Transkranielle elektrische Hirnstimulation in Alert Nagetiere

Das übergeordnete Ziel dieses chirurgischen Eingriffs ist es, eine zuverlässige und wiederholte transkranielle elektrische Hirnstimulation bei wachen Nagetieren zu ermöglichen. Diese Methode kann helfen, zentrale Fragen im Bereich der Neuromodulation und Neuroplastizität zu beantworten, indem sie Gehirnnetzwerke gezielt elektrisch stimuliert, um motorische Funktionen oder Defizite zu verbessern. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass sie wiederholte nicht-invasive elektrische Hirnstimulationssitzungen bei wachen Nagetieren ermöglicht, ohne Unbehagen hervorzurufen, und die minimale Beeinträchtigung seiner Verhaltensmessungen.

Personen, die mit dieser Methode noch nicht vertraut sind, könnten Schwierigkeiten haben, da es für unerfahrene Untersucher oft schwierig ist, den richtigen Weg für das Tunneln von der Brust zum Kopf sowie die Knochenvorbereitung vor der Platzierung der Elektrodenhülse zu finden. Die visuelle Demonstration dieser Methode ist von entscheidender Bedeutung, da die chirurgischen Schritte für die Platzierung der Elektrodensocket sowie die Elektrodenvorbereitung und -platzierung für die Stimulation entscheidend für den Erfolg der Experimente sein werden. Unsere Doktorandin, Stephanie Haschka, wird bei der Durchführung der NEBS-Verfahren bei Alarmratten behilflich sein.

Moderator}Beginnen Sie damit, das Nagetier auf seiner Brust auf den Operationstisch zu legen. Desinfizieren Sie die rasierte Kopfhaut mit einem mit Antiseptikum getränkten Tupfer. Lass es an der Luft trocknen.

Nachdem Sie die Narkosetiefe überprüft haben, schneiden Sie die Haut mit einem Skalpell in einer Linie von der rostralen Augenhöhe bis zur Mittelohrhöhe. Drehen Sie dann die Ratte in eine Rückenlage, so dass die Brust freiliegt, und desinfizieren Sie die Brust. Dehnen Sie die seitliche Haut der rechten Brust mit zwei Fingern und machen Sie einen geraden sagittalen Schnitt in kranialer Ausrichtung.

Bilden Sie einen subkutanen Beutel, indem Sie die Haut atraumatisch vom linken großen Brustmuskel lösen, indem Sie die kleine Schere wiederholt öffnen. Drehen Sie dann das Tier auf die rechte Seite und tunneln Sie den Kabelweg von der linken Hinterhauptecke der offenen Kopfhaut entlang des Halses, um in den Brustbeutel auszutreten. Durch das Eindringen in die oberflächliche Faszie mit einer homöostatischen Pinzette.

Öffnen Sie vorsichtig die homöostatische Pinzette, um das Ende des Elektrodenkabels, das an der Platinelektrode befestigt ist, zu greifen, ohne dass scharfe Drähte verrutschen. Ziehen Sie das Kabel durch den Tunnel, bis die Elektrode in den Beutel eintritt, der mit dem Kauterpunkt auf die linke Hintergliedmaße des Nagetiers ausgerichtet ist. Drehen Sie dann den Nager wieder in die Bauchlage.

Befestigen Sie anschließend die Platinplatte mit einer sterilen synthetischen, geflochtenen, nicht resorbierbaren Naht an der Brustfaszie an den beiden gegenüberliegenden Ecklöchern. Befestigen Sie das Kabel auf ähnliche Weise mit einem losen Knoten an der Faszie, der vor dem Eingang des Gewebetunnels eine leichte Schlaufe bildet. Zum Schluss verschließen Sie die Haut je nach Größe des Schnitts mit drei bis vier Hautnähten.

Beginnen Sie damit, das Periost, das Bindegewebe am Schädel zu den Seiten hin mit dem Skalpell abzukratzen und mit Wattestäbchen gründlich abzuwischen. Fixieren Sie das Bindegewebe an den vier Ecken des Schnitts mit Bulldoggenklemmen und lassen Sie sie dann seitlich hängen, um das Operationsfeld offen zu halten. Tragen Sie anschließend 0,9% Kochsalzlösung auf, um die Knochenoberfläche und das Gewebe mit Wattestäbchen zu reinigen.

Reinigen Sie dann die Knochenoberfläche mit 3% Wasserstoffperoxid. Verwenden Sie ein Wattestäbchen, um alle Rückstände des Periosts zu entfernen, sobald sie sichtbar werden. Da Befestigungsschrauben die Haftung des Beruhigungsmittels verbessern, wählen Sie einen Bohrer, der zur Schraubengröße passt.

Platzieren Sie zwei Bohrlöcher auf zwei verschiedenen Knochenplatten, indem Sie mit einer Handbohrmaschine vorbohren und dann durch leichten Partikeldruck mit einem Knochenbohrer. Im Falle einer implantierten Elektrode, wie in diesem Video gezeigt, bohren Sie ein drittes Loch im rechten hinteren Parietalknochen für die zukünftige Fixierung des getunnelten Kabels. Setze die Kunststoffschrauben in die Bohrlöcher und schraube so lange, bis die erste Reibung zu spüren ist.

Führen Sie dann drei weitere 180-Grad-Schraubendrehungen durch. Verwenden Sie eine Pinzette, um die Stabilität der Schraube zu überprüfen, und fügen Sie eine weitere Umdrehung hinzu, wenn sie nicht fest genug angezogen ist. Schalten Sie das Kauereisen ein und heizen Sie es etwa fünf Minuten lang vor.

Wickeln Sie das Kabel, das aus dem Gewebetunnel austritt, okzipital um die rechte Scheitelschraube und schneiden Sie es dann ab, wobei etwa ein Zentimeter Kabel hinter der Wicklung verbleibt. Ziehen Sie die Isolierung am Ende des Kabels vorsichtig mit einem Skalpell ab. Befestigen Sie dann das aufgewickelte Kabel mit Cyanacrylatkleber an Schraube und Knochen.

Tragen Sie dann eine kleine Menge des bleifreien Zinn-Kauters auf den Stecker und auf die blanken Drähte des Gegenelektrodenkabels auf und verbinden Sie beide, indem Sie beide vorgekauterten Teile kurz zusammendrücken, während Sie die Kauterspitze berühren, bis der Zinn-Kauter schmilzt. Entfernen Sie die Kauterspitze sofort, um eine übermäßige Metallerwärmung des Kabels mit anschließender Gewebeschädigung zu vermeiden. Zur Stimulation des motorischen Kortex verwenden Sie eine Steckdose mit einem Durchmesser von vier Millimetern.

Nehmen Sie die maßgefertigte tES-Elektrodenhülse mit einer dünnen Pinzette mit gezackter Spitze auf und tragen Sie eine dünne Schicht Cyanacrylatkleber auf den unteren Rand der Steckdose auf. Der intermediale Rand der Alveole sollte direkt an der sagittalen Naht enden und der innere Rand des Bregmas enden. Drücken Sie dann die Pfanne kurz auf den Knochen, bis der Kleber aushärtet.

Und verwenden Sie eine Lampe, um sicherzustellen, dass der Knochen im Bereich der Pfanne nicht mit reflektierendem Klebstoff bedeckt ist. Nachdem die Pfanne an Ort und Stelle ist und der zukünftige Stimulationsbereich frei von Klebstoff ist, versiegeln Sie den lateralen Rand der Pfanne zum benachbarten Gewebe mit einem kleinen Tropfen Cyanacrylatkleber, um eine Flüssigkeitsbrücke zu vermeiden, die zu einem Verschieben des Stroms an dieser Stelle führen könnte. Dann alle Schrauben mit Cyanacrylatkleber abdecken.

Mischen Sie als Nächstes die beiden Komponenten in einem kleinen Silikonröhrchen oder Glas zu Acrylzement. Sobald es zähflüssig wird, tragen Sie es mit einem Zahnspatel auf, um die verbleibenden Ränder der Pfanne zum Knochen hin zu versiegeln. Zum Schluss bedecken Sie den gesamten Schädel, die Schrauben, das Gegenelektrodenkabel und bis zu 1/3 der Pfanne mit Zahnacrylzement.

Nachdem der gesamte Knochen bedeckt und der Zement ausgehärtet ist, entfernen Sie die Bulldoggenklammern und positionieren Sie die Haut neu. Beginnen Sie damit, die tES-Elektrodenbuchse zur Hälfte mit 0,9 % Kochsalzlösung zu füllen und Luftblasen zu entfernen. Vor kathodalen tE-Sitzungen die Chlorierung kontrollieren und gegebenenfalls die Silber-Silberchlorid-Elektrode erneut chlorieren.

Entfernen Sie vor anodalen tES-Sitzungen mögliche übermäßige Silberchloridablagerungen von früheren Stimulationen mit Schleifpapier, um eine gute Leitfähigkeit während der Stimulation zu ermöglichen. Schrauben Sie dann die tES-Elektrodenkappe ein. Verbinden Sie die Kabel mit den beiden Anschlüssen am Kopf.

Setzen Sie dann das Nagetier in den Versuchskäfig, wobei die Kabel mit einem Drehgelenk über dem Käfig verbunden sind, das eine freie Bewegung ermöglicht. Schalten Sie den Stimulator ein und passen Sie die Stimulationsparameter an. Trennen Sie abschließend nach dem Ende der Stimulation die Kabel, schrauben Sie die Elektrodenkappe am Kopf ab und reinigen und trocknen Sie die Steckdose mit einem Wattestäbchen.

Die Ergebnisse zeigten, dass die Aktivierung der Mikroglia, die durch morphologische Veränderungen beurteilt wurde, zuerst bei 31,8 Ampere pro Quadratmeter auftrat, während die ersten Anzeichen einer Neurodegeneration bei 47,8 Ampere pro Quadratmeter festgestellt wurden. Die Proben eins bis vier wurden als positiv bewertet. Die Anästhesie beeinflusste das Ausmaß der Reaktion auf DCS, da der Prozentsatz der Hirnschnitte mit Fluor-JC-positiven degenerierenden Neuronen bei wachen Ratten mit 47,8 Ampere pro Quadratmeter höher war.

Darüber hinaus wird erwartet, dass Verhaltens- oder molekulare Effekte bei hohen Intensitäten mechanistisch anders sind als bei Effekten niedriger Intensität. Einmal gemeistert, kann diese Technik, einschließlich der Platzierung der Brustelektrode, in 40 bis 45 Minuten durchgeführt werden, wenn sie richtig ausgeführt wird. Eine kürzere Dauer von 10 bis 15 Minuten ist in der Regel erforderlich, wenn keine Gegenelektrode operativ platziert wird.

Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie Sie eine permanente Elektrode platzieren, die für die verschiedenen NEBS-Simulationstechniken eingerichtet ist, und wie Sie eine eTS bei alarmierenden Nagetieren anwenden. Vergessen Sie nicht, dass die Arbeit mit elektrischen Strömen für den Nager schädlich sein kann, wenn die Elektroden vor der Stimulation nicht ausreichend vorbereitet werden. Vorsichtsmaßnahmen wie die erneute Chlorierung der Elektrode vor der kathodalen Stimulation oder die Entfernung der Ablagerungen vor der anodalen Stimulation sollten immer vor der Durchführung dieses Verfahrens getroffen werden.