反復経頭蓋磁気刺激を用いたラットの皮質興奮性の調節

要約

出典: Beom, J., et al.ラット脳の片側半球への反復経頭蓋磁気刺激J. Vis. 経験。(2016年)

このビデオは、麻酔をかけたラットにおける皮質興奮性を調節するための反復経頭蓋磁気刺激 (rTMS) の適用を示しています。この手順では、ベースライン刺激を確立するための運動閾値 (MT) を決定し、その後、MT を超える強度で rTMS を適用してニューロンの脱分極を誘導します。この刺激はカルシウムの流入を引き起こし、神経栄養因子の生成を促進し、シナプスの可塑性を高め、最終的に皮質の興奮性に影響を与えます。

プロトコル

動物モデルを含むすべての手順は、地元の施設動物管理委員会とJoVE獣医審査委員会によって審査されています。

1. 実験セットアップ

1. 動物の準備
   1. 実験を開始する前に、雄のスプレイグ・ドーリー・ラットに新しい環境に適応するまで1週間待ちます。
      注:本研究では生後8週間のラットを使用しましたが、研究仮説に従って、発達中の脳または成体の脳を選択できます。
2. 導入のための吸入麻酔
   チャン
   1. バーとノーズコーンを介して、それぞれ 5% および 2% のイソフルランを 40%/60% および 25%/75% の酸素/窒素に溶解して麻酔を誘導および維持します。適切な麻酔を確認するために、つま先をつまむためのペダル引き抜き反射を廃止するレベルまで麻酔の深さを調整します。
      注:目覚めている動物を使用することは、翻訳用語ではより良い選択になる可能性がありますが、rTMS中の拘束は困難であり、過度のストレスを受ける傾向があります。
   2. 直腸プローブで体温を監視し、恒温ブランケットを使用して体温を37°Cに維持します。ペダル引き抜き反射、体温、呼吸数、心拍数を使用して麻酔の深さを監視します。
3. メンテナンスのために静脈麻酔に切り替えます
   1. アルコール綿棒で尾を準備します。静脈内(IV)麻酔に移行するために、24ゲージの静脈カテーテルで外側尾静脈にカテーテルを挿入します(図1A)。プロポフォールを動物に静脈内投与します(10 mg / mlエマルジョンを使用、10分間にわたって1 mg / [kg・min])。プロポフォールの負荷を開始してから5分後にイソフルランを中止します。
   2. 以前の研究と同様に、実験全体を通して500〜700μg/(kg・min)の注入速度でプロポフォール鎮静を維持します。ノーズコーンを介して0.8 L / minで酸素を補給します。
      注:プロポフォールによる麻酔は、吸入剤による皮質興奮性の潜在的な抑制を減らすことです。ただし、rTMS実験では麻酔は必須ではなく、覚醒した動物も使用できます。麻酔方法は、研究仮説を考慮して決定する必要があります。
   3. 麻酔下での乾燥を防ぐために、目に動物用軟膏を使用してください。
   4. IV 麻酔への完全な移行から 10 分後に磁気刺激 (セクション 2 を参照) を適用します。
4. 回復条件
   1. 回復段階でバイタルサインを監視します。動物が胸骨の横臥を維持するのに十分な意識を取り戻すまで、動物を放置しないでください。動物が手術を受けた場合は、完全に回復するまで他の動物の会社に戻さないでください。
      注:疾患モデルの手術を行う場合は、術後の疼痛管理が必要です。ただし、この rTMS 実験では疼痛管理は必要ありません。

2. 反復経頭蓋磁気刺激

1. 刺激装置とコイル
   1. 25 mm の 8 の字コイルを介して二相性刺激を供給する反復刺激装置を使用して刺激を加えます。コイルの中心を両耳介線上の頂点の横方向に0.5 cm配置し、コイルを地面に対して45°角度付けます。
      注:コイルの最大磁場強度は4.0Tです。磁気コイルは内蔵ホルダーにしっかりと取り付けられています。
2. モーターしきい値
   コ
   1. イルの中心を両耳介線上の頂点の横方向に 0.5 cm 配置し、表面を頭蓋骨に平らにして、ホット スポットでのモーターしきい値 (MT) を決定します。これは、以前の研究で使用されたのと同じ方法論です。
      注: MT は、10 回の連続した刺激によって反対側の前足に 5 回以上の触知可能な収縮を引き起こす最小刺激強度として定義します。刺激が主に対側の筋肉収縮を引き起こしているかどうかを確認し、片側の刺激を確実にします。
3. rTMS
   1. 深部麻酔の安定化から 10 分後に rTMS を適用します。コイルの中心を、研究課題に応じて大脳皮質から選択されたターゲット rTMS 部位に配置します。次に、コイルを傾けて、刺激点でコイル中心と頭蓋骨の表面が直接接触するようにします。
      注:たとえば、コイルを地面に対して45°角度付けて、対側皮質に対するrTMSの潜在的な直接的な影響を最小限に抑えます(図1Bおよび1C)。
   2. 動物を片側半球の 20 分間の rTMS セッションにさらします。ソフトウェア コンソールを使用して、低周波 (1 Hz)、高周波 (20 Hz)、または偽の刺激プロトコルで rTMS を配信し、刺激強度を MT の 100 - 110% に設定します。
   3. 休むことなく1Hzの刺激を行います。ソフトウェアコンソールを使用して、「1,200」ショットを「20」分入力します。20Hzの刺激の場合、2秒間の刺激と28秒間の休憩を行います。ソフトウェアコンソールを使用して、「1,600」ショットを「20」分入力します。
   4. 偽の刺激の場合は、コイルを頭蓋骨に対して垂直に(90°回転)傾け、コイルの端をヘッド表面から2cm離して配置します(図1D)。コイルホルダーをメイン装置にしっかりと固定します。実験中にコイルを手で持つ必要はありません。
      注:音響およびその他の非特異的な効果を補うために、個別の刺激プロトコルに個別の偽プロトコルを使用する必要があります。たとえば、1 Hz の偽刺激は、1 Hz の rTMS 実験に使用できます。
4. コイルの冷却
   1. 水冷システムを使用して、1Hzおよび20Hzの刺激周波数で20分以上の反復磁気刺激を可能にします(図2)。実験中は、コイルまたは刺激装置の温度は監視されませんが、過熱を防ぐために、コイルの全長を囲む氷水を循環させます。
      注:市販の冷却ラットコイルも使用できます。
   2. 可能であれば、rTMSマシンの加熱ゲージを表示してコイル温度を監視します。
      注:rTMS刺激に関連する悪影響はありませんでした。ただし、刺激コイルの近くで金属製の耳識別タグを使用すると、火傷の危険性があります。

結果

図 1.実験的な設定。 静脈内カテーテルを外側尾静脈(矢印)に挿入し、イソフルランによる麻酔や、静脈内プロポフォールへの切り替え後の酸素補給にノーズコーンを使用します。(B) rTMS 中の背側前外側図。(C)背側後方図。8 の字コイルの表面は、対側皮質への潜在的な直接刺激を最小限に抑えるために、地面に対して 45° の角度が付けられています。<...

材料