使用重复经颅磁刺激调节大鼠皮质兴奋性

摘要

资料来源：Beom， J. 等人。对大鼠大脑单侧半球的重复经颅磁刺激。J. Vis. Exp.（2016年）

该视频演示了重复经颅磁刺激（rTMS）在麻醉大鼠中调节皮质兴奋性的应用。该过程包括确定运动阈值 （MT） 以建立基线刺激，然后以高于 MT 的强度应用 rTMS 以诱导神经元去极化。这种刺激会触发钙流入，促进神经营养因子的产生，并增强突触可塑性，最终影响皮质兴奋性。

方案

所有涉及动物模型的程序都经过当地机构动物护理委员会和 JoVE 兽医审查委员会的审查。

1. 实验设置

1. 动物准备
   1. 在开始实验之前，让雄性 Sprague-Dawley 大鼠适应新环境 1 周。
      注意：虽然本研究中使用了 8 周龄的大鼠，但可以根据研究假设选择发育中的大脑或成年大脑。
2. 诱导吸入麻醉
   通过
   1. 腔室和鼻锥分别将 5% 和 2% 的异氟醚溶解在 40%/60% 和 25%/75% 的氧气/氮气中诱导和维持麻醉。将麻醉深度调整到消除脚趾捏的踏板退缩反射的水平，以确认适当的麻醉。
      注意：在翻译方面，使用清醒的动物可能是更好的选择，但在 rTMS 期间存在约束困难，并且它们容易承受过大的压力。
   2. 用直肠探头监测体温，并使用恒温毯将其保持在37°C。使用踏板退缩反射、温度、呼吸频率和心率监测麻醉深度。
切换
3. 到静脉麻醉进行维持
   1. 用酒精棉签准备尾巴。用24号静脉导管插入侧尾静脉，以过渡到静脉内（IV）麻醉（图1A）。将异丙酚静脉注射（1mg/[kg·min]超过10分钟，使用10mg/ml乳液）给动物。开始异丙酚加载后 5 分钟停用异氟醚。
   与
   2. 之前的研究一样，在整个实验过程中以500-700μg/（kg·min）的输注速率保持异丙酚镇静。通过鼻锥以 0.8 L/min 的速度补充氧气。
      注意：异丙酚麻醉是为了减少吸入剂对皮质兴奋性的潜在抑制。然而，麻醉在rTMS实验中不是强制性的，也可以使用觉醒的动物。麻醉方法应根据研究假设来决定。
   在
   3. 眼睛上使用兽药膏，以防止麻醉时干燥。
   4. 在完全过渡到静脉麻醉后 10 分钟施加磁刺激（见第 2 节）。
4. 恢复条件
   1. 在恢复阶段监测生命体征。在动物恢复足够的意识以保持胸骨卧位之前，不要让动物无人看管。如果动物接受了手术，在完全康复之前不要将其送回其他动物的陪伴下。
      注意：如果对疾病模型进行手术，则需要进行术后疼痛管理。然而，该 rTMS 实验不需要疼痛管理。

2. 重复经颅磁刺激

1. 器和线圈
   1. 使用重复刺激器施加刺激，该刺激器通过 25 毫米 8 字形线圈提供双相刺激。将线圈中心定位在双耳线上顶点外侧 0.5 厘米处，并将线圈与地面成 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. 电机阈值
   1. 确定热点处的电机阈值 （MT），线圈中心位于双耳线上顶点外侧 0.5 厘米处，表面平坦在颅骨上。这与之前研究中使用的方法相同。
      注意：将 MT 定义为通过 10 次连续刺激在对侧前爪上引起 5 次或更多次可触及收缩的最小刺激强度。验证刺激是否主要引起对侧肌肉收缩，以确保单侧刺激。
3. 应用 rTMS
   1. 深度麻醉稳定后 10 分钟应用 rTMS。将线圈的中心放置在目标rTMS位点，根据研究问题从大脑皮层中选择。然后，倾斜线圈以确保线圈中心与刺激点处的颅骨表面直接接触。
      注意：例如，将线圈与地面成45°角度，以尽量减少rTMS对对侧皮层的潜在直接影响（图1B和1C）。
   2. 让动物接受单侧半球的 20 分钟 rTMS 训练。使用软件控制台，使用低频 （1 Hz）、高频 （20 Hz） 或假刺激协议提供 rTMS，并将刺激强度设置为 MT 的 100 - 110%。
   不
   3. 休息地进行 1 Hz 刺激。使用软件控制台，输入"1,200"次射击"20"分钟。对于 20 Hz 刺激，进行 2 秒的刺激，然后休息 28 秒。使用软件控制台，输入"1,600"次拍摄"20"分钟。
   4. 对于假刺激，将线圈垂直于颅骨倾斜（旋转 90°），并将线圈边缘放置在距头部表面 2 厘米的位置（图 1D）。将线圈支架牢固地固定在主设备上;实验过程中无需用手握住线圈。
      注意：为了补偿声学和其他非特异性效应，不同的刺激方案应使用不同的假方案。例如，1 Hz 假刺激可用于 1 Hz rTMS 实验。
4. 冷却线圈
   1. 使用水冷系统在 1 Hz 和 20 Hz 刺激频率下实现超过 20 分钟的重复磁刺激（图 2）。在实验期间，循环线圈整个长度周围的冰水，以防止过热，尽管没有监测线圈或刺激器的温度。
      注意：也可以使用市售的冷却大鼠线圈。
   如果
   2. 可能，通过查看 rTMS 机器的加热表来监测线圈温度。
      注意：没有与 rTMS 刺激相关的不良后果。但是，如果在刺激线圈附近使用金属耳识别标签，则存在潜在的烧伤风险。

结果

图 1.实验设置。（一个）静脉导管插入外侧尾静脉（箭头），鼻锥用于异氟醚麻醉以及转用静脉异丙酚后补充氧气。（B） rTMS 期间的背侧前外侧视图。（C） 背侧后视图。8 字形线圈的表面与地面成 45° 成角，以尽量减少对对侧皮层的潜在直接刺激。（D） 假 rTMS 的示意图。线圈放置在距离颅骨 2 厘米处并垂直于...

材料