利用重复经颅磁刺激调节大鼠皮层兴奋性

摘要

来源：Beom, J., 等。大鼠脑单侧半球的重复经颅磁刺激。J. Vis. Exp. (2016)

本视频演示了在麻醉大鼠中应用重复经颅磁刺激（rTMS）以调节皮层兴奋性的方法。该操作包括确定运动阈值（MT）以建立基础刺激参数，随后以高于MT的强度施加rTMS，从而诱导神经元去极化。该刺激可触发钙离子内流，促进神经营养因子的产生，并增强突触可塑性，最终影响皮层兴奋性。

方案

所有涉及动物模型的操作均已被当地机构动物护理委员会和 JoVE 兽医审查委员会审核。

1. 实验设置

1. 动物准备
   1. 让雄性Sprague-Dawley大鼠在开始实验前用1周时间适应新环境。
      注意： 尽管本研究使用了8周龄的大鼠，但可根据研究假设选择发育期或成年期的大脑。
2. 吸入麻醉诱导
   1. 使用溶于40%/60%和25%/75%氧气/氮气混合气体中的5%和2%异氟烷诱导并维持麻醉 通过 一个腔室和一个鼻罩。调整麻醉深度至足趾捏压时无屈足反射，以确认麻醉效果适当。
      注意： 使用清醒动物在转化研究中可能是更优的选择，但在重复经颅磁刺激（rTMS）过程中存在固定困难，且动物容易产生过度应激反应。
   2. 使用直肠探头监测体温，并通过恒温毯将体温维持在 37 °C。通过足底回缩反射、体温、呼吸频率和心率监测麻醉深度。
3. 改为静脉麻醉以维持
   1. 用酒精棉片处理尾部。使用24号静脉导管插入侧尾静脉，以便过渡至静脉（IV）麻醉图1A）。通过静脉输注丙泊酚（1 mg/[kg·min]，持续10 min，使用10 mg/ml的乳剂）给动物给药。在开始丙泊酚输注5 min后停止异氟烷。
   2. 在整个实验过程中，以500–700 µg/(kg·min)的输注速率维持丙泊酚镇静，如先前研究所述。以0.8 L/min补充氧气 通过 一个鼻锥
      注意： 使用丙泊酚麻醉旨在减少吸入性麻醉剂对皮层兴奋性的潜在抑制作用。然而，重复经颅磁刺激（rTMS）实验并非必须进行麻醉，亦可使用清醒动物。麻醉方法的选择应根据具体研究假设综合考虑。
   3. 使用兽用眼膏以防止麻醉期间眼睛干涩。
   4. 在完全过渡后10分钟施加磁刺激（见第2节） IV 麻醉
4. 恢复条件
   1. 在恢复期间监测生命体征。在动物恢复足够的意识以维持胸卧位之前，不得使其无人看管。若动物接受过手术，在其完全恢复之前不得将其放回与其他动物同处的环境中。
      注意： 如果疾病模型手术已实施，则需进行术后镇痛管理。然而，本项重复经颅磁刺激（rTMS）实验无需镇痛管理。

2. 重复性经颅磁刺激

1. 刺激器和线圈
   1. 使用可提供双相刺激的重复刺激器进行刺激 通过 25 mm 的8字形线圈。将线圈中心置于耳屏间线距顶点外侧0.5 cm处，并使线圈与地面成45°角。
      注意线圈的最大磁场强度为4.0 T。磁线圈牢固地安装在内置支架上。
2. 运动阈值
   1. 在耳屏间线距头顶0.5 cm处的热点位置确定运动阈值（MT），线圈中心置于该处，线圈表面与颅骨表面平行。该方法与先前研究中使用的方法相同。
      注意：将MT定义为在10次连续刺激中，于对侧前爪引出5次或以上可触及肌肉收缩的最小刺激强度。需验证刺激主要引起对侧肌肉收缩，以确保为单侧刺激。
3. 重复经颅磁刺激（rTMS）的应用
   1. 在深麻醉稳定后10分钟施加rTMS。根据研究问题从大脑皮层中选择目标rTMS位点，并将线圈中心置于该位点。然后倾斜线圈，确保线圈中心与刺激点颅骨表面直接接触。
      注意： 例如，将线圈与地面成角45°，以尽量减少重复经颅磁刺激（rTMS）对对侧皮层的直接作用图1B 和 1C).
   2. 对动物进行单侧半球20分钟的重复经颅磁刺激（rTMS）处理。通过软件控制台，采用低频（1 Hz）、高频（20 Hz）或假刺激方案进行rTMS，并将刺激强度设定为运动阈值（MT）的100–110%。
   3. 以1 Hz频率刺激，不休息。通过软件控制台，输入“1,200”次脉冲，持续“20”分钟。对于20 Hz刺激，进行2秒刺激后休息28秒。通过软件控制台，输入“1,600”次脉冲，持续“20”分钟。
   4. 假刺激时，将线圈垂直倾斜（旋转90°）于颅骨，并使线圈边缘与头表面相距2 cm图1D将线圈支架牢固地固定在主装置上；实验过程中无需用手持握线圈。
      注意： 为补偿声学及其他非特异性效应，不同的刺激方案应采用不同的假刺激对照方案。例如，1-Hz 假刺激可用于 1-Hz rTMS 实验。
4. 冷却线圈
   1. 使用水冷系统，以实现持续超过 20 分钟的重复性磁刺激，刺激频率为 1 Hz 和 20 Hz图2). 实验期间，使冰水在整个线圈周围循环，以防止过热，尽管并未监测线圈或刺激器的温度。
      注意： 市售的冷却大鼠线圈也可使用。
   2. 如果可能，通过观察重复经颅磁刺激（rTMS）设备的加热指示器来监测线圈温度。
      注意： 未观察到与重复经颅磁刺激（rTMS）相关的不良后果。然而，若在刺激线圈附近使用金属材质的耳标识别标签，则存在潜在的灼伤风险。

结果

图1. 实验设置。 (A) 在尾侧静脉插入静脉导管（箭头所示），并使用鼻罩进行异氟烷麻醉，以及在转换为静脉注射丙泊酚后补充氧气。(B) 重复经颅磁刺激（rTMS）期间的背侧前外侧视角。(C) 背侧后方视角。将...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
带直肠探针的恒温毯	Harvard apparatus	507222F
异氟烷（Forane 溶液）	Choongwae
丙泊酚（Provive 注射液 1% 20 ml）	Claris Lifesciences
重复性磁刺激器（Magstim Rapid²）	Magstim Company Ltd
25 mm 八字形线圈	Magstim Company Ltd	1165-00