Name: microelectrode guided implantation of electrodes into the subthalamic nucleus of rats for long-term deep brain stimulation
Uploaded: 2015-10-02T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 52 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Microelectrode Guided Implantation of Electrodes into the Subthalamic Nucleus of Rats for Long-term Deep Brain Stimulation at JoVE.com

We wish to thank Mr Wabbel for preparing the wires and Mr Tietsch for constructing the plugs and cages according to our plans. This work was supported by the Deutsche Forschungsgemeinschaft (Sonderforschungsbereich 688). Felix Fluri holds a fellowship of the Interdisziplin&#228;re Zentrum f&#252;r Klinische Forschung (IZKF), University Clinics W&#252;rzburg, Germany.

실험 뇌졸중 연구에 대한 권장 사항에 따라 및 수행 (17)을 연구하고 현재 동물 연구 : 동물 실험은 뷔르츠부르크 대학 및 법적 상태 당국 (54-2531.01-102 / 13 낮은 프랑켄, 승인 번호)에 의해 승인되었다의보고 생체 실험 지침에서 (http://www.nc3rs.org.uk/arrive-guidelines). 1. 마취 <ol><li> 절차의 기간 동안 공급 가스 (산소)와 이소 플루 란의 충분한 양을 보장하기 위해 마취 시스템을 확인합니다. 정위 악기의 앞니 막대로 원추형 두부를 연결 -3.3 mm의 앞니 막대를 넣어. </li><li> 공급 가스 (/ 분 2 패)를 켭니다. 상자에 쥐를 놓고 상단을 밀봉. 3.5 %로 이소 플루 란 기화기를 켭니다. </li><li> 쥐가 누운 때 마취 가스 앞니 막대에 고정 노즈콘 흐른다 있도록 시스템을 전환. </li><li> RA를 제거상자 실에서 T와 귀와 눈 사이의 영역을 면도; Jodosept PVP와 적신 면봉을 사용하여, 느슨한 머리를 제거하는 면도 영역을 닦아. </li><li> 원추형 두부 (그림 1)에서 쥐를 놓고 O 2 (/ 분 1 패)에 이소 플루 란 2.5 %로 마취를 계속합니다. 인터 영역을 곤란하게하여 마취의 수준을 확인합니다. 쥐가 적절하게 마취되면, 방어 반사 신경 (발의 즉, 철수)를 폐지한다. </li><li> 절차를 수행하는 동안 자극에 호흡과 반응을 모니터링하고 필요에 따라 기화기를 조정합니다. </li><li> 마취 동안 건조를 방지하기 위해 눈에 수의사 연고를 적용합니다. 모니터링 및 피드백 제어 시스템에 의해 가열 37 ± 0.5 ℃의 체온을 유지한다. </li></ol> 2. 수술 <ol><li> 전체 수술 중 무균 수술 필드를 유지합니다. surgeon&#39;s 손 멸균 및 운영 필드는 멸균 한 후에 만​​ 이동 carefu에서야 및 불임을 깰하지 기억. 이것은 또한 하나의 악기를 설정할 수있는 멸균 필드 (즉, 멸균 방수 커튼)를 갖는이 포함되어 있습니다. </li><li> 면도 영역의 중심에 0.2 ml를 피하 mepivacaine 주입. Mepivacaine 3 시간까지의 행동의 지속 시간을 갖는 국소 마취제이다. 그것은 더 외과 영역 마취 것이다. </li><li> 메스를 사용하여 중간 선 절개는 귀 사이에 시작하고 2cm으로 연장합니다. 골막 (피부 아래 반짝 막)도 절개되어 있는지 확인합니다. 네 클램프 (그림 2)와 두개골을 노출. </li><li> 관상 및 시상 봉합이 노출 될 때까지 면봉을 사용하여 부드럽게 골막을 제거; 그 후, 탈지면과 피를 막다. </li><li> 프로브 홀더에 고정 바늘을 사용 브레 그마의 좌표를 결정하고 검은 펠트 펜 바늘 끝을 표시한다. 전방 / 후방 (AP)를 사용하여 중간 선 / 측면(ML)와 dorsoventral (DV) 드라이브 나사 직접 브레 그마 위에 바늘의 선단을 위치. </li><li> AP와 ML 버니어 스케일 판독을 가지고 : 오른쪽 STN에 전극을 주입 ML 독서에서 AP 읽기 3.6 mm 및 2.5 mm 빼기, 또는 왼쪽 STN에 전극을 주입 2.5 mm를 추가합니다. 이 위치는, 두개골의 표면에 바늘 끝을 하강 후 펠트 펜의 염료에 의해 표시 될 것이다. </li><li> 정위 악기의 큰 프로브 홀더에 치과 드릴을 클램프. 즉, 두개골에 표시된 지점 - 계산 된 영역에 치과 드릴을 이동합니다. 경질이 보일 때까지 현미경을 통해 보면, (두개골은 약 1mm 두께) 두개골에 구멍 (직경 약 1 mm)를 드릴. 마이크로 해부 포셉 또는 멸균 된 바늘을 사용하여 경질 후퇴. 경질는 전극의 끝을 파괴하기에 충분히 튼튼. </li><li> 각각의 정면 비늘에 치과 드릴 구멍을 드릴 및 INT에전극 구멍 erparietal 비늘 대향. 정위 장비에서 프로브 홀더를 분리합니다. 정맥 혈관이 두개골에서 봉합을 다음과 같이 두개골 봉합 드릴하지 마십시오. </li><li> 다섯 구멍의 각에 뼈 나사를 조이십시오. 너무 깊이에 나사를 스레딩하지 마십시오. 스테인레스 스틸 나사 (M1.6)의 경우, 2-3 적절하게 뇌에 압력을주지 않고 나사를 보유 할 나사의 회전. 권수는 나사의 피치에 의존 할 것이다. 미세 조작기의 전극 (그림 3)와 프로브 홀더를 클램프. </li><li> 끝이 거의 브레 그마에 접촉 될 때까지 AP, ML 및 DV 드라이브 나사를 사용하여 전극과 프로브 홀더를 이동합니다. 브레 그마에서 AP, ML 및 DV 버니어 스케일 판독을합니다. 판독이 이루어질 경우, 이동하는 동안 두개골을 긁어에서 전극을 방지하기 위해 전극을 몇 mm를 올립니다. 이 전극으로 삽입되어야하는 곳의 좌표 위치를 결정구멍, ML 독서에 2.5 mm의 AP 독서에 3.6 mm를 추가하고 추가 (또는 빼기). </li><li> AP 및 ML 드라이브 나사를 사용하여, 계산 된 위치에 전극을 이동. 이 시점에서, 전극 팁 드릴 전극 구멍 바로 위에 위치하고해야합니다. 그런 다음, 현미경을 통해 보면, 경질 (그림 4)의 수준에 전극을 낮 춥니 다. 이 레벨은 DV 방향 제로 레벨로서 기능한다. 그 후, 부드럽게 현미경을 통해 보면 뇌에 전극의 끝 부분을 삽입합니다. </li><li> 기록 시스템의 커넥터 전극 핀을 연결한다. 패러데이 케이지를 착용 할 것 (또는 알루미늄 호일로 대체) 정위기구의 쥐 (그림 5)를 통해. 에서 근무하는 공간의 카운터 포이즈와 정위 장비를 접지합니다. </li><li> 기록 시스템을 시작한다. 가능하다면, 또한 방전시 advancin / 단일 유닛 고약의 음향 신호를 얻는 스피커를 사용G 전극. </li><li> 천천히 전극을 진행하는 동안 전기 활동을 기록하여 뇌에 전극을 삽입합니다. 경질로부터 7.5 내지 8.1 mm의 깊이, STN의 특정 전기 활동은 일반적으로 검출 (도 6)이다. 18 : STN 뉴런의 전형적인 활동이 불규칙한 발사 패턴과 높은 발사 속도를 특징으로한다 (40.9 ± 12.9 Hz의 주파수를 의미한다). </li><li> 기록시, (0.8~1.0 %로, 예) 최대한 마취를 감소; 저 마취 동물은 명확 전기 두뇌 활동을 보여줍니다. </li><li> 전극을 내릴 때 두개골의 표면에서 변위 된 모든 혈액이나 뇌척수액을 얻어 면봉. </li><li> 소량의 치과 용 시멘트를 혼합하고 전극 주위와 작은 주걱 (도 7)을 사용하여 나사 5의 네 주위를 적용한다. 다섯째 스크류 플러그의 접지 와이어를 고정하는 데 사용될. </li><li> 치과 용 시멘트가 고정 될 때, 기록 장치의 전극 홀더 및 커넥터 핀을 전극 분리. </li><li> 치과 용 시멘트로 고정되지 않은 나사를 풉니 다. 전극 핀 플러그를 넣습니다. 다섯 번째 나사 (그림 8)와 플러그의 접지선을 고정합니다. </li><li> 치과 용 시멘트를 혼합하고 플러그 주위를 적용 할 수 있습니다. 시멘트가 두꺼워 같이, 캡을 형성하기 위해 플러그 주위 금형. 동물에 해 (그림 9a 및 B)를 강화하는 동안 그들을 제거 할 수 있습니다 치과 시멘트의 날카로운 모서리를 피하십시오. </li><li> 상처 가장자리를 괴사 조직을 제거하고 전면과 캡 뒤에 봉합을 닫습니다. 상처 가장자리를 소독. </li><li> 회전에 고정 된 와이어에 머리 플러그를 연결합니다. 정위 악기에서 쥐를 제거합니다. </li><li> 2-3 일 동안은 하루에 한 번씩 다음 개입의 끝에서 트라마돌 (12.5 ㎎ / ㎏, 복강)를 적용합니다. 화력 깨끗한 케이지에 쥐를 놓습니다L 지원이 케이지 (그림 10)에 회전을 수정하고 1 시간 동안주의 깊게 검사합니다. </li><li> 이 흉골 드러 누움을 유지하기 위해 충분한 의식을 회복 할 때까지 무인 동물을 두지 마십시오. 완전히 회복 될 때까지 다른 동물의 회사에 수술을 한 동물을 반환하지 않습니다. </li></ol> 3. 자극 <ol><li> 임피던스 측정기를 사용하여 자극 전에 동물의 저항을 결정한다. </li><li> 와이어 및 전류 출력 와이어의 타 단부에 플러그와 자극의 접지선에 대한 출력 회전의 플러그를 연결한다. 자극을 프로그래밍하기 위해 컴퓨터와 함께 자극기를 연결합니다. </li><li> 프로그램의 자극 파라미터를 선택; 예를 들면, 파킨슨 병에 사용되는 파라미터는 펄스 길이이다 : 60 마이크로 초; 주파수 : 130 Hz에서. 운동 장애 인식 될 때까지 증가하는 현재의 진폭 쥐를 자극한다. 일을 줄일 수운동 이상증을 유발 강도 아래 10~20%하거나 신경 학적 징후가 사라지고 동물이 편안 할 때까지 전자 전기 강도. 단상 직사각형 펄스가 본 연구에 사용 하였다. </li><li> 실험을 완료 한 후 이소 플루 란 동물을 안락사 : 5 % 이상으로 isofurane 유량이나 농도를 조정한다. 정지 호흡 후 1 분까지 이소 플루 란 노출을 계속합니다. </li></ol>

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	<li>Kumar, R., Lang, A. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deep+brain+stimulation+of+the+globus+pallidus+pars+interna+in+advanced+Parkinson&#8217;s+disease.">Deep brain stimulation of the globus pallidus pars interna in advanced Parkinson&#8217;s disease.</a> Neurology. 55 (12 Suppl 6), S34-S39 (2000).</li><li>Volkmann, J., Allert, N., Voges, J., Weiss, P. H., Freund, H. -. J., Sturm, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Safety+and+efficacy+of+pallidal+or+subthalamic+nucleus+stimulation+in+advanced+PD.">Safety and efficacy of pallidal or subthalamic nucleus stimulation in advanced PD.</a> Neurology. 56 (4), 548-551 (2001).</li><li>Volkmann, J., Allert, N., Voges, J., Sturm, V., Schnitzler, A., Freund, H. -. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+results+of+bilateral+pallidal+stimulation+in+Parkinson&#8217;s+disease.">Long-term results of bilateral pallidal stimulation in Parkinson&#8217;s disease.</a> Annals of Neurology. 55 (6), 871-875 (2004).</li><li>Odekerken, V. J., van Laar, T., 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=Subthalamic+nucleus+versus+globus+pallidus+bilateral+deep+brain+stimulation+for+advanced+Parkinson&#8217;s+disease+(NSTAPS+study):+a+randomised+controlled+trial.">Subthalamic nucleus versus globus pallidus bilateral deep brain stimulation for advanced Parkinson&#8217;s disease (NSTAPS study): a randomised controlled trial.</a> The Lancet Neurology. 12 (1), 37-44 (2013).</li><li>Benabid, A. L., Pollak, 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=Long-term+suppression+of+tremor+by+chronic+stimulation+of+the+ventral+intermediate+thalamic+nucleus.">Long-term suppression of tremor by chronic stimulation of the ventral intermediate thalamic nucleus.</a> The Lancet. 337 (8738), 403-406 (1991).</li><li>Volkmann, J., Wolters, 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=Pallidal+deep+brain+stimulation+in+patients+with+primary+generalised+or+segmental+dystonia:+5-year+follow-up+of+a+randomised+trial.">Pallidal deep brain stimulation in patients with primary generalised or segmental dystonia: 5-year follow-up of a randomised trial.</a> The Lancet Neurology. 11 (12), 1029-1038 (2012).</li><li>Nguyen, J. -. P., Nizard, J., Keravel, Y., Lefaucheur, J. -. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Invasive+brain+stimulation+for+the+treatment+of+neuropathic+pain.">Invasive brain stimulation for the treatment of neuropathic pain.</a> Nature Reviews Neurology. 7 (12), 699-709 (2011).</li><li>Kohl, S., Sch&#246;nherr, D. 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=Deep+brain+stimulation+for+treatment-refractory+obsessive+compulsive+disorder:+a+systematic+review.">Deep brain stimulation for treatment-refractory obsessive compulsive disorder: a systematic review.</a> BMC psychiatry. 14, 214 (2014).</li><li>Schlaepfer, T. E., Bewernick, B. H., Kayser, S., M&#228;dler, B., Coenen, V. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+Effects+of+Deep+Brain+Stimulation+for+Treatment-Resistant+Major+Depression.">Rapid Effects of Deep Brain Stimulation for Treatment-Resistant Major Depression.</a> Biological Psychiatry. 73 (12), 1204-1212 (2013).</li><li>Fisher, R., Salanova, V., 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=Electrical+stimulation+of+the+anterior+nucleus+of+thalamus+for+treatment+of+refractory+epilepsy.">Electrical stimulation of the anterior nucleus of thalamus for treatment of refractory epilepsy.</a> Epilepsia. 51 (5), 899-908 (2010).</li><li>DeGiorgio, C., Heck, C., 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=Vagus+nerve+stimulation+for+epilepsy:+Randomized+comparison+of+three+stimulation+paradigms.">Vagus nerve stimulation for epilepsy: Randomized comparison of three stimulation paradigms.</a> Neurology. 65 (2), 317-319 (2005).</li><li>Callaghan, E. L., McBryde, F. D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deep+Brain+Stimulation+for+the+Treatment+of+Resistant+Hypertension.">Deep Brain Stimulation for the Treatment of Resistant Hypertension.</a> Current Hypertension Reports. 16 (11), 1-10 (2014).</li><li>Green, A. L. M. R. C. S., Wang, S., Owen, S. L. F., Paterson, D. J. D. P., Stein, J. F. D., Aziz, T. Z. D. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlling+the+Heart+Via+the+Brain:+A+Potential+New+Therapy+for+Orthostatic+Hypotension.+[Miscellaneous+Article].">Controlling the Heart Via the Brain: A Potential New Therapy for Orthostatic Hypotension. [Miscellaneous Article].</a> Neurosurgery June 2006. 58 (6), 1176-1183 (2006).</li><li>Chang, J. -. Y., Shi, L. -. H., Luo, F., Zhang, W. -. M., Woodward, D. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Studies+of+the+neural+mechanisms+of+deep+brain+stimulation+in+rodent+models+of+Parkinson&#8217;s+disease.">Studies of the neural mechanisms of deep brain stimulation in rodent models of Parkinson&#8217;s disease.</a> Neuroscience, &amp; Biobehavioral Reviews. 32 (3), 352-366 (2008).</li><li>Hardman, C. D., Henderson, J. M., Finkelstein, D. I., Horne, M. K., Paxinos, G., Halliday, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Comparison+of+the+basal+ganglia+in+rats,+marmosets,+macaques,+baboons,+and+humans:+Volume+and+neuronal+number+for+the+output,+internal+relay,+and+striatal+modulating+nuclei.">Comparison of the basal ganglia in rats, marmosets, macaques, baboons, and humans: Volume and neuronal number for the output, internal relay, and striatal modulating nuclei.</a> The Journal of Comparative Neurology. 445 (3), 238-255 (2002).</li><li>Paxinos, G., Watson, C. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The rat brain in stereotaxic coordinates. , (2007).</li><li>Dirnagl, U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bench+to+bedside:+the+quest+for+quality+in+experimental+stroke+research.">Bench to bedside: the quest for quality in experimental stroke research.</a> Journal of Cerebral Blood Flow, &amp; Metabolism. 26 (12), 1465-1478 (2006).</li><li>Maesawa, S., Kaneoke, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+stimulation+of+the+subthalamic+nucleus+in+hemiparkinsonian+rats:+neuroprotection+of+dopaminergic+neurons.">Long-term stimulation of the subthalamic nucleus in hemiparkinsonian rats: neuroprotection of dopaminergic neurons.</a> Journal of Neurosurgery. 100 (4), 679-687 (2004).</li><li>Spieles-Engemann, A. L., Behbehani, M. 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=Stimulation+of+the+rat+subthalamic+nucleus+is+neuroprotective+following+significant+nigral+dopamine+neuron+loss.">Stimulation of the rat subthalamic nucleus is neuroprotective following significant nigral dopamine neuron loss.</a> Neurobiology of disease. 39 (1), 105-115 (2010).</li><li>Agnew, W. F., Yuen, T. G. H., McCreery, D. B., Bullara, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Histopathologic+evaluation+of+prolonged+intracortical+electrical+stimulation.">Histopathologic evaluation of prolonged intracortical electrical stimulation.</a> Experimental Neurology. 92 (1), 162-185 (1986).</li><li>Harnack, D., Winter, C., Meissner, W., Reum, T., Kupsch, A., Morgenstern, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effects+of+electrode+material,+charge+density+and+stimulation+duration+on+the+safety+of+high-frequency+stimulation+of+the+subthalamic+nucleus+in+rats.">The effects of electrode material, charge density and stimulation duration on the safety of high-frequency stimulation of the subthalamic nucleus in rats.</a> Journal of Neuroscience Methods. 138 (1-2), 207-216 (2004).</li><li>Groothuis, J., Ramsey, N. F., Ramakers, G. M. J., van der Plasse, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physiological+Challenges+for+Intracortical+Electrodes.">Physiological Challenges for Intracortical Electrodes.</a> Brain Stimulation. 7 (1), 1-6 (2014).</li><li>Li, Q., Ke, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Therapeutic+Deep+Brain+Stimulation+in+Parkinsonian+Rats+Directly+Influences+Motor+Cortex.">Therapeutic Deep Brain Stimulation in Parkinsonian Rats Directly Influences Motor Cortex.</a> Neuron. 76 (5), 1030-1041 (2012).</li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.

<html> 이 연구는 쥐의 STN에 극성 만성 전극을 이식하기위한 지침의 단계별 세트를 제공합니다. 낮은 임피던스와 텅스텐 전극은 종종 DBS 18, 19, 백금 / 이리듐 백금 (Pt / IR) 약 1 MΩ의 임피던스를 한 것으로 사용되었다 만든 극성 전극에 사용하고 있지만. PT / IR 전극도 그들의 유리한 성질 파킨슨 병 환자에서 사용된다 : 그들은 최소한의 부식 (20)을 보여 더 높은 전하 밀도를 사용하지 않는 경우 해당 조직 손상 (21)를 생성하지 않는다. 이 연구의 목적은 병진 접근을 달성하기 위해 장기 자극 설정하고, 이후, 전술 한 사양 전극 본 실험에 적용 하였다. 전극 팁의 현지화를 보여주는 뇌 조각의 조직 학적 검사는이 실험에서의 Pt / IR (22)의 감쇠 외국 몸 응답을 확증. 본 연구에서 ENT는 &quot;&gt;, 1 MΩ의 임피던스와 백금 / IR의 전극을 사용 하였다. 전극을 낮은, 또는 더 높은 임피던스 만 중 뇌 활동을 기록 또는 뇌 구조를 자극하기에 적합하지만, 둘.에 본 연구에서 사용 된 반면, 1 MΩ의 전극의 임피던스는, 깊은 뇌 영역의 활성을 기록 및 STN 대뇌 구조를 자극 모두에 적합하다. 기록의 주요 이점에서 STN 위치 식별이​​며 . 우리의 결과를 보여 주었다으로 시간 기록의 짧은 시간이, STN의 신뢰할 수있는 현지화를 허용합니다. 조직 학적 제어 STN (8 ~ 10의 동물)를 대상으로 높은 성공률을 산출 전극의 끝 부분은 지느러미의 위 세포 층에 이식되었다 운동 피질 (23)에서 주로 모터의 입력을 수신하는 것으로 알려져 있습니다 STN (7.7 mm의 DV)의 -lateral 부분. DBS 용 배선 시스템을 사용하는 것은 잠재적 compli에 의해 제한 될 수있다이러한 전선이나 동물의 이동의 자유의 낮은 정도의 파괴 등의 양이온. 그러나, 우리의 셋업에서, 와이어는 동물이 자유롭게 이동할 수있는 스위블에 접속했다. 생체 내에서 무선 자극 시스템 (종종 헤드에 고정 또는 동물의 몸체에 주입)은 또한 배터리에 대한 요구에 의해 제한된다. 배터리 작게해야하므로, 전압 따라서 낮다. 1 MΩ 전극을 이용하면, 고전압이 원하는 자극 강도를 달성하기 위해 필요하며, 결과적으로, 큰 배터리 또는 배터리의 잦은 교체를 초래. 그러나, 우리의 연구에 사용 된 자극 시스템의 장점은 자극기 정전류 자극 옵션의 큰 전압 컴플라이언스 범위이다. 이 모드에서 자극기는 전극의 정전류 출력을 제공하기 위해 조직의 임피던스 변화에 전압을 조정한다. 임피던스의 변화는 다음과 같이 형성과 DBS의 장기 걸쳐 예상표 조직 - 전극 인터페이스, 전극 팁 (22)의 예를 들면, 아교 캡슐. 요약하면, 전극 주입 제시된 방법은 움직임의 자유를 제한 또는 장기 중에 동물 부상없이 쥐 STN 정확하고 안전한 자극을 허용 기술적 수행하는 간단하고 안정적​​이며 견고하다. 작은 수정 (예를 들어, 추가로 전기 출력을 갖는 플러그를 사용하여),이 프로토콜은 또한 STNs 또는 기타 뇌 구조, 장기 녹화 또는 모두, 다른 뇌 영역의 깊은 뇌 구조의 자극 및 기록 작업 모두 미소 전극을 주입하여 적용 할 수있다 .

4 또는 복부 중간 시상 5 - 깊은 뇌 자극 (DBS)은 예컨대 내부 글로 버스 창백 1 subthalamic 핵 (STN) 2와 같은 특정 뇌 구조로 주입 전극을 통해 전기 신호의 전달에 기초한 처리이다. 지난 20 년,이 치료는 파킨슨 병 1에 대한 강력한 치료 도구로 설립되었습니다 - 4, 근육 긴장 이상 (6)과 떨림 (7), 또한 만성 통증 (7), 정신 질환 (조절하는 데 사용됩니다 즉, 강박 장애 8, 주요 우울증 9) 또는 난치성 간질 (10, 11). 또한, DBS는, 장래에, 내화성 동맥 고혈압 기립 성 저혈압 (12) 또는 (13)에 대한 치료 방법이 될 수있다. 효과의 기초가되는 생리적 메커니즘DBS의 이해 가난하게 남아있다. 마취 설치류의 연구는 임상 DBS (14) 적용 모방 고주파 자극에 신경 반응에 대한 통찰력을 제공하고 있습니다. 그러나, 이들 연구는 DBS 효과 행동 확증 부족뿐만 아니라, 14인가 자극 파라미터에 따라 상당한 변동을 초래할. 더 간결 의식 설치류에서 DBS의 행동 효과 및 기본 메커니즘을 조사하기 위해, 자극 설정은 특정 요구 사항을 충족이 필요하다. DBS는 주로 장기간의 치료로서 사용된다 (예를 들면, 파킨슨 병, 만성 통증). 부는 플러그뿐만 아니라, 외부 자극에 플러그에서 와이어 전극으로 구성되도록 따라서, 설치류에서 자극 설정이 설계되어야한다; 두개골에 고정 할 때이 장치는 경량하지만 깨지지해야한다. 또한, 이동의 자유는 stimula 동안 쥐에 불가결오랜 기간에 걸쳐 기. DBS의 타겟 구조는 소형이고; 예를 들어, 래트에서 STN 1.2 mm의 길이와 0.8 mm 3,15의 체적을 갖는다. 따라서, 전극은 핵 병변 중에 삽입되지 않고, 필요에 타겟팅하는 것은 정확한 것으로되도록 설계되어야한다. 설치류에서 수행 가장 DBS 연구 대상 구조의 전극 랜드 마크 기반 정위 삽입을 사용한 바와 같이, 에러율 Paxinos 왓슨 (16)에 따라 좌표를 사용하는 경우에도, 상대적으로 높을 수있다. 이는 통계적으로 의미있는 결과를 달성하기 위해 필요한 동물보다 많은 초래한다. 전극 주입 기술이 도입되어, 본 연구에서, 그 전극을 전진하면서 microrecording 시스템을 사용하여 높은 정확도로 STN을 목표로하고있다. 또한, 자극 시스템은 자극에 대한 동물의 이동성을 허용 고도뿐만 아니라 연속 stimulati을 보장하지 않는 제시쥐의 머리에 (스테인레스 스틸 스프링에 의해 보호됩니다) 자극 와이어의 안전한 고정을 통해에.

<table><tbody><tr><td>Pt/Ir electrode</td><td>FHC Inc.</td><td>UE</td><td>Custom-made: Specification: UEPSEGSECN1M</td></tr><tr><td>Plugs</td><td>GT Labortechnik (Arnstein/Germany)</td><td></td><td>Custom-made</td></tr><tr><td>Pin header</td><td>DISTRELEC</td><td>143-95-324</td><td>single-row, 90&amp;deg; 1x3 datamate, Type M80-8420342</td></tr><tr><td>Socket</td><td>DISTRELEC</td><td>143-95-621</td><td>single-row,straight 2 mm pole no.1 x 3 datamate, Type M80-8400342</td></tr><tr><td>Stainless steel spring</td><td>Plastics ONE</td><td>SS0102</td><td>Part-#: .120 X .156 Spring ID (mm): 3.0&amp;nbsp; Spring OD (mm): 4.0</td></tr><tr><td>Dental cement/Paladur</td><td>Heraeus Kulzer</td><td>64707938</td><td>Liquid, 500 ml</td></tr><tr><td>Dental cement/Paladur</td><td>Heraeus Kulzer</td><td>64707954</td><td>Powder, rose, 500 g</td></tr><tr><td>Head screw</td><td>Hummer &amp;amp; Reiss</td><td>V2ADIN84 M1.6x3</td><td></td></tr><tr><td>Jodosept PVP</td><td>Vetoquinol</td><td></td><td>435678/E04</td></tr><tr><td>Mepivacain 1%</td><td>AstraZeneca</td><td></td><td>PZN03338515</td></tr><tr><td>Epinephrine</td><td>Sanofi-Aventis</td><td></td><td>PZN00176118</td></tr><tr><td>Tramadolhydrochloride</td><td>Rotexmedica</td><td></td><td>38449.00.00</td></tr></tbody></table>

microelectrode guided implantation of electrodes into the subthalamic nucleus of rats for long-term deep brain stimulation

깊은 뇌 자극 (DBS)은 예컨대 특발성 파킨슨 병, 근긴장 또는 떨림 등의 여러 신경 학적 장애에 대한 널리 사용하고 효과적인 치료이다. DBS는 중추 신경계의 특정 해부학 적 구조에 대한 깊은 전기 자극의 전달에 기초한다. 그러나, DBS의 효과의 기초가되는 메카니즘은 수수께끼 남아있다. 이것은 특히 쥐 동물 모델에서 DBS의 영향을 조사하는 관심을 이끌었다. DBS는 장기 치료법이기 때문에, 연구는 DBS 후 몇 주 발생할 신경 회로의 분자 유전 학적 변화에 집중되어야한다. 쥐가 제자리에 자극에 동물의 머리에서 선도적 인 와이어를 유지에 문제가 발생 자신의 케이지에서 이동하기 때문에 쥐의 장기 DBS는 도전이다. 또한, 래트 뇌에서 자극 타겟 구조는 작고, 따라서 전극을 용이하게 필요한 위치에 위치 될 수 없다. 따라서, 오래 지속 stimula에 대한 설정약 1MΩ의 임피던스와 백금 / 이리듐 전극을 사용하여 쥐의 기 본 연구를 위해 개발되었다. 이러한 사양은 적절한 자극 전극 아니라 DBS위한 대상 영역을 식별하기 위해 깊은 뇌 구조의 기록이 아니라 허용한다. 우리의 셋업에서, 와이어 플러그 전극이 두개골에 고정 네 개의 고정 나사 치과 시멘트에 포함되었다. 자극에 플러그에서 와이어는 스테인리스 스틸 스프링에 의해 보호되었다. 스위블 엉킴되는 것을 방지하기 위해 와이어를 회로에 연결되었다. 전반적으로,이 자극 셋업 쥐 자유로운 이동도의 높은 정도를 제공하며 오래 지속되는 강도를 유지하는 헤드 플러그뿐만 아니라, 플러그와 자극 사이의 와이어 연결을 가능하게한다.

기록 시스템을 이용하여 쥐의 STN에 전극을 주입 - 여기서 제시하는 바와 같이 - 동물 당 약 1 시간 소요 DBS 대한 효율적이고 정확한 방법이다. 이 모델은 매우 사소한 절차 : 수술 대상 10 쥐에서, 모든 개입을 살아 남았다. 스물 네 시간의 개입 후, 각 쥐의 상태를 모니터링하고, 어떤 동물은 심각도 코드에 따라 1 개 이상의 3 점 달성하지 않습니다. 지속적인 자극의 기간 (십사일, 24 시간 일) 동안, 분리 된 어떤 와이어, 파산하거나 통해 물린했다. (10) 쥐의 아무도는 치과 시멘트의 캡을 잃어 버리지 않았으며 자극의 단계에서 장비에 의해 다칠했다. 자극하기 전에이 (10) 동물에서 측정 된 임피던스는 353 ± 101 kΩ의했다. 래트는 130 Hz의 주파수와 60 마이크로 초 펄스 폭에서 자극 하였다. 평균 자극 강도 또는 계속 구강 안면의 강도 임계치 이하로 20 %로 설정 한 60 μA였다ralateral 앞발의 운동 장애는, 이에 의해 자극의 기간 동안 공급 또는 운동의 문제를 방지한다. 깊은 마취와 두뇌가 빠르게 수확 후 열네 일 개입과 지속적인 자극 한 후, 모든 10 쥐 잘린 안락사시켰다. 래트 뇌 매트릭스, STN 포괄 2mm 두께 뇌 블록 절단하고 즉시 -80 ℃에서 냉동. 이들 뇌 블록은 관상 부 (8 μm의 두께)으로 절단 하였다. 각 섹션은 전극의 선단이 위치 된 위치를 시각화 할뿐만 아니라 검출하기 때문에 전극에 염증 또는 흉터 조직의 노래를 위해 헤 마톡 실린 및 에오신으로 염색 하였다. STN에 전극을 지역화 성공률은 10 동물 중 8이었다. 조직 학적으로 나타내는 바와 같이 이들 8 래트에서, 주입 된 전극의 선단은, STN에 위치시켰다. 11 STN의 전극 위치를 도시한다. 연속 일 이후에 개발 된 작은 병변모의 실험은 모든 쥐에서 발견되었다. 이러한 병변은 염증 세포 (도 11)의 작은 숫자로 둘러싸여 있었다. <img alt="그림 1" src="/files/ftp_upload/53066/53066fig1.jpg" /> 그림 정위기구의 머리 1. 고정. 쥐 정위 프레임의 귀 막대로 고정뿐만 아니라 가스 마취 마스크. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53066/53066fig1large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 2" src="/files/ftp_upload/53066/53066fig2.jpg" /> 두개골을 노출 그림 2.. 중간 선 절개 한 후 피부와 골막 상처 가장자리에 압연되며, 네 개의 클램프를 사용하여 수술 영역에서 멀리 유지. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53066/53066fig2large.jpg" target="_blank">대형을 보려면 여기를 클릭하십시오</a><html> 이 그림의 R 버전. <img alt="그림 3" src="/files/ftp_upload/53066/53066fig3.jpg" /> 프로브 홀더 전극도 3은 고정. 집게를 사용하여, 전극의 플러그 핀 삽입과 프로브 홀더가 고정된다. 플러그 와이어를 통해 기록 장치와 연결되어있다. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53066/53066fig3large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 4" src="/files/ftp_upload/53066/53066fig4.jpg" /> 뇌의 전극도 4 꽂으. 정확한 AP와 subthalamic 핵의 ML 좌표를 결정한 후, 상기 전극의 선단이 천공 두라 레벨 dorsoventral 버니어 스케일 판독이 수행되는 전진.= &quot;_ 빈&quot;을 얻을&gt;이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오. <img alt="그림 5" src="/files/ftp_upload/53066/53066fig5.jpg" /> 전기 간섭 그림 5. 보호. 패러데이 케이지 (또는, 대안, 알루미늄 호일)는 정위 악기와 악기뿐만 아니라 동물의 쥐를 통해 넣어, 접지입니다. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53066/53066fig5large.jpg" target="_blank">의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오 이 그림.</a> <img alt="그림 6" src="/files/ftp_upload/53066/53066fig6.jpg" /> . 18 : 뇌 활동도 6의 녹화 subthalamic 핵 (STN)의 소성 불규칙 패턴 및 소성 높은 레이트 (40.9 ± 12.9 Hz의 주파수를 의미한다)을 나타낸다. STN 들어가기 전에, 전극의 조나 incerta과 일치 비교적 조용한 영역을 통과; 수직 SIZ이 지역 대책에 대해 0.5 mm의 전자. 그 후, STN에 삽입이 완료되었음을 나타내는 스파이크의 수가 증가는. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53066/53066fig6large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 7" src="/files/ftp_upload/53066/53066fig7.jpg" /> 도 7의 전극을 고정. subthalamic 핵이 기록 수단에 의해 식별 될 때, 전극은 전극 및 나사 생크 주위 치과 시멘트를 도포하여 고정된다. 이 전극의 위치를 이동하지 않고 전극 핀의 커넥터의 분리로 할 수 있습니다. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53066/53066fig7large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 8" src="/files/ftp_upload/53066/53066fig8.jpg" /> 그림 8. Attachi전극 핀 플러그를 겨. 자극기의 커넥터 플러그는 전극 단자에 부착된다. 플러그에 납땜 접지 와이어, 두개골 상에 나사로 고정되어있다. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53066/53066fig8large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 9" src="/files/ftp_upload/53066/53066fig9.jpg" /> 플러그의 고정도 9. (A)의 정면 및 (B) 측면도. 치과 용 시멘트는 플러그 주위에 적용되고 캡을 형성한다; 날카로운 모서리는 피해야한다. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53066/53066fig9large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 10" src="/files/ftp_upload/53066/53066fig10.jpg" /> STIMUL에 쥐 그림 10. 연결ATOR. 스위블 엉킴되는 것을 방지하기 위해 와이어를 회로에 결합되었다. 쥐가 전선을 물어 시작하면 스테인레스 스틸 스프링 와이어를 보호합니다. <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53066/53066fig10large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a> <img alt="그림 11" src="/files/ftp_upload/53066/53066fig11.jpg" /> subthalamic 핵 (STN) (헤 마톡 실린 및 에오신 염색)를 통해 그림 11. 뇌 섹션. (A) 개요, 배율 2.5. 실선은 STN를 둘러싼 다. 전극의 끝 부분이 자극의 14 일 동안 위치한 곳에 작은 병변을 볼 수 있습니다. 전극이 조직을 보존되어 있음을 나타냅니다 : (125 μm의 생크 직경)는 전극 볼의 더 침투 운하가 없음을주의이다. (B) 사진 (상자)에서 이미지 세부 사항 확대 (100) 소수의염증 세포 인해 전극 팁에 뇌 조직의 반응으로 병변 주변에서 탐색되었다. 화살표 :. 염증 세포의 예를 나타내는 <a href="https://www-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/files/ftp_upload/53066/53066fig11large.jpg" target="_blank">이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.</a>

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

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

미세 전극은 장기 깊은 뇌 자극 쥐의 Subthalamic 핵에 전극의 주입을 가이드

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

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Universidad San Sebastian

Research

JoVE Journal

Neuroscience

19.5K 조회수.  University Hospital Wuerzburg. A method for implanting electrodes into the subthalamic nucleus (STN) of rats is described. Better localization of the STN was achieved by using a microrecording system. Furthermore, a stimulation set-up is presented that is characterized by long-lasting connections between the head of the animal and the stimulator.

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Intra-Operative Behavioral Tasks in Awake Humans Undergoing Deep Brain Stimulation Surgery

Deep brain stimulation (DBS) is a surgical procedure that directs chronic, high frequency electrical stimulation to specific targets in the brain through implanted electrodes. Deep brain stimulation was first implemented as a therapeutic modality by Benabid et al. in the late 1980s, when he used this technique to stimulate the ventral intermediate nucleus of the thalamus for the treatment of tremor 1. Currently, the procedure is used to treat patients who fail to respond adequately to medical management for diseases such as Parkinson's, dystonia, and essential tremor. The efficacy of this procedure for the treatment of Parkinson's disease has been demonstrated in well-powered, randomized controlled trials 2. Presently, the U.S. Food and Drug Administration has approved DBS as a treatment for patients with medically refractory essential tremor, Parkinson's disease, and dystonia. Additionally, DBS is currently being evaluated for the treatment of other psychiatric and neurological disorders, such as obsessive compulsive disorder, major depressive disorder, and epilepsy. 
DBS has not only been shown to help people by improving their quality of life, it also provides researchers with the unique opportunity to study and understand the human brain. Microelectrode recordings are routinely performed during DBS surgery in order to enhance the precision of anatomical targeting. Firing patterns of individual neurons can therefore be recorded while the subject performs a behavioral task. Early studies using these data focused on descriptive aspects, including firing and burst rates, and frequency modulation 3. More recent studies have focused on cognitive aspects of behavior in relation to neuronal activity 4,5. This article will provide a description of the intra-operative methods used to perform behavioral tasks and record neuronal data with awake patients during DBS cases. Our exposition of the process of acquiring electrophysiological data will illuminate the current scope and limitations of intra-operative human experiments.

Deep brain stimulation surgery offers a unique opportunity to examine information encoding in the awake human brain. This article will describe intra-operative methods used to perform cognitive and behavioral tasks while simultaneously acquiring physiological data such as EMG, single-unit neuronal activity and/or local field potentials.

딥 뇌 자극 수술을받은 깨어 인간 내부 수술 행동 작업

Deep brain stimulation (DBS) is a surgical procedure that directs chronic, high frequency electrical stimulation to specific targets in the brain through ...

연구

의학

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

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

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

정맥 필로폰 자기 관리에 깊은 뇌 자극의 효과를 평가하기위한 일반적인 방법

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

행동분석학

Surgical Implantation of Chronic Neural Electrodes for Recording Single Unit Activity and Electrocorticographic Signals

The success of long-term electrophysiological recordings often depends on the quality of the implantation surgery. Here we provide useful information for surgeons who are learning the process of implanting electrode systems. We demonstrate the implantation procedure of both a penetrating and a surface electrode. The surgical process is described from start to finish, including detailed descriptions of each step throughout the procedure. It should also be noted that this video guide is focused towards procedures conducted in rodent models and other small animal models. Modifications of the described procedures are feasible for other animal models.

We provide useful information for surgeons who are learning the process of implanting chronic neural recording electrodes. Techniques for both penetrating and surface electrode systems are described in a rodent animal model.

단일 유닛 활동과 Electrocorticographic 신호를 녹음하기 위해 만성 신경 전극 외과 이식

The success of long-term electrophysiological recordings often depends on the quality of the implantation surgery.  Here we provide useful information for ...

신경과학

A Wireless, Bidirectional Interface for In Vivo Recording and Stimulation of Neural Activity in Freely Behaving Rats

In vivo electrophysiology is a powerful technique to investigate the relationship between brain activity and behavior at a millisecond and micrometer scale. However, current methods mostly rely on tethered cable recordings or only use unidirectional systems, allowing either recording or stimulation of neural activity, but not at the same time or same target. Here, a new wireless, bidirectional device for simultaneous multichannel recording and stimulation of neural activity in freely behaving rats is described. The system operates through a single portable head stage that both transmits recorded activity and can be targeted in real-time for brain stimulation using a telemetry-based multichannel software. The head stage is equipped with a preamplifier and a rechargeable battery, allowing stable long-term recordings or stimulation for up to 1 h. Importantly, the head stage is compact, weighs 12 g (including battery) and thus has minimal impact on the animal&#180;s behavioral repertoire, making the method applicable to a broad set of behavioral tasks. Moreover, the method has the major advantage that the effect of brain stimulation on neural activity and behavior can be measured simultaneously, providing a tool to assess the causal relationships between specific brain activation patterns and behavior. This feature makes the method particularly valuable for the field of deep brain stimulation, allowing precise assessment, monitoring, and adjustment of stimulation parameters during long-term behavioral experiments. The applicability of the system has been validated using the inferior colliculus as a model structure.

A Wireless, Bidirectional Interface for In Vivo Recording and Stimulation of Neural Activity in Freely Behaving Rats

A wireless, bidirectional system for multi-channel neural recordings and stimulation in freely behaving rats is introduced. The system is light and compact, thus having minimal impact on the animal&#180;s behavioral repertoire. Moreover, this bidirectional system provides a sophisticated tool to assess causal relationships between brain activation patterns and behavior.

무선, Vivo에서 녹음 하 고 자유롭게 행동 하는 쥐에서 신경 활동의 자극에 대 한 양방향 인터페이스

In vivo electrophysiology is a powerful technique to investigate the relationship between brain activity and behavior at a millisecond and micrometer ...

Deep Brain Stimulation with Simultaneous fMRI in Rodents

In order to visualize the global and downstream neuronal responses to deep brain stimulation (DBS) at various targets, we have developed a protocol for using blood oxygen level dependent (BOLD) functional magnetic resonance imaging (fMRI) to image rodents with simultaneous DBS. DBS fMRI presents a number of technical challenges, including accuracy of electrode implantation, MR artifacts created by the electrode, choice of anesthesia and paralytic to minimize any neuronal effects while simultaneously eliminating animal motion, and maintenance of physiological parameters, deviation from which can confound the BOLD signal.&#160;Our laboratory has developed a set of procedures that are capable of overcoming most of these possible issues. For electrical stimulation, a homemade tungsten bipolar microelectrode is used, inserted stereotactically at the stimulation site in the anesthetized subject. In preparation for imaging, rodents are fixed on a plastic headpiece and transferred to the magnet bore. For sedation and paralysis during scanning, a cocktail of dexmedetomidine and pancuronium is continuously infused, along with a minimal dose of isoflurane; this preparation minimizes the BOLD ceiling effect of volatile anesthetics. In this example experiment, stimulation of the subthalamic nucleus (STN) produces BOLD responses which are observed primarily in ipsilateral cortical regions, centered in motor cortex. Simultaneous DBS and fMRI allows the unambiguous modulation of neural circuits dependent on stimulation location and stimulation parameters, and permits observation of neuronal modulations free of regional bias. This technique may be used to explore the downstream effects of modulating neural circuitry at nearly any brain region, with implications for both experimental and clinical DBS.

This protocol describes a standard method for simultaneous functional magnetic resonance imaging and deep brain stimulation in the rodent. The combined use of these experimental tools allows for the exploration of global downstream activity in response to electrical stimulation at virtually any brain target.

설치류에 동시 fMRI를 깊은 뇌 자극

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

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

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

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

전방 시상 핵의 깊은 뇌 자극 후 쥐 해마의 유전자 발현 변화 분석

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

Chronic Transcranial Electrical Stimulation and Intracortical Recording in Rats

Transcranial electrical stimulation (TES) is a powerful and relatively simple approach to diffusely influence brain activity either randomly or in a closed-loop event-triggered manner. Although many studies are focusing on the possible benefits and side-effects of TES in healthy and pathologic brains, there are still many fundamental open questions regarding the mechanism of action of the stimulation. Therefore, there is a clear need for a robust and reproducible method to test the acute and the chronic effects of TES in rodents. TES can be combined with regular behavioral, electrophysiological, and imaging techniques to investigate neuronal networks in vivo. The implantation of transcranial stimulation electrodes does not impose extra constraints on the experimental design while it offers a versatile, flexible tool to manipulate brain activity. Here we provide a detailed, step-by-step protocol to fabricate and implant transcranial stimulation electrodes to influence brain activity in a temporally constrained manner for months.

This detailed protocol describes transcranial stimulation electrode placement on the temporal bone in order to investigate the short- and long-term effects of transcranial electrical stimulation in freely moving rats.

만성 Transcranial 전기 자극 및 쥐 Intracortical 녹음

Transcranial electrical stimulation (TES) is a powerful and relatively simple approach to diffusely influence brain activity either randomly or in a ...

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

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

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

고주파 자극에 의해 마우스가 뇌의 활성화에 대 한 침략 적 방법

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

Subdural Soft Electrocorticography (ECoG) Array Implantation and Long-Term Cortical Recording in Minipigs

Neurological impairments and diseases can be diagnosed or treated using electrocorticography (ECoG) arrays. In drug-resistant epilepsy, these help delineate the epileptic region to resect. In long-term applications such as brain-computer interfaces, these epicortical electrodes are used to record the movement intention of the brain, to control the robotic limbs of paralyzed patients. However, current stiff electrode grids do not answer the need for high-resolution brain recordings and long-term biointegration. Recently, conformable electrode arrays have been proposed to achieve long-term implant stability with high performance. However, preclinical studies for these new implant technologies are needed to validate their long-term functionality and safety profile for their translation to human patients. In this context, porcine models are routinely employed in developing medical devices due to their large organ sizes and easy animal handling. However, only a few brain applications are described in the literature, mostly due to surgery limitations and integration of the implant system on a living animal.
Here, we report the method for long-term implantation (6 months) and evaluation of soft ECoG arrays in the minipig model. The study first presents the implant system, consisting of a soft microfabricated electrode array integrated with a magnetic resonance imaging (MRI)-compatible polymeric transdermal port that houses instrumentation connectors for electrophysiology recordings. Then, the study describes the surgical procedure, from subdural implantation to animal recovery. We focus on the auditory cortex as an example target area where evoked potentials are induced by acoustic stimulation. We finally describe a data acquisition sequence that includes MRI of the whole brain, implant electrochemical characterization, intraoperative and freely moving electrophysiology, and immunohistochemistry staining of the extracted brains.
This model can be used to investigate the safety and function of novel design of cortical prostheses; mandatory preclinical study to envision translation to human patients.

Subdural Soft Electrocorticography ECoG Array Implantation and Long-Term Cortical Recording in Minipigs

Here, we present a method for the long-term performance and safety assessment of soft subdural electrode arrays in a minipig model, describing surgical method and tools, postoperative magnetic resonance imaging, electrophysiology of the auditory cortex, electrochemical properties of the implant, and postmortem immunochemistry.

경막하 연피질검사(ECoG) 어레이 이식 및 Minipig의 장기 피질 기록

Neurological impairments and diseases can be diagnosed or treated using electrocorticography (ECoG) arrays. In drug-resistant epilepsy, these help ...

생체공학

Implanting a Wireless Bidirectional Microelectrode System in a Rat Brain

Source: Melo-Thomas, L., et al., <a href="https://app-jove-com.bdigitaluss.remotexs.co/v/56299">A Wireless, Bidirectional Interface for In Vivo Recording and Stimulation of Neural Activity in Freely Behaving Rats.</a> J. Vis. Exp. (2017)
The video demonstrates a procedure for implanting a wireless bidirectional multichannel electrode unit into a rat brain to record and stimulate multichannel neural networks.

쥐의 뇌에 무선 양방향 미세전극 시스템 이식

All procedures involving animal models have been reviewed by the local institutional animal care committee and the JoVE veterinary review board.
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