Vagusnervstimulation als Instrument zur Plastizität in Pathways Relevant für Extinction Learning herbei

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, die Auslöschung konditionierter Angst durch Stimulation des Nervus vagus zu fördern. Dazu werden zunächst Elektroden zur Stromabgabe an den Nervus vagus hergestellt. Anschließend werden diese Elektroden im Bereich des mittleren zervikalen Abschnitts des Nervus vagus implantiert, zusammen mit einer Kopfkappe. Nach einer Erholungsphase unterziehen sich die Tiere einer auditiven Angstkonditionierung sowie einer Extinktionstraining mit entweder Stimulation des Nervus vagus oder einer Scheinstimulation.

Der letzte Schritt besteht darin, die Expression der konditionierten Angst zu testen und die Verringerung der konditionierten Starre-Reaktion zu bewerten. Letztendlich wird eine Vagusnervstimulation eingesetzt, um das Extinktionslernen zu verstärken, indem Plastizität in den Extinktionsnetzwerken induziert wird. Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden Methoden wie systemischer Drogenbehandlung liegt in der Fähigkeit, den Zeitpunkt der Behandlung präzise zu steuern, um eine netzwerkspezifische Freisetzung von Neurotransmittern zu erreichen, die mit dem laufenden Verhalten gekoppelt werden kann.

Mit dieser Methode lassen sich zentrale Fragen auf dem Gebiet des emotionalen Lernens und Gedächtnisses beantworten, insbesondere wie die Freisetzung von Stresshormonen wie Adrenalin und Glukokortikoiden die Konsolidierung langfristiger Erinnerungen beeinflussen kann. Die Bedeutung dieser Technik erstreckt sich auf Expositionstherapien zur Behandlung von Angst- und traumabezogenen Störungen sowie auf die Rehabilitation von Suchterkrankungen. Darüber hinaus kann die Vagusnervstimulation auf andere Lernmodelle der synaptischen Plastizität angewandt werden, beispielsweise auf das motorische Lernen nach Schlaganfall oder traumatischer Hirnverletzung.

Bereiten Sie zunächst ein Bohrwerkzeug aus einer Nadel vor, um die Manschette herzustellen, indem Sie vier Zentimeter Mikrorenaintubing auf ein Bohrfutter schieben. Verwenden Sie dann die Nadel als Bohrer, um vier Löcher in Abständen von zwei Millimetern zu bohren, die die Ecken eines Quadrats bilden. Die Löcher sollten sauber sein und keine rauen Kanten aufweisen.

Schneiden Sie als Nächstes das Tubing längs zwischen den Löchern auf. Bauen Sie nun mithilfe von Nahtfaden die Befestigungsschnur, um den Cuff auf beiden Seiten am Vagusnerv zu befestigen. Knoten Sie die Nähte etwa zwei Zentimeter vom Kunststoff entfernt zusammen, sodass Tubing und Faden ein Dreieck bilden, und führen Sie jeden Nahtfaden etwa acht Zentimeter über den Knoten hinaus.

Schneiden Sie als Nächstes isolierten siebenadriges Platinsilberdraht in 70 Millimeter lange Segmente. Entfernen Sie nun mit einer Schmuckerpistole etwa einen Zentimeter Isolierung von einem Ende des Drahts.

Verwenden Sie dann die Flamme, um das Platinsilber an den freiliegenden Stellen zu schmelzen. Verbinden Sie mit dieser Technik die sieben freiliegenden Stränge des Platinsilberdrahts zu einem einzigen, festeren Draht, und schmelzen Sie das Ende des Drahts an der dem verschmolzenen Abschnitt gegenüberliegenden Seite zu einer Kugel. Schmelzen Sie den Platinsilberdraht zu einer kleinen Kugel, wobei die Isolierung so wenig wie möglich abgetrennt wird.

Fixieren Sie nun die Gewindekunststoffhülse mit einem abgeschnittenen Rand entlang der horizontalen Ebene, wobei die Gewinde straff gezogen und die Hülse vollständig ausgestreckt sind. Führen Sie mit einer Pinzette das freiliegende Ende der Drahtpräparation durch das untere rechte Loch und ziehen Sie es in die Mitte der Hülse. Anschließend schieben Sie den Draht durch das obere rechte Loch und führen den Draht zurück über die Hülse.

Fahren Sie fort, indem Sie den Draht erneut durch das obere rechte Loch führen und ihn dann mit einem Ruck straffziehen, um sicherzustellen, dass er fest sitzt. Es ist entscheidend, dass der im Muldenbereich der Manschette liegende Draht nicht isoliert ist, während der Draht außerhalb der Manschette am unteren Ende isoliert bleibt, sodass der zugeführte Strom ausschließlich zum Vagusnerv geleitet wird. Als Nächstes führen Sie das blankende Ende von innen durch das untere rechte Loch.

Um eine Schleife zu schließen, platzieren Sie einen Draht auf der linken Seite der Manschette auf genau dieselbe Weise am Ende des Drahtes, befestigen Sie ihn jedoch nicht an der Manschette. Löten Sie das blankes Ende des Drahtes an einen Goldpin. Lassen Sie das Lot abkühlen und anschließend erneut aufschmelzen, um eine gute Verbindung sicherzustellen.

Fügen Sie bei Bedarf mehr Lot hinzu. Bereiten Sie nun die Anschlüsse für die Kopfplatte der VNS-Eingabestelle für jede Eingabestelle vor. Abisolieren Sie die Enden von zwei 30 Millimeter langen Abschnitten aus 26 AWG Kupferdraht und schneiden Sie das schmale Ende eines losen Goldpins ab, anschließend löten Sie jedes Drahtpaar mit einem Pin zusammen.

Löten Sie das lose Ende der Drähte an die beiden Flusszähne eines Steckverbinders. So werden die Steckverbinder hergestellt. Nachdem das Tier in einem stereotaktischen Rahmen für die Operation vorbereitet wurde, verwenden Sie ein Skalpell, um die Haut über dem Schädel zu eröffnen, und freilegen von Lambda und bgma.

Erstellen Sie mit stumpfen Pinzetten einen subkutanen Tunnel vom Schnitt entlang der linken Seite vor dem Ohr bis zur linken Halsseite. Dieser Tunnel ist für die Manschette vorgesehen. Öffnen Sie anschließend mit einem Skalpell zwei kleine Startlöcher für die Verankerungsschrauben.

Platzieren Sie diese Löcher nicht direkt über der Mittellinie. Treiben Sie anschließend mit einer Pinzette und einem Schraubendreher zwei Knochenschrauben ein, wobei Platz für Acryl darunter freigelassen wird. Füllen Sie dann den Raum unter einem Rundstück und zwischen den Schrauben mit Acryl auf, halten Sie das Acryl von den umliegenden Geweben fern und tragen Sie zusätzliches Acryl zwischen den Schrauben auf.

Halten Sie danach das Implantat so, dass der markierte Draht kranial zum unmarkierten Draht liegt. Positionieren Sie das Implantat anschließend schnell in das Acryl. Achten Sie darauf, dass kein Acryl auf die Golddrähte, den Haltebereich oder die Eingabestelle gelangt.

Lassen Sie dies fünf Minuten trocknen und bereiten Sie sich darauf vor, unter einem Stereomikroskop weiterzuarbeiten. Führen Sie einen kleinen Schnitt über der linken Vena jugularis direkt zwischen dem Unterkiefer und dem Schlüsselbein durch. Weiten Sie den Schnitt mit einer stumpfen Dissektion bis hinunter zu den Muskeln.

Freilegen Sie den Musculus sternomastoideus, den Musculus sternohyoideus und den Musculus omohyoideus. Setzen Sie die stumpfe Dissektion entlang der Furchen zwischen den Muskeln fort, um die Arteria carotis zu finden. Die Hülle, die die Arteria carotis enthält, beinhaltet ebenfalls den Nervus vagus.

Unter Verwendung einer Schere vorsichtig die Hülle präparieren, um einen fünf Millimeter langen Abschnitt des Vagusnervs freizulegen. Danach von der Kopfinkision aus die Fäden an der Seite der Manschette, die der Leitung gegenüberliegt, verwenden, um die Manschette durch den subkutanen Tunnel und bis zur Halsinkision zu ziehen. Den Nerv vorsichtig mit Glaswerkzeugen anheben und die Manschettenfäden unter den Nerv schieben.

Vermeiden Sie sorgfältig das Reiben gegen den Nerv. Die obere Seite der Manschette sollte zur kranialen Seite des Tieres weisen. Legen Sie nun den Nerv in die Mitte der Manschette und schließen Sie die Manschette am Kopfplättchen.

Befestigen Sie die mit dem Manschettenelektrodensystem verbundenen Stifte an den Stiften der Stimulations-Eingangsstelle, um sicherzustellen, dass die Manschette korrekt positioniert ist. Führen Sie eine Atempause durch. Der Test sollte eine vorübergehende Unterbrechung der Atmung zeigen, und die Herzfrequenz sollte ebenfalls abfallen.

Nach Bestätigung der Manschettenposition befestigen Sie die Stifte mit Acryl am Stimulations-Eingangsort. Danach verschließen Sie die Operationsstelle und behandeln das Tier mit Marcaine und topischen Antibiotika. Lassen Sie das Tier fünf Tage lang ohne Artgenossen auskuriert.

Bevor die Tests durchgeführt werden, richten Sie die Konditionierungskammer unter Videoüberwachung ein. Am ersten Tag des Verhaltens-Trainings geben Sie den Ton fünfmal für jeweils 30 Sekunden vor, um zu zeigen, dass keine angeborene Furcht vor dem Ton besteht. Nach der ersten Tonpräsentation konditionieren Sie die Ratten am ersten und zweiten Tag auf Furcht.

Erzeugen Sie einen 32. Ton zusammen mit einem zufällig platzierten einsekündigen Fußschock von 0,5 Milliampere. Wenden Sie täglich acht Ton-Schock-Kombinationen an, wobei zwischen den Tonpräsentationen drei bis fünf Minuten liegen. Am dritten Tag testen Sie die Stärke der Assoziation zwischen Ton und Schock.

Legen Sie den Ton viermal allein, mit Abständen von drei bis fünf Minuten. Zeichnen Sie das Erstarrungsverhalten des Tieres am vierten und fünften Tag auf. Führen Sie das Extinktionstraining mit Vagusnervstimulation oder Scheinstimulation durch.

Schließen Sie die Ratte an den Stimulator an und platzieren Sie sie in die operante Konditionierungskiste. 150 Millisekunden. Stimulation des Vagusnervs 30 Sekunden vor jedem Ton.

Führen Sie vier Stimulationston-Kombinationen mit Pausen von drei bis fünf Minuten durch. Überprüfen Sie regelmäßig die elektrische Integrität der VNS-Manschette und der Eingangsstelle mithilfe eines Oszilloskops gemäß dem beschriebenen Protokoll. Die Ratten wurden in einer auditiven Angst-Konditionierungsaufgabe trainiert, bei der während der Extinktion eine Vagusnervstimulation erfolgte.

Tiere, die während der Extinktionsphase eine begrenzte Anzahl nicht verstärkter Expositionen gegenüber dem konditionierten Ton erhielten, zeigen keine Verringerung der konditionierten Furcht. Im Gegensatz dazu weisen Ratten mit BNS-Behandlung eine starke Abnahme des Starreverhaltens auf, vergleichbar mit der bei sham-behandelten Tieren, die eine ausgedehnte Extinktionstraining erhielten. BNS-behandelte Tiere zeigten außerdem ein vermindertes Starreverhalten außerhalb der Darbietung des konditionierten Tons, was darauf hindeutet, dass ihr Extinktionstraining auf den Kontext generalisiert wurde.

Weitere Untersuchungen zeigten, dass die Kombination einer VNS mit einer Extinktionstraining die Metaplastizität in der Verbindung zwischen dem infra-limbischen Kortex und der basolateralen Amygdala verändert. Bei anästhesierten Tieren in der Sham-stimulierten Gruppe, bei denen die Extinktion der konditionierten Furcht nicht erfolgte, führte eine Burst-Stimulation des infra-limbischen Kortex zu einer langandauernden Depression des evozierten lokalen Feldpotentials in der basolateralen Amygdala.

Diese synaptische Depression wurde bei Tieren, die eine signifikante Extinktion der konditionierten Furchtreaktion zeigten, umgekehrt. Darüber hinaus förderte die Applikation von VNS während einer einzelnen Extinktionssitzung die Induktion einer langanhaltenden Potenzierung. Nachdem Sie sich dieses Videos angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie VNS in Kombination mit verhaltensbezogenem Training eingesetzt werden kann.

Wenn man die Herstellung der VNS-Komponenten und die Chirurgie einmal beherrscht, kann der Eingriff bei korrekter Durchführung in etwa drei Stunden durchgeführt werden. Während des Verfahrens ist es wichtig, darauf zu achten, dass die elektrischen Verbindungen intakt bleiben.