surgical implantation necessary to produce high signal to noise, low-impedance electroencephalographic and electromyographic signals are presented. While the methodology is useful in both rats and mice, this manuscript focuses on the more challenging implementation for the smaller mouse skull. Freely moving mice are only tethered to cables via a common adapter during recording. One version of this electrode system that includes 26 electroencephalographic channels and 4 electromyographic channels is described below.

Instructions for the low-cost construction and surgical implantation of a chronic transcranial high-density electroencephalographic montage into mice are provided. Signal recording, extraction, and processing techniques are also described.

설치류 모델에서 고밀도 뇌파 취득 낮은 비용과 오픈 소스 리소스를 사용하여

Advanced electroencephalographic analysis techniques requiring high spatial resolution, including electrical source imaging and measures of network ...

Concurrent Recording of Co-localized Electroencephalography and Local Field Potential in Rodent

Although electroencephalography (EEG) is widely used as a non-invasive technique for recording neural activities of the brain, our understanding of the neurogenesis of EEG is still very limited. Local field potentials (LFPs) recorded via a multi-laminar microelectrode can provide a more detailed account of simultaneous neural activity across different cortical layers in the neocortex, but the technique is invasive. Combining EEG and LFP measurements in a pre-clinical model can greatly enhance understanding of the neural mechanisms involved in the generation of EEG signals, and facilitate the derivation of a more realistic and biologically accurate mathematical model of EEG. A simple procedure for acquiring concurrent and co-localized EEG and multi-laminar LFP signals in the anesthetized rodent is presented here. We also investigated whether EEG signals were significantly affected by a burr hole drilled in the skull for the insertion of a microelectrode. Our results suggest that the burr hole has a negligible impact on EEG recordings.

This protocol describes a simple method for concurrent recording of co-localized electroencephalography (EEG) and multi-laminar local field potential in an anesthetized rat. A burr hole drilled in the skull for the insertion of a microelectrode is shown to produce negligible distortion of the EEG signal.

공동 화 된 Electroencephalography 및 설치류에서 로컬 필드 가능성의 동시 녹음

Although electroencephalography (EEG) is widely used as a non-invasive technique for recording neural activities of the brain, our understanding of the ...

Recording and Modulation of Epileptiform Activity in Rodent Brain Slices Coupled to Microelectrode Arrays

Temporal lobe epilepsy (TLE) is the most common partial complex epileptic syndrome and the least responsive to medications. Deep brain stimulation (DBS) is a promising approach when pharmacological treatment fails or neurosurgery is not recommended. Acute brain slices coupled to microelectrode arrays (MEAs) represent a valuable tool to study neuronal network interactions and their modulation by electrical stimulation. As compared to conventional extracellular recording techniques, they provide the added advantages of a greater number of observation points and a known inter-electrode distance, which allow studying the propagation path and speed of electrophysiological signals. However, tissue oxygenation may be greatly impaired during MEA recording, requiring a high perfusion rate, which comes at the cost of decreased signal-to-noise ratio and higher oscillations in the experimental temperature. Electrical stimulation further stresses the brain tissue, making it difficult to pursue prolonged recording/stimulation epochs. Moreover, electrical modulation of brain slice activity needs to target specific structures/pathways within the brain slice, requiring that electrode mapping be easily and quickly performed live during the experiment. Here, we illustrate how to perform the recording and electrical modulation of 4-aminopyridine (4AP)-induced epileptiform activity in rodent brain slices using planar MEAs. We show that the brain tissue obtained from mice outperforms rat brain tissue and is thus better suited for MEA experiments. This protocol guarantees the generation and maintenance of a stable epileptiform pattern that faithfully reproduces the electrophysiological features observed with conventional field potential recording, persists for several hours, and outlasts sustained electrical stimulation for prolonged epochs. Tissue viability throughout the experiment is achieved thanks to the use of a small-volume custom recording chamber allowing for laminar flow and quick solution exchange even at low (1 mL/min) perfusion rates. Quick MEA mapping for real-time monitoring and selection of stimulating electrodes is performed by a custom graphic user interface (GUI).

We illustrate how to perform recording and electrical modulation of 4-aminopyridine-induced epileptiform activity in rodent brain slices using microelectrode arrays. A custom recording chamber maintains tissue viability throughout prolonged experimental sessions. Live electrode mapping and selection of stimulating pairs are performed by a custom graphical user interface.

녹음 및 Microelectrode 배열에 결합 하는 설치류 뇌 조각에 Epileptiform 활동의 변조

Temporal lobe epilepsy (TLE) is the most common partial complex epileptic syndrome and the least responsive to medications. Deep brain stimulation (DBS) ...

Generation and On-Demand Initiation of Acute Ictal Activity in Rodent and Human Tissue

Controlling seizures remains a challenging issue for the medical community. To make progress, researchers need a way to extensively study seizure dynamics and investigate its underlying mechanisms. Acute seizure models are convenient, offer the ability to perform electrophysiological recordings, and can generate a large volume of electrographic seizure-like (ictal) events. The promising findings from acute seizure models can then be advanced to chronic epilepsy models and clinical trials. Thus, studying seizures in acute models that faithfully replicate the electrographic and dynamical signatures of a clinical seizure will be essential for making clinically relevant findings. Studying ictal events in acute seizure models prepared from human tissue is also important for making findings that are clinically relevant. The key focus in this paper is on the cortical 4-AP model due to its versatility in generating ictal events in both in vivo and in vitro studies, as well as in both mouse and human tissue. The methods in this paper will also describe an alternative method of seizure induction using the Zero-Mg2+ model and provide a detailed overview of the advantages and limitations of the epileptiform-like activity generated in the different acute seizure models. Moreover, by taking advantage of commercially available optogenetic mouse strains, a brief (30 ms) light pulse can be used to trigger an ictal event identical to those occurring spontaneously. Similarly, 30 - 100 ms puffs of neurotransmitters (Gamma-Amino Butyric Acid or glutamate) can be applied to the human tissue to trigger ictal events that are identical to those occurring spontaneously. The ability to trigger ictal events on-demand in acute seizure models offers the newfound ability to observe the exact sequence of events that underlie seizure initiation dynamics and efficiently evaluate potential anti-seizure therapies.

Acute seizure models are important for studying the mechanisms underlying epileptiform events. Furthermore, the ability to generate epileptiform events on-demand provides a highly efficient method to study the exact sequence of events underlying their initiation. Here, we describe the acute 4-aminopyridine cortical seizure models established in mouse and human tissue.

설치류와 인간의 조직에 급성 Ictal 활동의 생성 및 요청 시 개시

Controlling seizures remains a challenging issue for the medical community. To make progress, researchers need a way to extensively study seizure dynamics ...

Equipment Setup and Artifact Removal for Simultaneous Electroencephalogram and Functional Magnetic Resonance Imaging for Clinical Review in Epilepsy

Simultaneous electroencephalogram and functional magnetic resonance imaging (EEG-fMRI) is a unique combined technique that provides synergy in the understanding and localization of seizure onset in epilepsy. However, reported experimental protocols for EEG-fMRI recordings fail to address details about conducting such procedures on epilepsy patients. In addition, these protocols are limited solely to research settings. To fill the gap between patient monitoring in an epilepsy monitoring unit (EMU) and conducting research with an epilepsy patient, we introduce a unique EEG-fMRI recording protocol of epilepsy during the interictal period. The use of an MR conditional electrode set, which can also be used in the EMU for a simultaneous scalp EEG and video recording, allows an easy transition of EEG recordings from the EMU to the scanning room for concurrent EEG-fMRI recordings. Details on the recording procedures using this specific MR conditional electrode set are provided. In addition, the study explains step-by-step EEG processing procedures to remove the imaging artifacts, which can then be used for clinical review. This experimental protocol promotes an amendment to the conventional EEG-fMRI recording for enhanced applicability in both clinical (i.e., EMU) and research settings. Furthermore, this protocol provides the potential to expand this modality to postictal EEG-fMRI recordings in the clinical setting.

This article details simultaneous electroencephalogram and functional magnetic resonance imaging (EEG-fMRI) recording procedures that can be used in both clinical and research settings. EEG processing procedures to remove imaging artifacts for clinical review are also included. This study focuses on the example of epilepsy during the interictal period.

간질의 임상 검토를 위한 동시 뇌파도 및 기능적 자기 공명 영상을 위한 장비 설정 및 아티팩트 제거

Simultaneous electroencephalogram and functional magnetic resonance imaging (EEG-fMRI) is a unique combined technique that provides synergy in the ...

생체공학

<meta charset="utf8"></head><body>소아 간질 국소화에서 MEG와 HD-EEG의 통합

Electromagnetic Source Imaging in Presurgical Evaluation of Children with Drug-Resistant Epilepsy

For children with drug-resistant epilepsy (DRE), seizure freedom relies on the delineation and resection (or ablation/disconnection) of the epileptogenic zone (EZ) while preserving the eloquent brain areas. The development of a reliable and noninvasive localization method that provides clinically useful information for the localization of the EZ is, therefore, crucial to achieving successful surgical outcomes. Electric and magnetic source imaging (ESI and MSI) have been increasingly utilized in the presurgical evaluation of these patients showing promising findings in the delineation of epileptogenic as well as eloquent brain areas. Moreover, the combination of ESI and MSI into a single solution, namely electromagnetic source imaging (EMSI), performed on simultaneous high-density electroencephalography (HD-EEG) and magnetoencephalography (MEG) recordings has shown higher source localization accuracy than either modality alone. Despite these encouraging findings, such techniques are performed in only a few tertiary epilepsy centers, are rarely recorded simultaneously, and are underutilized in pediatric cohorts. This study illustrates the experimental setup for recording simultaneous MEG and HD-EEG data as well as the methodological framework for analyzing these data aiming to localize the irritative zone, the seizure onset zone, and eloquent brain areas in children with DRE. More specifically, the experimental setups are presented for (i) recording and localizing interictal and ictal epileptiform activity during sleep and (ii) recording visual-, motor-, auditory-, and somatosensory-evoked responses and mapping relevant eloquent brain areas (i.e., visual, motor, auditory, and somatosensory) during visuomotor task, as well as auditory and somatosensory stimulations. Detailed steps of the data analysis pipeline are further presented for performing EMSI as well as individual ESI and MSI using equivalent current dipole (ECD) and dynamic statistical parametric mapping (dSPM).

<meta charset="utf8"></head><body>저자 스포트라이트: 새로운 바이오마커 및 향상된 지역화를 통한 소아 소아 간질 수술 발전

Magnetoencephalography (MEG) and high-density electroencephalography (HD-EEG) are rarely recorded simultaneously, although they yield confirmatory and complementary information. Here, we illustrate the experimental setup for recording simultaneous MEG and HD-EEG and the methodology for analyzing these data aiming to localize epileptogenic and eloquent brain areas in children with drug-resistant epilepsy.

약물 내성 간질이 있는 소아의 수술 전 평가에서 전자기 소스 이미징

For children with drug-resistant epilepsy (DRE), seizure freedom relies on the delineation and resection (or ablation/disconnection) of the epileptogenic ...

고해상도 뇌파 기록을 사용하여 초점 간질의 전임상 쥐 모델에서 뇌 원본 영상

요약

더 많은 비디오 탐색

이 비디오의 챕터

쥐 두뇌에 동시 fMRI와 전기 생리학

신기원 무선 송신기 시스템을 사용하여 인간의 질병의 작은 설치류 모델에서 장기 연속 뇌파 모니터링

설치류 모델에서 고밀도 뇌파 취득 낮은 비용과 오픈 소스 리소스를 사용하여

공동 화 된 Electroencephalography 및 설치류에서 로컬 필드 가능성의 동시 녹음

녹음 및 Microelectrode 배열에 결합 하는 설치류 뇌 조각에 Epileptiform 활동의 변조

설치류와 인간의 조직에 급성 Ictal 활동의 생성 및 요청 시 개시

간질의 임상 검토를 위한 동시 뇌파도 및 기능적 자기 공명 영상을 위한 장비 설정 및 아티팩트 제거

약물 내성 간질이 있는 소아의 수술 전 평가에서 전자기 소스 이미징

약물 내성 간질이 있는 소아의 수술 전 평가에서 전자기 소스 이미징

약물 내성 간질이 있는 소아의 수술 전 평가에서 전자기 소스 이미징