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

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, die Auswirkungen der tiefen Hirnstimulation zu bewerten, die zeitlich und räumlich von der Drogenkonsumumgebung von intravenös verabreichtem Methamphetamin bei Nagetieren getrennt ist. Diese Methode kann helfen, Schlüsselfragen in der Suchtpsychiatrie zu beantworten, wie z.B.: Kann die elektrische Stimulation diskreter Hirnregionen den Drogenmissbrauch verringern und unter welchen Umständen ist diese Therapie am effektivsten? Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass die Elektrotherapie zu einem anderen Zeitpunkt und in einer anderen Umgebung als in der Umgebung des Drogenkonsums durchgeführt wird.

Dies kommt dem näher, was bei menschlichen Patienten möglich sein wird. Dieses Verfahren wird von Dr. Vinita Batra, einer unserer Postdoktorandinnen in unserem Labor, und Glenn Guerin, unserem leitenden Labortechniker, demonstriert. Die Vorbereitungen für dieses Experiment sind im Textprotokoll beschrieben.

Laden Sie die Ratten zunächst so schnell und ruhig wie möglich in die operanten Kammern, um Verhaltensartefakte zu minimieren. Spülen Sie den Katheter der Ratte mit 0,1 Millilitern 0,9%iger Kochsalzlösung, um die Durchgängigkeit der Leitung vor Beginn des Versuchs sicherzustellen. Befestigen Sie als Nächstes eine Federleine aus Edelstahl an der Führungskanüle auf dem Rücken des Nagers.

Verbinden Sie das andere Ende der Kanüle mit einem auslaufsicheren Flüssigkeitswirbel über der operanten Kammer. Damit die Ratten die Selbstverabreichungsaufgabe schnell erlernen, führen Sie die Sitzungen sechs Stunden pro Tag an vier bis fünf aufeinanderfolgenden Tagen und immer etwa zur gleichen Tageszeit durch. Geben Sie für jeden aktiven Hebeldruck eine Infusion Methamphetamin, gefolgt von einer 30-Sekunden-Zeitüberschreitung, bei der der Hebel nichts liefert.

Am Ende der ersten Woche werden die Nagetiere geschickt darin sein, sich selbst Methamphetamin zu verabreichen. Während der zweiten Trainingswoche führen Sie die Ratten von Montag bis Freitag täglich zweistündige Sitzungen durch, um ihre intravenöse Methamphetamin-Selbstverabreichung aufrechtzuerhalten und zu verfeinern. Führen Sie die Sitzungen in einem festen Verhältnis von eins mit dreißig Sekunden Timeouts durch.

Ein stabiles, intensives Ansprechen wird erreicht, wenn die Gesamtzahl der Methamphetamin-Infusionen in jeweils drei aufeinanderfolgenden Sitzungen um weniger als zehn Prozent variiert. Ein weiterer Indikator für ein stabiles intensives Ansprechen tritt auf, wenn die kumulative Anzahl der Infusionen in den ersten dreißig Minuten größer ist als die kumulative Anzahl der Infusionen in den zweiten dreißig Minuten. Wenn die Ratten dieses Drogenlademuster entwickeln, deutet dies auf Suchtverhalten hin und nicht nur auf gelegentlichen Konsum.

Bereiten Sie am Ende jeder Sitzung eine Spritze vor, um den Katheter zu spülen und die Leine vom Rücken des Nagetiers zu lösen. Spülen Sie den Katheter der Ratte mit 0,1 Millilitern 0,9%iger Kochsalzlösung mit 800 IE Streptokinase, um Blutgerinnsel zu verhindern. Führen Sie nach der Spülung eine Hülle auf jede Führungskanüle ein, um ein Verstopfen zu verhindern.

Setze die Ratte dann in ihren Heimatkäfig zurück. Siehe das Textprotokoll zum Testen der Durchgängigkeit der Katheter und wie häufige Probleme mit diesem Experiment behoben werden können. Bereiten Sie zehn bis zwölf Plexiglaskästen für dieses Experiment vor.

Decken Sie auf jeder Schachtel die Außenseite von drei Wänden mit steifem, undurchsichtigem Papier ab, um zu verhindern, dass sich die Ratten gegenseitig sehen. Lassen Sie jedoch die Vorderwand frei, um die Tiere während der Stimulationssitzungen zu sehen. Decken Sie als Nächstes die Oberseiten der Boxen teilweise mit einer harten Platte ab, um ein Entweichen der Ratten zu verhindern, aber dennoch einen Luftstrom zu ermöglichen.

Stützen Sie auf der Oberseite die Kommutatoren für die elektrische Verbindung zwischen der Nagetierkopfkappe und dem Stimulationssystem ab. Verwenden Sie für die DBS-Experimente ein Stimulationssystem, das mehrere Tiere gleichzeitig mit konstantem Strom versorgen kann. Es sollte eine programmierbare Schnittstelle enthalten.

Verbinden Sie mit Kabeln in benutzerdefinierter Länge die Kanalanschlüsse der Stimulatoren mit dem überlegenen elektronischen Sockel jedes Kommutators. Verbinden Sie dann den minderwertigen elektronischen Sockel des Kommutators mit dem implantierten Elektrodensockel an der Kopfkappe des Nagetiers mit 16-Zoll-Kabeln, die von einer Edelstahlfeder ummantelt sind. Das Kabel sollte der Ratte eine freie Bewegung zu jedem Bereich des Gehäuses ermöglichen, ohne dass die Kopfkappe wesentlich unter Druck gesetzt wird.

Ein Kabel, das bis zu der Stelle reicht, an der der Rattenkopf hingehen könnte, wenn er auf vier Füßen steht, ist normalerweise lang genug. Um das System zu programmieren, verwenden Sie eine visuelle Programmiersprache, um anzugeben, welche Funktionen jedes Gerät ausführen soll, um die experimentellen Endpunkte zu erreichen, und welche Daten gespeichert und/oder projiziert werden, um sie in Echtzeit anzuzeigen. Geben Sie die gewünschte Frequenz, Pulsbreite und Amplitude vor Beginn des Experiments im visuellen Bedienfeld an.

Typische Parameter für die hochfrequente Stimulation bei Ratten ähneln denen, die in der klinischen Tiefenhirnstimulation beim Menschen verwendet werden. Eine Frequenz von 130 bis 180 Hertz, eine Pulsbreite von 60 bis 90 Millisekunden und eine Stromamplitude von 100 bis 250 Mikroampere. Für das Hirnstimulationsexperiment wird beim Laden der Ratten in die Boxen das Edelstahlfederkabel vom Kommutator an jedem Elektrodensockel an der Kopfkappe befestigt.

Testen Sie zunächst die Impedanz jeder Elektrode mit fünf Mikroampere Strom bei 1000 Hertz für zwei Sekunden. Wenn die Impedanz einer Elektrode gleich oder kleiner als 125 Kiloohm ist, fahren Sie mit dem Experiment fort. Wenn nicht, sollten Sie jedoch in Erwägung ziehen, das Tier aus dem Versuch zu entfernen, da der Widerstand der Elektrode den Strom auf ein möglicherweise subtherapeutisches Niveau verkürzen kann.

Beginnen Sie mit ein oder zwei Probesitzungen, um die Ratten daran zu gewöhnen. Wenden Sie während dieser Sitzungen keine aktive Therapie an. Transportieren Sie die Ratten unmittelbar nach jeder Probesitzung zu den operanten Boxen für ihre tägliche zweistündige Sitzung zur Selbstverabreichung von intravenösem Methamphetamin.

Für das Experiment werden die Ratten in zwei Gruppen aufgeteilt, eine aktive Stimulationskohorte und eine Scheinstimulationskohorte, die Scheinsitzungen erhält. Führen Sie die täglichen Tiefenhirnstimulationssitzungen fünf Tage lang drei Stunden am Tag durch. Beobachte die Tiere während eines Teils jeder Stimulationssitzung sorgfältig, um festzustellen, ob die Stimulation eine deutliche Verhaltensänderung verursacht.

Beginnen Sie direkt nach jeder Tiefenhirnstimulationssitzung die tägliche intravenöse Methamphetamin-Selbstverabreichungssitzung der Ratten. Nach dem Anlegen von intravenösen Jugularkathetern und intrakraniellen Tiefenhirnstimulationselektroden erwarben und eskalierten Ratten nach zwei Tagen längerem Zugang zu Methamphetamin die Selbstverabreichung des Arzneimittels. Als nächstes wurden die Ratten auf ein tägliches zweistündiges operantes Training umgestellt, um eine Methamphetamin-Toxizität zu verhindern und eine stabile Reaktionsrate zu etablieren, die durch verschiedene therapeutische Interventionen manipuliert werden konnte.

Am sechsten Tag des operanten Trainings entwickelten die Ratten eine erhöhte Motivation, das Medikament einzunehmen, was durch das Aufkommen eines Frontloading-Aufnahmemusters angezeigt wird. Dieses Muster setzte sich in den folgenden Sitzungen weitgehend fort. Nach der Etablierung dieses stabilisierten Drogenmissbrauchsmusters wurde eine tiefe Hirnstimulation gemäß dem beschriebenen Protokoll durchgeführt.

Dies führte zu einem deutlichen Rückgang der Selbstverabreichung von operantem i.v. Methamphetamin. Einmal gemeistert, kann diese Technik in einem Zeitrahmen von zwei bis vier Wochen mit etwa zehn bis zwölf Tieren pro Gruppe abgeschlossen werden. Dies ist ideal geeignet, um die Auswirkungen der tiefen Hirnstimulation zu testen, da die Lebensdauer von Kopfkappen und IV-Kathetern bei Nagetieren, die Methamphetamin einnehmen, begrenzt ist.

Dieses Verfahren kann verwendet werden, um alternative elektrische Parameter, verschiedene Gehirnziele und neuartige Verabreichungsmuster sowie Kombinationen von Elektrotherapie und pharmazeutischen Wirkstoffen zu untersuchen, die zu einer lang anhaltenden Verhaltensänderung führen können.