A Minimally Invasive Method of Wireless Electroencephalogram Recording in Rats in a Lithium–Pilocarpine Model of Epilepsy

D. S. Sinyak; Синяк Д. С.; G. A. Bukov; Буков Г. А.; V. V. Sizov; Сизов В. В.; O. E. Zubareva; Зубарева О. Е.; D. V. Amakhin; Амахин Д. В.; A. V. Zaitsev; Зайцев А. В.

doi:10.31857/S0869813923020097

Применение малоинвазивного беспроводного метода регистрации ЭЭГ и функциональных нагрузок для оценки эпилептиформной активности у самцов крыс в литий-пилокарпиновой модели эпилепсии

Авторы: Синяк Д.С.¹, Буков Г.А.¹, Сизов В.В.², Зубарева О.Е.¹, Амахин Д.В.¹, Зайцев А.В.¹
Учреждения:
1. Институт эволюционной физиологии и биохимии им. И.М. Сеченова РАН
2. Институт экспериментальной медицины
Выпуск: Том 109, № 2 (2023)
Страницы: 252-264
Раздел: МЕТОДИЧЕСКИЕ СТАТЬИ
URL: https://ogarev-online.ru/0869-8139/article/view/137898
DOI: https://doi.org/10.31857/S0869813923020097
EDN: https://elibrary.ru/NEBKYR
ID: 137898

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

В исследованиях последних лет показано, что важную роль в патогенезе многих нервно-психических заболеваний, таких как ишемия тканей мозга, черепно-мозговая травма, нейродегенеративные заболевания, эпилепсия и др., играет нейровоспаление. Поэтому при регистрации ЭЭГ в экспериментальных моделях этих заболеваний предпочтительнее использовать неинвазивные методы, чтобы исключить нейровоспаление. Однако такие подходы используются редко, так как у животных сложно осуществить надежную регистрацию ЭЭГ без использования вживленных электродов. В данной работе предложено новое устройство для малоинвазивной беспроводной регистрации ЭЭГ у крыс. Электроды располагаются на поверхности черепа и закрепляются прижимными язычками, расположенными на специальной платформе, закрепленной на черепе с помощью винтов. Данная конструкция позволяет избежать повреждения ткани мозга. Операция малотравматична, и регистрация ЭЭГ может быть произведена уже через 2–3 дня после нее. Высокая надежность крепления электродов позволяет производить длительную многомесячную регистрацию. Данный метод регистрации ЭЭГ апробирован на литий-пилокарпиновой модели височной эпилепсии. Запись ЭЭГ у экспериментальных и контрольных крыс была произведена в фоновых условиях и при использовании функциональных нагрузок – ритмической фото- и фоностимуляции, а также депривации сна. Показано, что эти функциональные нагрузки позволяют усилить выраженность эпилептиформых проявлений на ЭЭГ (частоты спайков), максимальные различия между группами проявляются при комбинации названных нагрузок. Таким образом, основной особенностью предлагаемого устройства для записи ЭЭГ является то, что оно позволяет проводить длительные исследования ЭЭГ на свободно двигающейся крысе без развития возможного нейровоспаления. Данное устройство может быть использовано в экспериментах по изучению эпилептогенеза и тестированию новых противоэпилептических препаратов на экспериментальных животных.

Ключевые слова

ЭЭГ, эпилепсия, ритмическая фотостимуляция, ритмическая фоностимуляция, функциональные нагрузки, депривация сна, иктальная и интериктальная активность

Список литературы

Radtke FA, Chapman G, Hall J, Syed YA (2017) Modulating Neuroinflammation to Treat Neuropsychiatric Disorders. Biomed Res Int 2017: 1–21. https://doi.org/10.1155/2017/5071786
Calsolaro V, Edison P (2016) Neuroinflammation in Alzheimer’s disease: Current evidence and future directions. Alzheimer’s Dement 12: 719–732. https://doi.org/10.1016/j.jalz.2016.02.010
Jurcau A, Simion A (2021) Neuroinflammation in Cerebral Ischemia and Ischemia/Reperfusion Injuries: From Pathophysiology to Therapeutic Strategies. Int J Mol Sci 23: 14. https://doi.org/10.3390/ijms23010014
Fiest KM, Sauro KM, Wiebe S, Patten SB, Kwon C-S, Dykeman J, Pringsheim T, Lorenzetti DL, Jetté N (2017) Prevalence and incidence of epilepsy. Neurology 88: 296–303. https://doi.org/10.1212/WNL.0000000000003509
Fattorusso A, Matricardi S, Mencaroni E, Dell’Isola GB, Di Cara G, Striano P, Verrotti A (2021) The Pharmacoresistant Epilepsy: An Overview on Existant and New Emerging Therapies. Front Neurol 12: 1030. https://doi.org/10.3389/FNEUR.2021.674483/BIBTEX
Chen H, Koubeissi MZ (2019) Electroencephalography in Epilepsy Evaluation. Contin Lifelong Learn Neurol 25: 431–453. https://doi.org/10.1212/CON.0000000000000705
Salami P, Lévesque M, Benini R, Behr C, Gotman J, Avoli M (2014) Dynamics of interictal spikes and high-frequency oscillations during epileptogenesis in temporal lobe epilepsy. Neurobiol Dis 67: 97–106. https://doi.org/10.1016/j.nbd.2014.03.012
Kim JE, Cho KO (2018) The Pilocarpine Model of Temporal Lobe Epilepsy and EEG Monitoring Using Radiotelemetry System in Mice. J Vis Exp e56831. https://doi.org/10.3791/56831
Castro OW, Santos VR, Pun RYK, McKlveen JM, Batie M, Holland KD, Gardner M, Garcia-Cairasco N, Herman JP, Danzer SC (2012) Impact of Corticosterone Treatment on Spontaneous Seizure Frequency and Epileptiform Activity in Mice with Chronic Epilepsy. PLoS One 7: e46044. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0046044
Wang S, Lévesque M, Avoli M (2019) Transition from status epilepticus to interictal spiking in a rodent model of mesial temporal epilepsy. Epilepsy Res 152: 73–76. https://doi.org/10.1016/j.eplepsyres.2019.03.005
Kovács Z, Czurkó A, Kékesi KA, Juhász G (2011) Intracerebroventricularly administered lipopolysaccharide enhances spike–wave discharges in freely moving WAG/Rij rats. Brain Res Bull 85: 410–416. https://doi.org/10.1016/j.brainresbull.2011.05.003
Flink R, Pedersen B, Guekht AB, Malmgren K, Michelucci R, Neville B, Pinto F, Stephani U, Özkara C (2002) Guidelines for the use of EEG methodology in the diagnosis of epilepsy. Acta Neurol Scand 106: 1–7. https://doi.org/10.1034/j.1600-0404.2002.01361.x
Renzel R, Baumann CR, Poryazova R (2016) EEG after sleep deprivation is a sensitive tool in the first diagnosis of idiopathic generalized but not focal epilepsy. Clin Neurophysiol 127: 209–213. https://doi.org/10.1016/j.clinph.2015.06.012
Lévesque M, Biagini G, de Curtis M, Gnatkovsky V, Pitsch J, Wang S, Avoli M (2021) The pilocarpine model of mesial temporal lobe epilepsy: Over one decade later, with more rodent species and new investigative approaches. Neurosci Biobehav Rev 130: 274–291. https://doi.org/10.1016/j.neubiorev.2021.08.020
Vizuete AFK, Hansen F, Negri E, Leite MC, de Oliveira DL, Gonçalves C-A (2018) Effects of dexamethasone on the Li-pilocarpine model of epilepsy: protection against hippocampal inflammation and astrogliosis. J Neuroinflammat 15: 68. https://doi.org/10.1186/s12974-018-1109-5
Dyomina AV, Zubareva OE, Smolensky IV, Vasilev DS, Zakharova MV, Kovalenko AA, Schwarz AP, Ischenko AM, Zaitsev AV (2020) Anakinra Reduces Epileptogenesis, Provides Neuroprotection, and Attenuates Behavioral Impairments in Rats in the Lithium–Pilocarpine Model of Epilepsy. Pharmaceuticals 13: 340. https://doi.org/10.3390/ph13110340
Racine RJ (1972) Modification of seizure activity by electrical stimulation. II. Motor seizure. Electroencephalogr Clin Neurophysiol 32: 281–294. https://doi.org/10.1016/0013-4694(72)90177-0
Sinton CM, Kovakkattu D, Friese RS (2009) Validation of a novel method to interrupt sleep in the mouse. J Neurosci Methods 184: 71–78. https://doi.org/10.1016/j.jneumeth.2009.07.026
Simonova VV, Guzeev MA, Ekimova IV, Pastukhov YF (2022) Chaperone Hsp70 (HSPA1) Is Involved in the Molecular Mechanisms of Sleep Cycle Integration. Int J Mol Sci 23: 4464. https://doi.org/10.3390/ijms23084464
Wu T, Avidan AY, Engel J (2021) Sleep and Epilepsy, Clinical Spectrum and Updated Review. Sleep Med Clin 16: 389–408. https://doi.org/10.1016/j.jsmc.2021.02.011
Murthy Sindgi V, Basani M, Choudary P, Molugu K, Malothu R (2019) Development of Non-invasive Electroencephalography Technique in Animal Model. Indian J Pharm Educ Res 53: s619–s623. https://doi.org/10.5530/ijper.53.4s.157
Fordington S, Manford M (2020) A review of seizures and epilepsy following traumatic brain injury. J Neurol 267: 3105–3111. https://doi.org/10.1007/s00415-020-09926-w
Sankar R, Auvin S, Mazarati A, Shin D (2007) Inflammation contributes to seizure-induced hippocampal injury in the neonatal rat brain. Acta Neurol Scand 115: 16–20. https://doi.org/10.1111/j.1600-0404.2007.00804.x
Marchi N, Fan Q, Ghosh C, Fazio V, Bertolini F, Betto G, Batra A, Carlton E, Najm I, Granata T, Janigro D (2009) Antagonism of peripheral inflammation reduces the severity of status epilepticus. Neurobiol Dis 33: 171–181. https://doi.org/10.1016/j.nbd.2008.10.002
Troubat R, Barone P, Leman S, Desmidt T, Cressant A, Atanasova B, Brizard B, El Hage W, Surget A, Belzung C, Camus V (2021) Neuroinflammation and depression: A review. Eur J Neurosci 53: 151–171. https://doi.org/10.1111/ejn.14720
Krendl R, Lurger S, Baumgartner C (2008) Absolute spike frequency predicts surgical outcome in TLE with unilateral hippocampal atrophy. Neurology 71: 413–418. https://doi.org/10.1212/01.wnl.0000310775.87331.90
Bajorat R, Goerss D, Brenndörfer L, Schwabe L, Köhling R, Kirschstein T (2016) Interplay between interictal spikes and behavioral seizures in young, but not aged pilocarpine-treated epileptic rats. Epilepsy Behav 57: 90–94. https://doi.org/10.1016/j.yebeh.2016.01.014
El-Hassar L, Milh M, Wendling F, Ferrand N, Esclapez M, Bernard C (2007) Cell domain-dependent changes in the glutamatergic and GABAergic drives during epileptogenesis in the rat CA1 region. J Physiol 578: 193–211. https://doi.org/10.1113/jphysiol.2006.119297
Drinkenburg WHIM, Coenen AML, Vossen JMH, van Luijtelaar ELJM (1995) Sleep Deprivation and Spike-Wave Discharges in Epileptic Rats. Sleep 18: 252–256. https://doi.org/10.1093/sleep/18.4.252