Gli autori desiderano ringraziare Pedro A. Valdes Hernandez, Francois Tadel, e Lloyd Smith per il loro preziosi consigli e fruttuosa discussione. Ringraziamo anche Rafael Torres per la correzione di bozze.

Dichiarazione etica: Tutti gli esperimenti sono eseguiti secondo le politiche stabilite dalla cura e l&#39;uso degli animali Comitato Istituzionale (IACUC) alla Florida International University (IACUC 13-004). 1. EEG Recordings <ol><li> Preparazione del mini-cap EEG <ol><li> Immergere le punte degli elettrodi del mini-cap EEG almeno 12 ore in acqua distillata da cloruro 0,2%. Risciacquare il mini-tappo EEG delicatamente in acqua distillata. Essiccare il tappo e gli elettrodi in aria. </li><li> Mix EEG elettrodo pasta con 0,9% di soluzione di NaCl nella proporzione volume di 2: 1. Aggiungere una goccia di blu di metilene, che aiuterà a visualizzare la pasta all&#39;interno dell&#39;elettrodo, gli elettrodi e sulla pelle. Prendere la pasta miscelata in una siringa. Assicurarsi che non vi siano bolle d&#39;aria nella siringa. Iniettare il gel in ciascuno dei 32 elettrodi, riempiendole senza introdurre bolle d&#39;aria. Si raccomanda di iniettare dal fondo piuttosto che la cima. Questo fornisce una migliore access a ciascun elettrodo e riduce la possibilità di gel traboccando. </li><li> Accendere EEG e sistema di registrazione fisiologica, e aprire il software di registrazione corrispondente sul computer in uso. </li></ol></li><li> Preparazione degli animali e l&#39;anestesia NOTA: epilessia cronica è stata creata utilizzando un protocollo per FCD 8 in ratti Wistar. La registrazione EEG sono stati condotti in ratti adulti Wistar (8 settimane di vita, 300-400 g). <ol><li> Registrare il peso del ratto in un foglio esperimento. Utilizzare queste informazioni per calcolare la dose sedativo (DEXDOMITOR 0,25 mg / kg). Indurre l&#39;anestesia nel ratto con 5% isoflurano e ossigeno al 100% (1 L / min a 14,7 psi). </li><li> Dopo tagliare la testa del topo, ridurre isoflurano al 2% e mantenerla per tutta la cornice del mini-cap EEG. Controllare riflessi ratto sono assenti (toe-pinch). Posizionare il ratto su una piastra elettrica nella apparato stereotassico fissando i condotti uditivi utilizzando barre di orecchio. Assicurarsi cono anestesia naso è sicuro. </li><li> Apply lubrificante pomata oftalmica per ogni occhio. </li><li> Radere i capelli supplementari sulla testa ratto e orecchie usando un rasoio. Evitare qualsiasi sanguinamento durante la rasatura. NOTA: Qualsiasi capelli lasciati sulla pelle produrrà rumore nelle registrazioni EEG. Rub pelle del topo con il 90% di alcool isopropilico per stimolare i vasi sanguigni e sgrassare la pelle. </li><li> Posizionare un tampone salino sul cuoio capelluto e coprire completamente per mantenere una buona conduttanza cutanea fino al mini-cap EEG è pronto per essere posizionato. </li><li> Collegare la temperatura, la respirazione, e tre sonde elettrocardiogramma piombo. Si noti che la temperatura viene misurata da una sonda rettale. Monitorare continuamente la fisiologia del ratto durante le procedure di registrazione. Assicurarsi che la temperatura normale è di 37 ° C, gamma respirazione è 30-60 respiri al minuto, e la frequenza cardiaca è di circa 350-450 battiti al minuto. </li></ol></li><li> Procedure di registrazione <ol><li> Rimuovere il tampone salino sul cuoio capelluto del ratto e posizionare il preparato EEG mini-cap sulla sua pelle. Fissare il mini-cap con elastici. Posizionare un elastico sul lato anteriore del cuoio capelluto, di solito davanti agli occhi, e un altro gruppo sul retro del cuoio capelluto tra le orecchie e il collo. Utilizzare una protezione di plastica sotto il collo per facilitare la respirazione normale. </li><li> Mettere uno strato di alta conduttanza elettrodi di pasta su entrambi gli elettrodi di terra e di riferimento. Mettetele sul rispettivo orecchio. NOTA: L&#39;elettrodo di riferimento può essere eventualmente collocata in altre posizioni. </li><li> Collegare il mini-tappo EEG agli amplificatori e osservare in anteprima il banco di lavoro per l&#39;impedenza degli elettrodi. Controllare le prestazioni di tutti gli elettrodi. Per una registrazione di alta qualità, assicurano che il valore di impedenza è nell&#39;intervallo di 5-30 kΩ. Se ci sono elettrodi rumorosi, fornire un migliore contatto con il cuoio capelluto da uno spostandoli all&#39;interno del ponteggio verso il cuoio capelluto o delicatamente iniettando più gel dall&#39;alto dell&#39;elettrodo. </li><li> Somministrare DEXDOMITOR (0,25 mg / kg) intraperitoneally e subito ridurre il tasso di isoflurano al 0%. Se il tasso di respirazione non è di 30-60 respiri al minuto gamma, iniziare ad aumentare il tasso di isoflurano delicatamente. Non superare il valore di 1% isoflurano. Monitorare con attenzione questo passo perché la miscela di isoflurano e DEXDOMITOR potrebbe spingere gli animali ad una condizione critica. NOTA: Sul modello preclinico di epilessia focale, isoflurano colpisce IED, mentre DEXDOMITOR non lo fa. I soggetti sotto isoflurano hanno più debole proprietà epilettogena, cioè, relativamente meno IED possono essere rilevati rispetto alle altre condizioni 7,14. La dose DEXDOMITOR è efficace per circa 2 ore. Così, per risparmiare il tempo per il suo effetto, la preparazione è stata effettuata sotto isoflurano. </li><li> Condurre registrazioni EEG. Dopo la registrazione, contrassegnare le posizioni dei tre cerchi sporgenti del mini-tappo EEG in cima alla pelle inserendo una penna di colore al loro interno prima del mini-tappo EEG viene rimosso. Usarli come punti di riferimento per la risonanza magnetica co-Iscrizione. Scatta una foto della testa ratto con i punti di riferimento. Posizionare il topo di nuovo dentro la gabbia e monitorarlo fino al recupero completo di effetto di DEXDOMITOR. NOTA: In questo esperimento, il colore rosso (colore avversario a verde) è stato utilizzato per distinguere dalle posizioni degli elettrodi (verde). Tuttavia, si consiglia di usare altri colori (viola / verde) se i piccoli punti emorragici si osservano nella pelle. </li></ol></li></ol><img alt="Figura 1" src="/files/ftp_upload/52700/52700fig1.jpg" /> Figura 1. Un&#39;immagine del EEG mini-tappo posizionato su un particolare topo. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52700/52700fig1highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> 2. cervello Imaging Source <ol><li> Classificazione IED NOTA: Il rilevamento IED e la classificazione viene effettuata utilizzando i codici di auto-sviluppato in MATLAB in base allaprecedente studio 15. Questo software sarà disponibile a richiesta. <ol><li> Scartare canali rumorosi ispezionando visivamente i traccianti EEG. Rimuovere artefatti EKG utilizzando un metodo automatico per la forma d&#39;onda periodica sottrazione, che si basa su un modello e una analisi di correlazione. NOTA: Normalmente, lo sperimentatore che ha registrato il EEG condivide il foglio sperimentale scritta per le informazioni del canale cattivo osservato sulla base dei valori di impedenza. Software per rimuovere gli artefatti ECG sarà disponibile anche su richiesta. <img alt="Figura 2" src="/files/ftp_upload/52700/52700fig2.jpg" /> Figura 2. Un esempio di traccia EEG mostrando diversi tipi di IED. La scatola rossa indica un tipo di IED. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52700/52700fig2highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> </li><li> Applicare un filtro passa-banda con frequenze di taglio da 3 - 150 Hz e una taccafiltrata per rimuovere la frequenza di rete (60 Hz in generale e 50 Hz in alcuni paesi) offline componente. </li><li> Rileva due tipi di IED (punte e onde aguzze). Picchi e onde aguzze costituiscono grandi eventi elettrici di 20-70 ms e 70-200 ms di durata rispettivamente. Pertanto, dopo l&#39;applicazione di un rispettivo filtro passa-banda (frequenze di taglio 15 - 50 Hz per punte e 5 - Nel 15 Hz per onde aguzze), gli IED sono rilevate in base ad ampiezza soglie 15. NOTA: Le soglie vengono automaticamente impostati 4σ come suggerito nello studio precedente per l&#39;attività multiunit 15. Qui, σ è una deviazione standard stimata del segnale passa-banda-filtrato, σ = {mediana | segnale filtrato | / 0,6745}. </li><li> Sub-classificare le punte e onde aguzze in diversi cluster. Le caratteristiche distintive di diverse punte e onde aguzze vengono estratti mediante trasformata wavelet 15. Essi sono sotto-classificate in più cluster con k-means,e il numero di cluster ottimale k è determinato utilizzando silhouette. </li><li> Calcolare la media dei segnali sub-classificati nella stessa cluster. I segnali EEG medi per ogni sottotipo IED saranno utilizzati per l&#39;analisi di origine cerebrale. </li></ol></li><li> Volume modello conduttore NOTA: Per le seguenti sezioni, il software open source, Brainstorm 12, verrà utilizzato con l&#39;atlante MRI per Wistar ratti 9. Tuttavia, MRI ratto singolo può anche essere utilizzato per generare il modello di volume conduttore se disponibile. L&#39;atlante MRI 9 può essere scaricato dal <a href="http://www.idac.tohoku.ac.jp/bir/en/db/rb/101028.html">http://www.idac.tohoku.ac.jp/bir/en/</a> . Questo sito fornisce l&#39;atlante il formato NIfTI sezione &quot;Wistar Rat MRI Atlas&quot; sotto, e può essere accessibile previa registrazione. Il software necessario per la pre-elaborazione può essere trovata anche in questo sito. <ol><li> MRI ingresso e la superficie del cervello per il software 12. <img alt="Visiva 1" src = &quot;/ files / ftp_upload / 52700 / 52700vis1.jpg&quot; /&gt; <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52700/52700vis1highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> </li><li> Generare superficie della testina con l&#39;impostazione di default. <img alt="Visivo 2" src="/files/ftp_upload/52700/52700vis2.jpg" /> <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52700/52700vis2highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> </li><li> Generare cuoio capelluto e le superfici del cranio esterna / interna in base alla risonanza magnetica per il campo principale di calcolo 12. NOTA: La risoluzione dei vertici influenza la precisione della sorgente stimata, ma molti vertici risultati in alta complessità computazionale. Numero consigliato di vertici di ogni strato è 642 per la precisione accettabile con complessità computazionale fiera. Lo spessore del cranio può essere controllato dalla MRI, e nel caso dell&#39;atlante MRI, è di circa 1 mm. Dopo aver inserito i valori superiori nel software, corrispondente triangolo faccia vertici mesh per verrà creato ogni superficie. <img alt="Visuale 3" src="/files/ftp_upload/52700/52700vis3.jpg" /> <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52700/52700vis3highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> </li><li> Controllare l&#39;orientamento e la posizione di ciascuna superficie rispetto alla MRI utilizzando l&#39;opzione di visualizzazione. Modificare di conseguenza, se le superfici non sono co-registrate 12. <img alt="Visiva 4" height="351" src="/files/ftp_upload/52700/52700vis4.jpg" width="321" /> <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52700/52700vis4highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> </li><li> Usando l&#39;immagine testa topo acquisita in 1.3.5. co-registrare le posizioni dei punti di riferimento 3 (R1, R2, e R3) in MRI. Utilizzare i punti della griglia dei punti di riferimento come riferimenti generate le posizioni degli elettrodi come gli elettrodi sono fissati sulla scaffold (Figura 3B). <img alt="Figura 3" src="/files/ftp_upload/52700/52700fig3.jpg" /> Figura picture testa 3. (A) Rat utilizzato per ottenere le posizioni degli elettrodi e (b) il diagramma mini-cap EEG con il sistema di coordinate. I puntini rossi in (A) indicano i punti di riferimento di cui al 1.3.5. che corrispondono ai numeri rossi in (B). Inoltre, i segni verdi in (A) rappresentano le posizioni degli elettrodi 32, e corrispondono ai numeri in blu (B). <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52700/52700fig3highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> </li><li> Genera N × 3 elettrodo matrice posizione basata sui 3 punti di riferimento. Qui, N è il numero di canali (N = 32) e la colonna rappresenta il corrispondente x, y, z valori delle coordinate. NOTA: Il mini-cap EEG è un&#39;impalcatura rigida. Pertanto, una volta ottenute le 3 griglie di riferimento (R1, R2, e R3), la posizione degli elettrodi vengono impostati automaticamente. L&#39;utente dovrà solo ridefinire i valori Z in modo che il mini-tappo è opportunamente proiettata sul cuoio capelluto. Le griglie di punti N possono essere numerati in sequenza, come mostrato in Figura 3B numeri blu. L&#39;impalcatura standard per l&#39;EEG mini-cap è disponibile in commercio (Table of Materials). Il software per la co-registrazione è a disposizione della comunità anche. </li><li> Inserire il file di canali generato. <img alt="Visuale 5" src="/files/ftp_upload/52700/52700vis5.jpg" /> <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52700/52700vis5highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> </li><li> Visualizzare e confermare la posizione di tutti gli elettrodi. Modificare gli elettrodi fuori luogo 12. Il sistema di coordinate finale per l&#39;elettroposizioni de devono coincidere con il sistema di coordinate usato per le superfici suddette. NOTA: Le superfici create possono essere controllate visivamente al una risonanza magnetica utilizzando l&#39;opzione di visualizzazione, e poi, una superficie selezionata verranno visualizzati come linea gialla sulla MRI &quot;registrazione MRI Controllare MRI / registrazione di superficie.&quot;. Inoltre, i 3 punti di riferimento e le 32 posizioni elettrodi possono essere visualizzati sulla risonanza magnetica selezionando l&#39;opzione del toolbox, &quot;Mostra Sensori MRI Viewer&quot;. Le posizioni possono essere controllati visivamente confrontando le distribuzioni basate su occhi e orecchie posizioni del ratto ( Figura 4). <img alt="Figura 4" src="/files/ftp_upload/52700/52700fig4.jpg" /> Figura 4. atlante (A) RM con piano di co-registrate cervello (linea gialla), (B) il volume modello conduttore creati con le allineati 32 elettrodi e 3 punti di riferimento (punti rossi), e Atlas (C) MRI con co-registrate arbitro<html> griglia erence R1. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52700/52700fig4highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> </li></ol></li><li> Cervello Imaging Source <ol><li> Calcola matrice campo di piombo 13. Inserire i valori di conducibilità che soddisfano il rapporto di pelle, il cranio e cervello come 1: 1/80: 1. Ottenere la matrice campo principale in base al modello volume conduttore e le posizioni degli elettrodi creati in 2.2. NOTA: La casella degli strumenti offre 12 l&#39;interfaccia con gli altri software per il calcolo BEM 10. Pertanto, solo i valori di conducibilità sono richiesti input. <img alt="Visiva 6" src="/files/ftp_upload/52700/52700vis6.jpg" /> <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52700/52700vis6highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> </li><li> Inserire i segnali EEG medi per ogni sottotipo IED memorizzato in 2.1.4. &quot;Src =&quot; / files / ftp_upload / 52700 / 52700vis7.jpg &quot;/&gt; <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52700/52700vis7highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> </li><li> Ottenere soluzione sLORETA 13 basato sulla matrice campo piombo calcolato ei segnali di ingresso EEG. Selezionando l&#39;opzione metodo di stima di origine, la soluzione inversa può essere ottenuta 12. <img alt="Visuale 8" src="/files/ftp_upload/52700/52700vis8.jpg" /> <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52700/52700vis8highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> </li><li> Tracciare le fonti stimate. </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>

Nessun conflitto di interessi dichiarati.

Una nuova metodologia per non invasivo multicanale registrare EEG in un particolare modello preclinico di epilessia focale è descritta. Le indicazioni per le procedure di registrazione e di analisi, con specifiche punte sperimentali, sono forniti. Ci sono stati i fattori chiave da considerare raggiungere risultati di successo. In primo luogo, per le registrazioni di EEG, ottenendo segnali di alta qualità è essenziale. La corretta viscosità della pasta EEG dovrebbe essere applicata a ciascun elettrodo durante la preparazione mini-cap, e la testa e l&#39;orecchio capelli del ratto dovrebbe essere completamente rimosso durante la rasatura. Controllo impedenza è il passo più importante per confermare la qualità delle registrazioni di EEG. In secondo luogo, per l&#39;imaging fonte cervello, generando corretto modello di volume conduttore è fondamentale. Ogni superficie deve essere co-registrato. Inoltre, le posizioni degli elettrodi generati devono avere un errore minima distanza dalle posizioni degli elettrodi reali sul cuoio capelluto del ratto. Anche se questo manoscritto presenta fonteprocedure di analisi che utilizzano Brainstorm 12, possono essere effettuate utilizzando altri software aperti 16,17 e prodotti commerciali 18,19. Inoltre, oltre sLORETA 13, altre soluzioni inverse come molteplici modelli dipolo e Beamformer possono essere applicati 4. Una limitazione di questo approccio è che l&#39;analisi del comportamento non può essere condotta in quanto la registrazione EEG è effettuata sotto sedazione. Tuttavia, rispetto agli altri metodi di registrazione EEG nel ratto 5,6, questo approccio è invasivo. I nostri risultati preliminari supportano l&#39;importanza, per una precisa classificazione di IED marcatori da registrazioni EEG per determinare le zone irritativi in un ratto con epilessia focale, nonché per valutare il loro rapporto con i meccanismi alla base di sequestro iniziazione 11. Inoltre, è stato dimostrato che la localizzazione della sorgente EEG per tali IED specifici ha mostrato una buona corrispondenza con la respective attivazione e disattivazione regioni BOLD 20. Il nostro studio stimolerà l&#39;utilizzo di modelli preclinici per valutare le strategie bed-panca-letto sviluppati da ingegneri biomedici. Ad esempio, l&#39;estrazione IED è oggi eseguita in ospedali manualmente, che ha richiesto un notevole sforzo umano. La metodologia proposta in questo studio fa automaticamente. Noi ipotizziamo che l&#39;uso di questa metodologia produrrà risultati simili quando applicato ai pazienti con FCD. Ci stiamo preparando protocolli IRB per la valutazione di questo e di altri aspetti della metodologia nel set di dati umano. Inoltre, l&#39;uso di modelli preclinici ci aiuterà a capire le capacità ei limiti di localizzazione della sorgente EEG nell&#39;epilessia 21. La stima accurata delle fonti cerebrali subalterno epilettogenesi è cruciale per le strategie terapeutiche e pianificazione chirurgica. Inoltre, avendo una piattaforma standard per la registrazione EEG in ratti sarà utile perla valutazione dell&#39;efficacia di diversi farmaci antiepilettici in studi preclinici. Questo è il primo studio in cui ratti epilettici sono registrati in modo non invasivo sotto sedazione, che aprirà nuove porte per la valutazione di biomarcatori EEG per l&#39;epilessia. Tuttavia, l&#39;intera metodologia presentata in questo studio è estendibile ad altre condizioni sperimentali e disturbi cerebrali. L&#39;EEG mini-tappo può essere utilizzato anche in altri tipi di roditori. In passato, un paradigma stimolazione zampa in ratti Wistar è stato utilizzato per valutare la qualità e la riproducibilità dei dati registrati con il mini-tappo EEG 2. Inoltre, convalide per la ricostruzione di origine cerebrale sono stati condotti da alta risoluzione cranio EEG concomitanza registrato con potenzialità laminari campo locale di ratti Wistar sotto un paradigma stimolazione baffo 22. Questa metodologia è stata sviluppata per ratti Wistar a causa dell&#39;esistenza di un atlante MRI per questo particolare ratto streno. Tuttavia, può essere applicato ad altri tipi di roditori con il loro formato standard di atlas compreso il mouse 23, Sprague-Dawley 24 e Paxinos e Watson ratti 25. Inoltre, le procedure fondamentali della nostra metodologia proposta potrebbero essere utilizzati in qualsiasi roditori modelli preclinici che EEG è una modalità importante. Tuttavia, molti aspetti di questa metodologia sono particolarmente per l&#39;epilessia, in particolare quelle relative alla pre-elaborazione EEG (rilevamento IED e classificazione). Inoltre, i ricercatori devono essere consapevoli di farmaci adeguati utilizzati per la sedazione in diversi casi. L&#39;uso di isoflurano e DEXDOMITOR nel nostro studio è stato considerato con attenzione a causa del ridotto impatto IED. Per quanto riguarda le registrazioni EEG, nel caso del mouse, l&#39;area relativamente piccola superficie del cuoio capelluto ridurrebbe il numero di canali considerevolmente.

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.

Una volta che tutte le procedure siano debitamente compilato, fonti stimati possono essere visualizzati nella superficie del cervello del modello pre-clinico. La Figura 5 mostra le fonti stimate da un particolare sottotipo di picchi (in alto) e onde aguzze (in basso) da IED. Inoltre, figura 6 mostra come i cambiamenti di distribuzione fonte in tempi sequenziali durante uno stabilimento sequestro. Questi risultati supportano la capacità delle metodologie proposte per la registrazione ad alta risoluzione EEG su ratti affetti da epilessia focale e per condurre analisi di origine utilizzando EEG registrato. <img alt="Visiva 6" src="/files/ftp_upload/52700/52700fig5.jpg" /> Figura 5. stimato posizioni di origine cerebrale di IED rispetto ai diversi gruppi a picchi (in alto) e onde aguzze (in basso). (A) serie temporali, (B) EEG topografia, e (C) Corrente corticali acidaces. La valutazione viene effettuata in un momento specifico marcata con una linea verticale rossa in (A). <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52700/52700fig5highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</a> <img alt="Visiva 6" src="/files/ftp_upload/52700/52700fig6.jpg" /> Figura 6. fonti cerebrali stimati durante il sequestro. Gli istanti sono contrassegnati come linee verticali rosse. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/52700/52700fig6highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.</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.

Cervello Imaging Source in modelli preclinici Rat dell&#39;epilessia focale utilizzando ad alta risoluzione EEG Recordings

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

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

Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Medicine

15.2K Views.  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.

Video: 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.

FMRI simultanea ed Elettrofisiologia nel cervello roditori

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

Ricerca

Neuroscienze

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.

A lungo termine EEG monitoraggio continuo in piccolo roditore modelli di malattie umane Utilizzo del Sistema Epoch Trasmettitore Wireless

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

Non-restraining EEG Radiotelemetry: Epidural and Deep Intracerebral Stereotaxic EEG Electrode Placement

Implantable EEG radiotelemetry is of central relevance in the neurological characterization of transgenic mouse models of neuropsychiatric and neurodegenerative diseases as well as epilepsies. This powerful technique does not only provide valuable insights into the underlying pathophysiological mechanisms, i.e., the etiopathogenesis of CNS related diseases, it also facilitates the development of new translational, i.e., therapeutic approaches. Whereas competing techniques that make use of recorder systems used in jackets or tethered systems suffer from their unphysiological restraining to semi-restraining character, radiotelemetric EEG recordings overcome these disadvantages. Technically, implantable EEG radiotelemetry allows for precise and highly sensitive measurement of epidural and deep, intracerebral EEGs under various physiological and pathophysiological conditions. First, we present a detailed protocol of a straight forward, successful, quick and efficient technique for epidural (surface) EEG recordings resulting in high-quality electrocorticograms. Second, we demonstrate how to implant deep, intracerebral EEG electrodes, e.g., in the hippocampus (electrohippocampogram). For both approaches, a computerized 3D stereotaxic electrode implantation system is used. The radiofrequency transmitter itself is implanted into a subcutaneous pouch in both mice and rats. Special attention also has to be paid to pre-, peri- and postoperative treatment of the experimental animals. Preoperative preparation of mice and rats, suitable anesthesia as well as postoperative treatment and pain management are described in detail.

Non-restraining EEG radiotelemetry is a valuable methodological approach to record in vivo long-term electroencephalograms from freely moving rodents. This detailed protocol describes stereotaxic epidural and deep intracerebral electrode placement in different brain regions in order to obtain reliable recordings of CNS rhythmicity and CNS related behavioral stages.

Non restrittivo EEG Radiotelemetry: epidurale e Deep intracerebrale Stereotassica EEG Posizionamento degli elettrodi

Implantable EEG radiotelemetry is of central relevance in the neurological characterization of transgenic mouse models of neuropsychiatric and ...

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.

Ad alta densità elettroencefalografico Acquisizione in un modello di roditore Utilizzando risorse a basso costo e open-source

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.

Registrazione simultanea di co-localizzato elettroencefalografia e potenziali di campo locale nel roditore

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.

Registrazione e modulazione di attività Epileptiform in fettine di cervello del roditore accoppiate a matrici di microelettrodi

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

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.

Configurazione delle apparecchiature e rimozione degli artefatti per elettroencefalogramma simultaneo e risonanza magnetica funzionale per la revisione clinica nell'epilessia

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

Bioingegneria

<meta charset="utf8"></head><body>Integrazione di MEG e HD-EEG nella localizzazione dell'epilessia pediatrica

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>Autore in primo piano: Avanzamento della chirurgia dell'epilessia pediatrica nei bambini attraverso nuovi biomarcatori e una migliore localizzazione

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.

Imaging della sorgente elettromagnetica nella valutazione prechirurgica di bambini con epilessia resistente ai farmaci

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

Cervello Imaging Source in modelli preclinici Rat dell'epilessia focale utilizzando ad alta risoluzione EEG Recordings

Riepilogo

Esplora Altri Video

Capitoli in questo video

FMRI simultanea ed Elettrofisiologia nel cervello roditori

A lungo termine EEG monitoraggio continuo in piccolo roditore modelli di malattie umane Utilizzo del Sistema Epoch Trasmettitore Wireless

Non restrittivo EEG Radiotelemetry: epidurale e Deep intracerebrale Stereotassica EEG Posizionamento degli elettrodi

Ad alta densità elettroencefalografico Acquisizione in un modello di roditore Utilizzando risorse a basso costo e open-source

Registrazione simultanea di co-localizzato elettroencefalografia e potenziali di campo locale nel roditore

Registrazione e modulazione di attività Epileptiform in fettine di cervello del roditore accoppiate a matrici di microelettrodi

Configurazione delle apparecchiature e rimozione degli artefatti per elettroencefalogramma simultaneo e risonanza magnetica funzionale per la revisione clinica nell'epilessia

Imaging della sorgente elettromagnetica nella valutazione prechirurgica di bambini con epilessia resistente ai farmaci

Imaging della sorgente elettromagnetica nella valutazione prechirurgica di bambini con epilessia resistente ai farmaci

Imaging della sorgente elettromagnetica nella valutazione prechirurgica di bambini con epilessia resistente ai farmaci