Chronische Transkraniellen Elektrostimulation und Intracortical Aufnahme bei Ratten

Das übergeordnete Ziel dieses Verfahrens ist es, ein Schritt-für-Schritt-Protokoll zur Herstellung und Implantation chronischer transkranieller Stimulationselektroden zu zeigen. Diese Methode kann helfen, Schlüsselfragen im Bereich der Neurostimulation zu beantworten, wie z.B. die Langzeitwirkungen der zeitlich gezielten diffusen transkraniellen Elektrostimulation. Der Hauptvorteil dieser Technik besteht darin, dass diese Methode aufgrund der geringen Größe des Implantats mit regulären elektrophysiologischen optogenetischen und bildgebenden Verfahren bei frei beweglichen Tieren kombiniert werden kann.

Die Implikationen dieser Technik konzentrieren sich auf die Therapie von Epilepsie, Depressionen und anderen neuropsychologischen Störungen, da sie in der Lage ist, große Gehirnnetzwerke sofort zu beeinflussen. Um eine Stimulationselektrode herzustellen, schneiden Sie sechs 10 Zentimeter lange Stücke Miniatur-Anschlussdrähte ab. Entfernen Sie zwei Zentimeter der Verkleidung an einem Ende und einen Zentimeter am anderen Ende.

Als nächstes verdrehst du zwei Kabel miteinander und lötest sie mit der kürzeren geschälten Seite an. Erwerben Sie anschließend einen Streifen mit drei Bandverpackungen für einen integrierten Schaltkreis mit SOT-353-Gehäuse. Nähen Sie die verdrillten Drähte durch die drei Löcher der Verpackung.

Das längere geschälte Segment der Drähte sollte sich in den Hohlräumen der Verpackung befinden. Positionieren Sie das Kabel so, dass das Ende der Isolierung mit dem Rand der Löcher übereinstimmt. Tragen Sie dann Zahnzement auf die Löcher auf, um die Drähte zu fixieren.

Sobald der Zement erstarrt ist, drehen Sie die Packung um, um eine dünne Schicht Sekundenkleber in das Loch einzubringen, um eine wasserartige Abdichtung zum porösen Zement hin zu bilden. Vermeiden Sie es, die abgezogenen Drähte zu kleben. Verdrehen Sie danach die Kabel auf der kürzeren geschälten Seite zusammen und löten Sie sie.

Fassen Sie das längere geschälte Segment der Drähte mit der Spitze einer feinen Pinzette. Rollen Sie sie herum und wickeln Sie sie in die Hohlräume. Schneiden Sie bei Bedarf überschüssiges Kabel ab.

Um eine Triplet-Elektrode herzustellen, schneiden Sie mit einer Hochgeschwindigkeits-Rotationssäge ein ein Zentimeter langes Stück Edelstahlrohr ab. Entfernen Sie die Finne mit einer scharfen Nadel von den Enden des Rohres und stellen Sie sicher, dass das Rohr frei von Schmutz und vollständig durchlässig ist. Biegen Sie den vergoldeten Distanzstift aus Platine mit der Mindestlänge von drei Zentimetern zu einer J-förmigen Halterung.

Schneiden Sie den längeren Schenkel der J-Form ab und löten Sie ihn zusammen, um die ursprüngliche Form wiederherzustellen und eine lösbare Verbindung zwischen dem langen linearen Teil, der von der stereotaktischen Vorrichtung gehalten wird, und der U-Form, die die Elektrode hält und als Verankerungspunkt dient, herzustellen. Anschließend kleben Sie die Tube und das kürzere Bein des J-Halters zusammen. Kleben Sie bei Bedarf noch ein paar Zentimeter lange Stäbe auf, um die Stabilität zu gewährleisten.

Schneiden Sie anschließend drei Stücke 2,5 Zentimeter lange Elektrodendrähte mit einer ultrafeinen Schere aus Edelstahl ab. Stellen Sie sicher, dass es sich um einen klaren und scharfen Schnitt handelt und die Isolierung an der kreisförmigen Oberfläche des Elektrodendrahts intakt ist. Achten Sie außerdem darauf, dass die Schnittspitze durch die ausgeübte Kraft nicht verbogen wird.

Biegen Sie an jedem Ende der Drähte einen oder zwei Millimeter in verschiedenen Winkeln, um sie unterscheidbar zu machen. Füllen Sie anschließend das Rohr mit den Drähten und wählen Sie einen geeigneten Abstand der Elektroden für das Experiment. Notieren Sie, welcher Draht welcher Tiefe entspricht, um eine korrekte Kanalreihenfolge beizubehalten.

Sobald die Drähte direkt nebeneinander ausgerichtet und parallel zum Schlauch sind, fixieren Sie die Elektrodendrähte, indem Sie mit einer scharfen Nadel einen einzelnen Tropfen flüssigen Sekundenkleber an beide Enden des Schlauchs geben. Achten Sie darauf, dass der Kleber aufgrund der Kapillarwirkung in die Tube fließt, aber nicht in Richtung der Aufnahmestellen an den hervorstehenden Enden. Bereiten Sie eine Elektroden-Schnittstellenplatine mit einem geeigneten Mikrostecker vor, der mit einem zu verwendenden Aufnahmesystem kompatibel ist.

Führen Sie dann die gebogenen Enden der Drähte in die Löcher der Elektroden-Schnittstellenplatine ein, die dem gewünschten Aufnahmekanal entsprechen. Wenn alle Drähte in Position sind, schiebe die goldenen Stecknadeln mit einer Pinzette in die Löcher. Bei diesem Verfahren entfernen Sie mit einer Haarschneidemaschine die meisten Haare von der Kopfhaut des Tieres.

Tragen Sie anschließend Enthaarungscreme auf die Kopfhaut auf. Verteilen Sie es gleichmäßig auf der Oberfläche und warten Sie einige Minuten. Verwenden Sie einen Spatel, um die Creme und die restlichen Haare vorsichtig zu entfernen.

Spülen Sie die Haut mit Desinfektionsmittel ab. Injizieren Sie 1 bis 2% Lidocain subkutan, um die Haut zu betäuben. Tragen Sie dann einen einzigen Tropfen Tierarztsalbe auf jedes Auge auf.

Machen Sie einen gründlichen und einen langen sagittalen Schnitt entlang der Mittellinie mit einem Skalpell von der Stirn bis zum Hals. Präparieren Sie anschließend das Gewebe einschließlich des Periosts vom Schädel. Reinigen Sie dann mit einem Meißel oder einer Zahnzange den Bereich zwischen den Crista der beiden Schläfenknochen.

Halten Sie den Schädel frei, indem Sie die präparierte Haut mit vier Bulldoggen zurückziehen. Platzieren Sie die feine Pinzette vorsichtig zwischen dem steilen Rand des Schläfenbeins und den Muskeln und trennen Sie diese. Machen Sie wackelnde Bewegungen, um so viel wie möglich von der großen Oberfläche des Schläfenbeins freizulegen, vorzugsweise vom Rand des Hinterhauptbeins bis zur Ebene der koronalen Nähte, ohne die Muskeln zu beschädigen.

Platzieren Sie anschließend die Retraktoren bitemporal, um die Schläfenknochen freizulegen. Spülen Sie die Oberfläche des Schädels mit ein bis zwei Millilitern 3%igem Wasserstoffperoxid ab. Waschen Sie es dann sehr vorsichtig mit ein bis zwei Millilitern Wasser und lassen Sie die Oberfläche der Schläfenknochen die Feuchtigkeit mit Augenstäbchen aufwischen.

Testen Sie anschließend, ob die Stimulationselektroden auf die gereinigte vertikale Schädeloberfläche passen. Die Oberkante der Stimulationselektrode sollte in einer Linie mit der Kante der Crista des Schläfenbeins liegen. Stellen Sie die Bulldoggen und die Retraktoren neu ein oder formen Sie die Stimulationselektroden mit einer Schere, falls erforderlich.

Füllen Sie anschließend die Hohlräume der Stimulationselektroden mit elektrisch leitfähigem Gel. Und tragen Sie eine dünne Schicht Kleber auf den Rand der Elektroden auf. Legen Sie die Stimulationselektrode mit einer präzisen Bewegung auf die trockene Oberfläche des Schläfenbeins und halten Sie sie eine Minute lang mit einer feinen Pinzette fest an Ort und Stelle.

Achten Sie darauf, dass keine Feuchtigkeit mit dem Kleber in Berührung kommt, und wischen Sie ihn bei Bedarf mit Okularstiften auf. Achten Sie darauf, dass die Stimulationselektrode gleichmäßig mit dem trockenen Schläfenbein verklebt ist. Wischen Sie die Feuchtigkeit häufig ab und ziehen Sie das umgebende Gewebe vorsichtig zurück.

Bitten Sie bei Bedarf um Hilfe. Tragen Sie danach Zahnzement auf die Ränder der Stimulationselektrode auf, während die austretende Feuchtigkeit des Gewebes kontinuierlich mit Okularstäbchen getrocknet wird. Decken Sie die gesamte Stimulationselektrode mit Zement ab.

Nachdem der Zement vollständig ausgehärtet ist, wiederholen Sie diese Schritte auf der kontralateralen Seite. Bohren Sie anschließend mit einem Bohrkopf mit einem 10 % kleineren Durchmesser im Vergleich zum Schraubendurchmesser einige Löcher über den gesamten Schädel, um die Schrauben zu verankern. Treiben Sie Miniaturschrauben in die Löcher und tragen Sie Zahnzement darüber auf.

Fahren Sie dann mit der Implantation der Aufzeichnungselektroden fort. Löten Sie die Verbinder und verankern Sie sie am Ende mit dem Konstrukt. Waschen Sie anschließend die freiliegenden Tücher reichlich mit Desinfektionsmittel.

Injizieren Sie 1 bis 2% Lidocain subkutan. Um dann Wundränder zu züchten, umschließen Sie sie mit einfachen unterbrochenen Nähten um das Konnektorimplantat. Desinfizieren Sie anschließend die Wunde mit Povidon-Jod.

Hier zeigen wir die repräsentativen Ergebnisse eines geschlossenen epileptischen Anfallserkennungs- und Interventionssystems, das an Long-Evans-Ratten angewendet wurde, die spontane Anfälle exprimierten. Es ist bekannt, dass dieser Zug die Verhaltenssymptome in elektrographischen Mustern der Absence-Epilepsie zeigt, die als Spike- und Wellenentladung bezeichnet werden. Hier sind die LFP-Spuren der Anfallsintervention dargestellt, die die stabile Leistung der zeitlich gezielten Stimuli bei der Unterbrechung von Anfällen für 16 Wochen zeigen.

Dies zeigt die Robustheit und Zuverlässigkeit der implantierten Stimulationselektroden. Um diese Ergebnisse in einen Kontext zu setzen, hier die Aufzeichnung eines abgebrochenen Experiments, bei dem sekundäres Gewebe zwischen dem Schläfenbein und der Elektrodenoberfläche aufgrund der unsachgemäßen Versiegelung und Zementierung der Elektroden wuchs. Nachdem Sie sich dieses Video angesehen haben, sollten Sie ein gutes Verständnis dafür haben, wie transkranielle Stimulationselektroden implantiert werden.

Im Anschluss an dieses Verfahren können andere Methoden wie die Implantation von Aufzeichnungselektroden oder Schädelfenstern durchgeführt werden, um verschiedene Modalitäten während der Stimulation aufzuzeichnen.