Colocación de electrodos estimulantes extracraneales y medición del flujo sanguíneo cerebral y campos eléctricos intracraneales en ratones anestesiados

Simone Degan; Yu Feng; Ulrike Hoffmann; Dennis  A. Turner

doi:10.3791/65195

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Artículo de método

Colocación de electrodos estimulantes extracraneales y medición del flujo sanguíneo cerebral y campos eléctricos intracraneales en ratones anestesiados

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DOI:

10.3791/65195

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2 de junio de 2023

Simone Degan¹ , Yu Feng¹ , Ulrike Hoffmann² , Dennis A. Turner¹^,³^,⁴^,⁵

¹Department of Neurosurgery, Duke University Medical Center, ²Department of Anesthesiology and Pain Management, University Texas Southwestern Medical School, ³Department of Neurobiology, Duke University Medical Center, ⁴Department of Biomedical Engineering, Duke University, ⁵Research and Surgery Services, Durham VA Medical Center

En este artículo

Resumen

Describimos un protocolo para evaluar las curvas dosis-respuesta para la estimulación extracraneal en términos de medidas del campo eléctrico cerebral y un biomarcador relevante: flujo sanguíneo cerebral. Dado que este protocolo implica la colocación de electrodos invasivos en el cerebro, se necesita anestesia general, y se prefiere la respiración espontánea en lugar de la respiración controlada.

Resumen

La detección de las respuestas del flujo sanguíneo cerebral (CBF) a diversas formas de activación neuronal es fundamental para comprender la función cerebral dinámica y las variaciones en el suministro de sustrato al cerebro. En este artículo se describe un protocolo para medir las respuestas de CBF a la estimulación transcraneal de corriente alterna (tACS). Las curvas dosis-respuesta se estiman tanto a partir del cambio de CBF que se produce con tACS (mA) como del campo eléctrico intracraneal (mV/mm). Estimamos el campo eléctrico intracraneal en función de las diferentes amplitudes medidas por microelectrodos de vidrio dentro de cada lado del cerebro. En este artículo, describimos la configuración experimental, que implica el uso de sondas Doppler láser (LD) bilaterales o imágenes de moteado láser (LSI) para medir el CBF; Como resultado, esta configuración requiere anestesia para la colocación y estabilidad del electrodo. Presentamos una correlación entre la respuesta de CBF y la corriente en función de la edad, mostrando una respuesta significativamente mayor a corrientes más altas (1,5 mA y 2,0 mA) en animales control jóvenes (12-14 semanas) en comparación con animales mayores (28-32 semanas) (p < 0,005 de diferencia). También demostramos una respuesta significativa de CBF a intensidades de campo eléctrico <5 mV/mm, lo cual es una consideración importante para eventuales estudios en humanos. Estas respuestas de CBF también están fuertemente influenciadas por el uso de anestesia en comparación con los animales despiertos, el control de la respiración (es decir, respiración intubada vs. espontánea), factores sistémicos (es decir, CO₂) y la conducción local dentro de los vasos sanguíneos, que está mediada por pericitos y células endoteliales. Del mismo modo, las técnicas de imagen/grabación más detalladas pueden limitar el tamaño del campo de todo el cerebro a solo una pequeña región. Describimos el uso de electrodos extracraneales para la aplicación de la estimulación con tACS, incluyendo diseños de electrodos caseros y comerciales para roedores, la medición concurrente del CBF y el campo eléctrico intracraneal utilizando electrodos bilaterales de registro de CC de vidrio, y los enfoques de imagen. Actualmente estamos aplicando estas técnicas para implementar un formato de circuito cerrado para aumentar el CBF en modelos animales de enfermedad de Alzheimer y accidente cerebrovascular.

Introducción

La estimulación eléctrica transcraneal (tES; con estimulación de onda sinusoidal, tACS) es un abordaje común, externo y no invasivo para la neuromodulación cerebral ^1,2. Anteriormente, planteamos la hipótesis de que a ciertas dosis, la tES (y en particular la tACS) puede aumentar el flujo sanguíneo cerebral (CBF) en las regiones cerebrales subyacentes³. Además, puede existir una relación dosis-respuesta entre la corriente externa aplicada o el campo eléctrico intracraneal y las respuestas de CBF resultantes. Sin embargo, la mayoría de los protocolos de estimulación clínica se han centra....