Ein allgemeines Verfahren zur Bewertung der Tiefe Hirnstimulation Auswirkungen auf intravenöse Methamphetamine Selbstverwaltung

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens besteht darin, die Wirkungen einer Tiefen Hirnstimulation zu bewerten, die zeitlich und räumlich getrennt vom Drogenkonsumumfeld der intravenösen Methamphetaminverabreichung bei Nagetieren ist. Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen der Suchtpsychiatrie zu beantworten, beispielsweise: Kann eine elektrische Stimulation spezifischer Hirnregionen den Drogenmissbrauch verringern, und unter welchen Bedingungen ist diese Therapie am wirksamsten? Der Hauptvorteil dieser Technik liegt darin, dass die elektrische Therapie zu einem anderen Zeitpunkt und in einer anderen Umgebung als dem Drogenkonsumumfeld durchgeführt wird.

Dies entspricht näher dem, was bei menschlichen Patienten möglich sein wird. Diese Prozedur wird Dr. Vinita Batra, eine unserer Postdoktorandinnen in unserem Labor, und Herr Glenn Guerin, unser leitender Labortechniker, demonstrieren. Die Vorbereitungen für dieses Experiment sind im Textprotokoll beschrieben.

Beginnen Sie damit, die Ratten so schnell und ruhig wie möglich in die operanten Kammern zu bringen, um verhaltensbedingte Störgrößen zu minimieren. Spülen Sie den Katheter der Ratte mit 0,1 Milliliter 0,9 %iger Kochsalzlösung, um die Durchgängigkeit der Leitung vor Beginn des Experiments sicherzustellen. Befestigen Sie anschließend eine spiralförmige Leine aus rostfreiem Stahl an der Leitkannüle auf dem Rücken des Nagetiers.

Verbinden Sie das andere Ende der Kanüle mit einem dicht schließenden Flüssigkeitsdrehverbinder über der operanten Kammer. Damit die Ratten die Selbstapplikationsaufgabe schnell erlernen, führen Sie die Sitzungen über vier bis fünf aufeinanderfolgende Tage hinweg täglich sechs Stunden lang durch, und zwar immer zur gleichen Tageszeit. Belohnen Sie jeden aktiven Hebeldruck mit einer Infusion von Methamphetamin, gefolgt von einer 30-Sekunden-Pause, während derer der Hebel keine Belohnung liefert.

Am Ende der ersten Woche werden die Nagetiere in der Lage sein, sich selbst Methamphetamin zu verabreichen. Führen Sie während der zweiten Trainingswoche die Ratten von Montag bis Freitag täglich zweistündige Sitzungen durch, um die intravenöse Methamphetamin-Selbstapplikation aufrechtzuerhalten und zu verfeinern. Setzen Sie die Sitzungen mit einem festen Verhältnis von eins und dreißigsekündigen Pausen fort.

Ein stabiles, intensives Reagieren wird erreicht, wenn die Gesamtanzahl der Methamphetamin-Infusionen über jeweils drei aufeinanderfolgende Sitzungen hinweg um weniger als zehn Prozent variiert. Ein weiterer Indikator für ein stabiles intensives Reagieren liegt vor, wenn die kumulierte Anzahl der Infusionen innerhalb der ersten dreißig Minuten die kumulierte Anzahl der Infusionen während der zweiten dreißig Minuten übersteigt. Wenn die Ratten dieses Drogen-Lade-Muster entwickeln, weist dies auf suchtabhängiges Verhalten hin und nicht einfach auf gelegentlichen Gebrauch.

Am Ende jeder Sitzung bereiten Sie eine Spritze vor, um den Katheter zu spülen, und trennen Sie die Leine vom Rücken des Nagetiers. Spülen Sie den Katheter der Ratte mit 0,1 Millilitern einer 0,9 %igen Kochsalzlösung, die 800 IE Streptokinase enthält, um Blutgerinnsel zu verhindern. Setzen Sie nach dem Spülvorgang eine Schutzhülle auf jede Leitkanüle, um Verstopfungen zu vermeiden.

Bringen Sie dann die Ratte in ihren Heimkäfig zurück. Siehe Textprotokoll zur Überprüfung der Durchgängigkeit der Katheter und zur Behebung häufig auftretender Probleme bei diesem Experiment. Bereiten Sie zehn bis zwölf Plexiglasboxen für dieses Experiment vor.

Decken Sie an jeder Box die Außenseiten von drei Wänden mit festem, undurchsichtigem Papier ab, um zu verhindern, dass die Ratten einander sehen. Lassen Sie jedoch die vordere Wand frei, um die Tiere während der Stimulationsphasen beobachten zu können. Anschließend decken Sie die Oberseiten der Boxen teilweise mit einer harten Platte ab, um ein Entkommen der Ratten zu verhindern, gleichzeitig aber die Luftzirkulation zu ermöglichen.

Unterstützen Sie im oberen Bereich die Kommutatoren für die elektrische Verbindung zwischen der Kopfplatte des Nagetiers und dem Stimulationsystem. Verwenden Sie ein Stimulationsystem, das konstanten Strom an mehrere Tiere gleichzeitig für die DBS-Experimente liefern kann. Es sollte eine programmierbare Schnittstelle enthalten.

Verbinden Sie mit kabeln individueller länge die kanalanschlüsse der stimulatoren mit dem oberen elektronischen anschlussstück jedes kommutators. Anschließend verbinden Sie das untere elektronische anschlussstück des kommutators mit dem implantierten elektrodenanschlussstück auf der kopfplatte des nagetiers, wobei 16-zoll-kabel verwendet werden, die in eine edelstahlfeder eingehüllt sind. Das kabel soll dem tier freie bewegung in allen bereichen des behälters ermöglichen, ohne dass eine nennenswerte spannung auf der kopfplatte entsteht.

Ein Kabel, das bis dorthin reicht, wo sich der Kopf der Ratte befinden kann, wenn sie auf vier Pfoten steht, ist in der Regel lang genug. Um das System zu programmieren, verwenden Sie eine visuelle Programmiersprache, um festzulegen, welche Funktionen jedes Gerät zur Erreichung der experimentellen Endpunkte übernimmt und welche Daten gespeichert und/oder zur Echtzeitansicht projiziert werden. Geben Sie vor Beginn des Experiments die gewünschte Frequenz, Pulsbreite und Amplitude in das visuelle Bedienfeld ein.

Typische Parameter für die Hochfrequenzstimulation bei Ratten ähneln denen, die bei der klinischen, menschlichen Tiefenhirnstimulation verwendet werden. Eine Frequenz von 130 bis 180 Hertz, eine Impulsbreite von 60 bis 90 Millisekunden und eine Stromamplitude von 100 bis 250 Mikroampere. Für das Gehirnstimulationsexperiment befestigen Sie beim Einsetzen der Ratten in die Kästen das Edelstahlfederkabel vom Kommutator an jedem Elektrodensockel auf der Kopfplatte.

Testen Sie zuerst die Impedanz jeder Elektrode, indem Sie zwei Sekunden lang einen Strom von fünf Mikroampere bei 1000 Hertz anlegen. Wenn die Impedanz einer Elektrode gleich oder kleiner als 125 Kiloohm ist, fahren Sie mit dem Experiment fort. Andernfalls ziehen Sie in Erwägung, das Tier aus dem Experiment auszuschließen, da der Widerstand der Elektrode den Strom möglicherweise auf potenziell unter therapeutische Werte liegende Stärken vermindern könnte.

Beginnen Sie mit einer oder zwei Probekurzzeitveranstaltungen, um die Ratten an die Bedingungen zu gewöhnen. Wenden Sie während dieser Sitzungen keine aktive Therapie an. Unmittelbar nach jeder Probekurzzeitveranstaltung bringen Sie die Ratten zu den Operantenkästen für ihre tägliche zweistündige Sitzung zur intravenösen Methamphetaminselbstapplikation.

Stellen Sie für das Experiment die Ratten in zwei Gruppen gegenläufig ein, eine Kohorte mit aktiver Stimulation und eine Scheinstimulationskohorte, die Platzbositzungen erhält. Führen Sie die täglichen Sitzungen zur tiefen Hirnstimulation fünf Tage lang jeweils drei Stunden pro Tag durch. Beobachten Sie die Tiere während eines Teils jeder Stimulationssitzung sorgfältig, um festzustellen, ob die Stimulation offensichtliche Verhaltensänderungen hervorruft.

Unmittelbar nach jeder Tiefenhirnstimulationssitzung beginnen Sie die tägliche intravenöse Methamphetamin-Selbstapplikationssitzung der Ratten. Nach der Implantation intravenöser Jugularkatheter und intrakranieller Tiefenhirnstimulationselektroden erwarben die Tiere innerhalb von zwei Tagen mit verlängertem Zugang zu Methamphetamin die Fähigkeit zur Drogenselbstapplikation und steigerten diese. Anschließend wurden die Tiere auf einen täglichen zweistündigen Zeitplan für das operante Training umgestellt, um eine Methamphetamin-Toxizität zu verhindern und eine stabile Ansprechrate zu etablieren, die durch verschiedene therapeutische Interventionen moduliert werden konnte.

Am sechsten Tag des operanten Trainings zeigten die Ratten eine erhöhte Motivation, die Droge einzunehmen, was sich in der Entwicklung eines Front-Loading-Musters der Aufnahme äußerte. Dieses Muster blieb über die folgenden Sitzungen weitgehend erhalten. Nach der Etablierung dieses stabilisierten Drogenmissbrauchsmusters wurde eine tiefe Hirnstimulation gemäß dem beschriebenen Protokoll durchgeführt.

Dies führte zu einer deutlichen Verringerung der operanten IV-Selbstverabreichung von Methamphetamin. Sobald die Technik beherrscht ist, kann sie innerhalb von zwei bis vier Wochen durchgeführt werden, wobei etwa zehn bis zwölf Tiere pro Gruppe verwendet werden. Dies ist ideal geeignet, um die Wirkungen einer Tiefen Hirnstimulation zu testen, angesichts der begrenzten Lebensdauer von Kopfhalterungen und intravenösen Kathetern bei Nagetieren, die Methamphetamin verwenden.

Dieses Verfahren kann verwendet werden, um alternative elektrische Parameter, verschiedene Gehirnziele und neuartige Abgabemuster sowie Kombinationen aus elektrischer Therapie und pharmazeutischen Wirkstoffen zu untersuchen, die zu lang anhaltenden Verhaltensänderungen führen können.