Ce rapport décrit la construction et l’utilisation d’un coussin chauffant portable peu coûteux et facile à assembler pour les petits mammifères anesthésiés.
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Ce rapport décrit la construction et l’utilisation d’un coussin chauffant portable peu coûteux et facile à assembler pour les petits mammifères anesthésiés.
L’anesthésie diminue la température corporelle centrale, ce qui compromet gravement l’état physiologique d’un animal de laboratoire. Il est important de noter que l’hypothermie modifie de nombreux aspects de la fonction neuronale. Lors de l’enregistrement de l’activité du système nerveux chez les animaux anesthésiés, la température centrale de l’animal doit être stabilisée. Bien que des coussins chauffants commerciaux pour petits animaux soient facilement disponibles, ils sont généralement coûteux, un peu encombrants et nécessitent des cordons d’alimentation et une source 120/240V. Par conséquent, le transport d’un animal anesthésié d’un endroit (p. ex., salle d’opération) à un autre (p. ex., appareil d’imagerie) implique le déplacement des cordons d’alimentation. De plus, les appareils commerciaux ne sont pas toujours compatibles avec les cadres stéréotaxiques personnalisés, les platines de microscope ou les boîtes de maintien. Ce rapport décrit un coussin chauffant peu coûteux, alimenté par batterie et à température contrôlée pour les souris et les rats et documente sa validité et son utilité. L’appareil surveille en permanence la température centrale d’un animal et ajuste automatiquement le coussin chauffant pour maintenir la normothermie. Il peut être construit en moins de 30 minutes, les composants sont facilement disponibles et le coût est inférieur à 100 $. L’appareil est portable, ce qui le rend pratique pour les chercheurs qui effectuent des procédures telles que des préparations chirurgicales à un endroit et transportent l’animal anesthésié vers un autre endroit pour des enregistrements expérimentaux. L’appareil peut maintenir une souris anesthésiée ±0,7° normothermique pendant plus de 6 h sans chaleur supplémentaire (par exemple, une lampe chauffante), malgré une différence de >15° entre la température ambiante de la pièce et la température corporelle centrale. Ce rapport démontre comment le coussin chauffant peut être utilisé pour l’imagerie in vivo de l’activité neuronale pendant une période prolongée chez la souris.
Les méthodes actuelles d’étude de l’activité neuronale in vivo dans le cerveau de souris et de rats utilisent des techniques d’imagerie fonctionnelle sophistiquées et/ou des réseaux de multiélectrodes 1,2,3,4. Dans de nombreuses études de ce type, l’animal de laboratoire est sous sédation profonde ou dans un plan chirurgical d’anesthésie. Pourtant, il est bien connu que l’anesthésie incapacite la thermorégulation chez les animaux ; La température centrale d’un animal anesthésié chute rapidement. Par exemple, chez les rats et les souris, l’injection intrapéritonéale d’un anesthésique couramment utilisé, la kétamine, conduit rapidement à l’hypothermie 5,6,7. En effet, l’hypothermie complique l’anesthésie générale chez l’homme comme chez les rongeurs 8,9,10,11. Par conséquent, un dispositif permettant de maintenir la température corporelle centrale d’un animal est nécessaire pour un large éventail d’expériences sur des animaux anesthésiés 12,13,14,15,16,17,18.
L’hypothermie est un problème particulier en neurosciences. Les basses températures affectent le cerveau et les fonctions neuronales de plusieurs façons. L’hypothermie légère pendant l’anesthésie renforce la barrière hémato-encéphalique contre les agressions expérimentales telles que la perfusion avec des solutions hyperosmolaires19 ; L’hypothermie plus sévère perturbe la barrière hémato-encéphalique20. L’hypothermie réduit la vitesse de conduction nerveuse dans les nerfs central21 et périphérique22 et modifie de nombreux aspects de la transmission synaptique23,24 (cf. chez les animaux à sang froid25). De toute évidence, le maintien de la température corporelle centrale d’un animal de laboratoire est essentiel lors de l’étude de l’activité neuronale, soulignant l’importance d’une certaine forme de dispositif de réchauffement, en particulier pour les animaux anesthésiés.
Il existe plusieurs coussins chauffants disponibles dans le commerce pour les petits animaux, dont beaucoup comprennent des contrôleurs avec retour d’information de la sonde de température pour maintenir l’animal à une température centrale constante 26,27,28,29,30,31,32. Ces appareils commerciaux sont fiables et stables, mais souvent encombrants et coûteux. D’autres appareils de chauffage homéothermiques plus spécialisés pour les rongeurs ont été décrits, mais leur applicabilité à un usage général est limitée 33,34,35,36,37. De plus, les appareils de chauffage homéothermique couramment disponibles ont des alimentations qui doivent être branchées sur une prise de 120 V ou 240 V. Ces facteurs peuvent être limitatifs. L’exigence d’une alimentation 120/240 V peut être particulièrement vexante si un animal est préparé chirurgicalement pour l’expérimentation à un endroit différent de celui où l’enregistrement a lieu. Le transport de la préparation, même sur une courte distance, nécessite le déplacement d’un contrôleur/d’une alimentation et d’un cordon d’alimentation. De plus, les alimentations/contrôleurs pour les coussins chauffants peuvent introduire du bruit dans les enregistrements électrophysiologiques.
Dans des études utilisant l’imagerie fonctionnelle in vivo de l’activité des neurones sensoriels chez la souris, ces aggravations ont été surmontées en concevant un coussin chauffant homéothermique extrêmement peu coûteux, facile à construire et extrêmement portable. Ce coussin chauffant est alimenté par une petite batterie au lithium polymère (LiPo), comme celles utilisées pour alimenter les drones. La construction de cet appareil nécessite des compétences minimales. Toutes les pièces sont des articles prêts à l’emploi, facilement disponibles sur commande en ligne. Les seuls outils nécessaires sont un petit tournevis, un fer à souder et une pince coupante/dénudeuse. Le coût total est bien inférieur à 100 $ et l’ensemble de la construction prend moins de 30 min. La petite taille et la disposition flexible de ses composants rendent le coussin chauffant homéotherme facilement adaptable à un cadre stéréotaxique personnalisé, à des plates-formes d’enregistrement, à des cages d’observation ou, comme dans ce rapport, à la platine d’un microscope confocal vertical.
Bien que ce coussin chauffant homéothermique ait été largement utilisé pour l’imagerie calcique in vivo de l’activité neuronale dans les ganglions sensoriels crâniens exposés chirurgicalement38,39, toute étude utilisant de petits rongeurs sous sédation ou anesthésiés bénéficierait de ce dispositif. L’expérience a montré que, lorsqu’il est alimenté par des batteries LiPo complètement chargées, le coussin chauffant maintient la température corporelle centrale d’une souris anesthésiée stable pendant plus de 6 heures.
Tous les articles nécessaires à la construction du coussin chauffant sont disponibles dans le commerce. L’utilisation de souris et toutes les procédures animales décrites pour valider ce protocole ont été approuvées par le Comité institutionnel de protection et d’utilisation des animaux (IACUC) de l’Université de Miami, IPROTO202200000139. Les animaux utilisés pour tester et valider ce dispositif étaient des souris C57BL/6, de 18 à 30 g des deux sexes. Les souris spécifiquement destinées à l’imagerie calcique étaient des souris transgéniques qui exprimaient des GCaMP6 dans les neurones sensoriels. Les réactifs et l’équipement utilisés sont répertoriés dans la table des matériaux.
1. Outils d’assemblage
Les outils nécessaires comprenaient un petit tournevis plat (p. ex., une tête de 2 mm), un fer à souder et une coupe-fil/pince à dénuder.
2. Assemblage du coussin chauffant
Les éléments nécessaires à la construction ont été disposés (figure 1). Ceux-ci comprenaient (A) un coussin chauffant en silicone 12V 15W 50 mm x 100 mm (50 mm x 100 mm était une taille pratique pour les souris, tandis que les coussins chauffants en caoutchouc de silicone plus grands sont plus appropriés pour les rats) ; (B) thermistance à billes ; (C) JST-XH fiche d’équilibrage à 2 broches, connecteur mâle ; (D) connecteur JST 2 broches mâles avec fils 20 AWG ; (E) Batterie LiPo 7,4 V 1200 mAh ; (F) circuit du régulateur de température ; et (G) une courte longueur de fil de raccordement de 20 AWG.

Figure 1 : Disposition des pièces pour la construction de coussins chauffants homéothermiques. Ceux-ci comprenaient (A) un coussin chauffant en silicone 12V 15W 50 mm x 100 mm (50 mm x 100 mm était une taille pratique pour les souris, tandis que les coussins chauffants en caoutchouc de silicone plus grands sont plus appropriés pour les rats) ; (B) thermistance à billes ; (C) connecteur mâle de prise de prise d’équilibre à 2 broches JST-XH ; (D) connecteur JST 2 broches mâles avec fils 20 AWG ; (E) Batterie LiPo 7,4 V 1200 mAh ; (F) circuit du régulateur de température ; et (G) une courte longueur de fil de raccordement de 20 AWG. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Les deux fils du coussin chauffant en silicone ont été insérés dans les bornes #2 et #4 du circuit de contrôle de la température, et les vis des bornes ont été serrées comme le montre la figure 2. Les fils ont été étamés avant d’être fixés à la borne du tableau de commande.

Figure 2 : Le coussin chauffant en silicone est fixé au circuit de contrôle de la température. La sonde à thermistance fournie avec le circuit de contrôle de la température est illustrée ici. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Les fils de la prise JST mâle à 2 broches ont ensuite été fixés au circuit de régulation de la température, comme le montre la figure 3. Le fil rouge (positif) était connecté à la borne #1 et le fil noir (négatif) à la borne #2. Un cavalier de fil de raccordement court de 20 Ga a été ajouté entre les bornes #1 et #3 (Figure 3). Un court morceau de fil de raccordement a été récupéré des fils du coussin chauffant. Comme ci-dessus, les fils ont été étamés avant d’être fixés dans la borne de la carte de commande.

Figure 3 : Les fils de la fiche JST sont fixés aux bornes 1 et 2 du circuit de régulation de la température. Le fil rouge (positif) doit être connecté à la borne 1 et le fil noir (négatif) à la borne 2. Les bornes 1 et 3 sont reliées par un court fil de raccordement. Par souci de clarté, les raccords des coussins chauffants en silicone (Figure 2) ne sont pas illustrés. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
3. Configuration de la thermistance et de la sonde
Les fils de la prise JST-XH ont été soudés à la thermistance à billes. Il est important de noter que les fils de la thermistance et les joints de soudure ont été soigneusement isolés avec une gaine thermorétractable pour éviter de court-circuiter la thermistance. La sonde de thermistance livrée avec le régulateur de température a été débranchée, retirée et remplacée par la sonde de thermistance à billes, comme le montre la figure 4. La thermistance à billes servait de sonde thermique rectale pour surveiller la température centrale de la souris ou du rat.

Figure 4 : Préparation de la sonde thermique rectale. (A) La prise JST-HX est soudée à la thermistance à billes. (B) La sonde de thermistance fournie avec le régulateur de température est retirée. (C) Le fil de la thermistance à billes est branché sur le contrôleur. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
4. Intégration finale et montage
La construction est terminée ( figure 5). L’appareil était prêt à l’emploi et pouvait être monté sur une plate-forme appropriée pour l’expérimentation. La batterie LiPo a été branchée sur la prise JST pour alimenter le contrôleur. La figure 5 montre un exemple d’unité entièrement opérationnelle. Dans certains cas, le circuit du régulateur de température était monté sur de grandes entretoises (par exemple, des vis en nylon #6 de 1 po) fixées aux quatre coins. De cette manière, la batterie LiPo 7,4 V s’insère parfaitement et confortablement sous le circuit du régulateur de température.

Figure 5 : Un dispositif de coussin chauffant homéothermique entièrement terminé, fonctionnant dans une pièce à température ambiante de 22 °C. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
5. Fonctionnement et utilisation de l’appareil
Pour faire fonctionner le coussin chauffant homéothermique, une petite quantité de vaseline a été placée sur la thermistance à billes, qui a ensuite été doucement insérée dans le rectum d’une souris anesthésiée ou sous sédation. Pour ce rapport, des souris de 18 à 30 g ont été anesthésiées avec de la kétamine/xylazine (80 mg/kg de kétamine et 10 mg/kg de xylazine) avec des doses de rappel ultérieures de kétamine pour maintenir un plan chirurgical d’anesthésie. Les fils de la thermistance ont été fixés à la queue de l’animal pour éviter que la sonde ne se déloge. L’animal a été placé couché sur le coussin chauffant en silicone. L’appareil était alimenté par le branchement de la batterie LiPo 7,4 V. Le bouton Set du contrôleur de thermostat a été enfoncé. « H » (chauffage) est apparu à côté de la température réglée. Le bouton Set a été enfoncé une fois de plus pour activer le réglage de la température. Vous avez appuyé sur le bouton Haut ou Bas pour modifier la température réglée selon les spécifications souhaitées. Par exemple, une température de consigne de 37° a été utilisée. Le bouton Set a été maintenu enfoncé pendant 3 s (ou aucun bouton n’a été enfoncé pendant 6 s), et l’appareil est alors devenu pleinement opérationnel. Les instructions de réglage de la température ont également été incluses dans la fiche technique fournie avec le circuit du régulateur de température.
Lorsque la température centrale de l’animal était inférieure à la température réglée (p. ex., 37°), le relais alimentant le coussin chauffant en silicone se fermait. Le courant a été délivré au coussin chauffant en silicone, le voyant rouge s’est allumé et le coussin en silicone a commencé à se réchauffer jusqu’à ce que la sonde rectale dépasse la température réglée d’une quantité définie (« hystérésis » ; le réglage d’usine était de 0,5°). Lorsque la sonde rectale a dépassé la température réglée plus l’hystérésis (dans cet exemple, 37,5°), le relais s’est ouvert, le voyant rouge s’est éteint, le coussin chauffant en silicone a été coupé et le coussin chauffant et l’animal ont commencé à refroidir (en supposant une température ambiante ambiante < 37,5°). Lorsque la sonde rectale est tombée à la température réglée moins l’hystérésis (par exemple, 36,5°), le relais s’est fermé et l’alimentation a été à nouveau fournie au coussin chauffant en silicone pour réchauffer l’animal. L’hystérésis peut être réglée en appuyant trois fois sur le bouton Set et en utilisant les boutons Haut ou Bas . Des instructions plus détaillées pour l’utilisation du régulateur de température ont été fournies avec l’appareil, y compris un contrôle d’interface série, si cela intéressait les utilisateurs.
6. Procédures de suivi
À la fin des expériences décrites dans ce rapport, des souris ont été euthanasiées sans cruauté avec une surdose de kétamine, du CO2 et une luxation cervicale. Plus précisément, les animaux ont reçu une injection de dose de kétamine 2x, suivie de CO2 à partir d’une bouteille pressurisée délivrée à 10 SCFH (pieds cubes standard par heure), et enfin, d’une luxation cervicale.
Deux méthodes ont été évaluées et validées : le coussin chauffant homéothermique.
Tout d’abord, dans un test analytique critique de l’appareil, une petite souris mâle (18,5 g) a été maintenue sous anesthésie profonde pendant 6 heures sur le coussin chauffant dans un environnement relativement frais. Plus précisément, la souris a reçu une injection d’un mélange de kétamine/xylazine (80 mg/kg de kétamine et 10 mg/kg de xylazine) et a été maintenue sur le coussin chauffant à l’air libre, sans couvercle, dans une pièce climatisée (température ambiante, 20,3°). Des injections de rappel de kétamine ont été administrées au besoin pour maintenir la souris dans un plan chirurgical d’anesthésie. La souris a maintenu un rythme respiratoire normal pendant les 6 heures, variant d’un minimum estimé de 110/min à un maximum de 215/min, en fonction du temps écoulé après l’injection de rappel de kétamine (compatible avec l’effet connu de la kétamine sur la respiration). La température centrale de l’animal a été surveillée à l’aide de la sonde à thermistance à billes de l’appareil et, indépendamment, à l’aide d’une sonde rectale RET-4 commerciale (Physitemp) insérée en parallèle avec la sonde à thermistance à billes. De plus, un enregistrement de la température de surface du coussin chauffant en caoutchouc de silicone directement sous la souris anesthésiée a été conservé. Le contrôleur était réglé à 35°. Les données indiquent que la température centrale de la souris a varié de moins de 1,3° au cours des 6 h, malgré la différence de 15° entre la température ambiante de la pièce (20°) et la température centrale réglée (35°) (Figure 6). Il est important de noter que la température centrale de la souris est restée à 35±0,6° sans aucun dispositif de réchauffement supplémentaire (lampe chauffante, couverture, etc.). La batterie LiPo a été changée une fois sur la période de 6 h.

Figure 6 : Validation d’un coussin chauffant homéothermique. Une souris anesthésiée a été maintenue sur une plate-forme dans une pièce ouverte (température ambiante, 20 °C) sans aucune autre source de chaleur pendant 6 h. L’appareil a été réglé pour maintenir la température centrale de la souris à 35 °C. (A) La configuration expérimentale. (B) les températures enregistrées par la sonde à thermistance à billes rectales de l’appareil (représentées par des points rouges) ; par une sonde rectale RET-4 (Physitemp) indépendante (représentée par des points violets) ; et par une sonde de température séparée placée sur le coussin chauffant en silicone sous la souris (représenté par des cercles à corps noir, des points). Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Deuxièmement, le coussin chauffant alimenté par batterie est largement utilisé pour l’imagerie calcique confocale à balayage in vivo de l’activité des ganglions sensoriels chez les souris transgéniques qui expriment les GCaMP6 dans les neurones sensoriels38,39. Les expériences durent généralement 6 heures ou plus, la souris restant dans un plan chirurgical d’anesthésie pendant toute la durée. L’expérience a montré que le maintien de la température centrale de la souris à 31,5 °C pendant la préparation chirurgicale et l’imagerie est optimal. La préparation chirurgicale consiste à exposer unilatéralement les ganglions trijumeaux et/ou géniculés chez des souris profondément anesthésiées. Cette chirurgie est réalisée dans une pièce séparée de celle où se déroule l’imagerie, nécessitant le transport de la souris anesthésiée fixée sur un appareil stéréotaxique construit sur mesure avec le coussin chauffant attaché sur une distance d’environ 40 m. La température ambiante de la pièce varie de 20 à 24 °C. La température centrale de la souris, mesurée par la sonde de température rectale de l’appareil (thermistance à billes), est toujours restée constante et l’animal est resté dans un état physiologique stable tout au long des 6+ h sans aucun chauffage auxiliaire. L’activité neuronale est restée robuste (Figure 7), validant la fiabilité du coussin chauffant alimenté par batterie pour maintenir l’animal normothermique.

Figure 7 : Coussinet chauffant utilisé lors de l’imagerie in vivo de l’activité neuronale. Le coussin chauffant maintient la température centrale d’une souris anesthésiée stable et permet des enregistrements robustes et fiables de l’activité neuronale pendant plusieurs heures. (A) Vue montrant la souris posée sur le coussin chauffant, la tête stabilisée à l’aide d’un support sur mesure sous l’objectif longue distance 20x d’un microscope confocal. Comme illustré ici, la température centrale de la souris est maintenue à 31,5 °C pour l’imagerie. Un laser à balayage (488 nm) illumine le ganglion géniculé exposé chirurgicalement et image l’activité évoquée par le goût dans les neurones sensoriels gustatifs qui expriment le rapporteur sensible au calcium, GCaMP6s. Le grand collecteur blanc (en bas à droite) guide les stimuli gustatifs dans la cavité buccale. (B) Exemples représentatifs de 5 neurones ganglionnaires géniculés montrant des réponses évoquées par le goût (changement de la fluorescence de GCaMP6s, ΔF/F) après une présentation en 5 s d’une solution de saccharose de 300 mM dans la cavité buccale. Ces réponses ont été imagées au début de l’expérience. Les coches sur la ligne rouge indiquent l’administration d’un stimulus. (C) Exemples de réponses de 5 neurones ganglionnaires différents enregistrés 6 h plus tard. La souris avait été maintenue sur le coussin chauffant dans un plan chirurgical d’anesthésie pendant tout ce temps. Les amplitudes, les durées et les latences des réponses évoquées par le goût sont remarquablement similaires à celles enregistrées plusieurs heures plus tôt. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.
Ces tests valident le contrôleur homéotherme et établissent fermement la capacité du dispositif à coussin chauffant à maintenir un rongeur anesthésié à une température centrale constante pendant de longues périodes.
DISPONIBILITÉ DES DONNÉES :
Les tableaux de données complets des figures 6 et 7 sont inclus dans le fichier supplémentaire 1.
Dossier supplémentaire 1 : Tableaux de données pour les figures 6 et 7. Veuillez cliquer ici pour télécharger ce fichier.
Ce rapport décrivait un petit coussin chauffant homéotherme portable alimenté par batterie pour maintenir la normothermie chez les souris et les rats anesthésiés. Cet appareil a maintenu la température corporelle centrale de souris profondément anesthésiées stable pendant plusieurs heures sans aucune source de chauffage supplémentaire, malgré un grand écart entre la température ambiante et la température corporelle centrale. L’utilité de ce coussin chauffant pour l’imagerie confocale in vivo de l’activité des ganglions crâniens chez la souris a été illustrée.
Tous les composants de l’appareil sont disponibles en ligne. Le coût total de tous les composants est inférieur à 100 $. Les outils couramment disponibles sont utilisés pour construire l’unité. Aucune compétence spécialisée, à l’exception de la soudure rudimentaire, n’est requise pour construire le dispositif. Le coussin chauffant est alimenté par une batterie LiPo de grande capacité, couramment utilisée pour les drones. Enfin, l’ensemble de l’appareil peut être assemblé en moins de 30 min lorsque les pièces sont disposées comme décrit. Ce petit coussin chauffant homéotherme alimenté par batterie est particulièrement utile pour les situations expérimentales où des animaux anesthésiés sont préparés sur un site (comme une salle d’opération) et transportés vers un autre (comme un banc d’imagerie) pour des procédures expérimentales. Étant donné que l’appareil est alimenté par batterie, il n’y a pas de câbles d’alimentation à déconnecter ni d’unité de thermocontrôleur séparée à déplacer. De plus, étant alimenté par batterie, il ne génère pas de bruit électrique pour les enregistrements électrophysiologiques, un problème lancinant avec les appareils commerciaux alimentés en 120/240 V. Enfin, le coussin chauffant peut être facilement adapté à des cadres stéréotaxiques sur mesure, à des boîtes de maintien, à des cages d’animaux ou à d’autres situations.
La principale limitation du coussin chauffant thermique est que la charge de la batterie LiPo peut ne pas durer la durée d’une expérience. En règle générale, une batterie de 1200 mAh complètement chargée alimente l’appareil pendant 4 à 6 h, en fonction de la différence de température entre l’animal et la pièce. Une solution simple est d’avoir une batterie de secours à portée de main, et/ou d’utiliser une batterie LiPo de plus grande capacité de 2200 mAh.
Malgré sa facilité de construction et sa commodité, cet appareil présente des pièges. Les batteries LiPo telles que celles utilisées pour alimenter le coussin chauffant peuvent être dangereuses 40,41. Même si elles sont couramment utilisées pour alimenter des drones et des jouets, les batteries LiPo présentent certains risques. Notamment, la surcharge des batteries LiPo est un risque d’incendie sérieux42. Les utilisateurs sont avertis de ne pas laisser la batterie LiPo en charge pendant la nuit ou plus longtemps. Une autre préoccupation est la possibilité de court-circuiter accidentellement la batterie pendant la construction en connectant par inadvertance les bornes 1 et 2 avec le fil de raccordement court (Figure 3). En outre, il est essentiel de maintenir la polarité correcte sur les fils du connecteur de la batterie de sorte que le fil rouge (positif) soit attaché à la borne 1 et le fil noir (négatif) soit attaché à la borne 2 (Figure 3) du circuit de contrôle de la température. L’inversion de la polarité peut détruire le circuit électrique. Enfin, les utilisateurs sont invités à étamer les fils avant de les insérer dans le circuit de contrôle de la température. Cela aidera à empêcher les fils de se retirer accidentellement pendant l’utilisation.
En résumé, le coussin chauffant homéothermique alimenté par batterie décrit ici bénéficiera grandement aux études utilisant des souris ou des rats anesthésiés.
Ce travail a été soutenu par les subventions des National Institutes of Health numéros DC018733 et DC017303
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