정맥 필로폰 자기 관리에 깊은 뇌 자극의 효과를 평가하기위한 일반적인 방법

본 절차의 전반적인 목표는 설치류에서 정맥내 메탐페타민 투여 환경과 시간적 및 공간적으로 분리된 심부 뇌 자극의 효과를 평가하는 것입니다. 이 방법은 특정 뇌 영역의 전기 자극이 약물 남용을 감소시킬 수 있는지, 그리고 어떤 상황에서 이러한 치료가 가장 효과적인지와 같은 중독 정신의학의 핵심 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 전기 치료가 약물 사용 환경과 다른 시간 및 다른 설정에서 제공된다는 점입니다.

이는 실제 환자에게 적용 가능한 상황과 더 유사합니다. 본 절차의 시연은 저희 연구실의 박사후 연구원인 Dr.Vinita Batra와 수석 실험실 기술자인 Mr.Glenn Guerin이 진행하겠습니다. 본 실험을 위한 준비 사항은 텍스트 프로토콜에 상세히 설명되어 있습니다.

먼저, 행동상의 인위적 요인을 최소화하기 위해 가능한 한 빠르고 차분하게 쥐를 조작실(operant chambers)에 넣습니다. 실험 시작 전, 라인의 개방성을 확인하기 위해 쥐의 카테터를 0.1 milliliters의 0.9% 생리식염수로 세척합니다. 그다음, 설치류 등의 가이드 캐뉼라에 스테인리스강 스프링 리쉬를 부착합니다.

캐뉼라의 다른 쪽 끝을 조작 챔버 상단에 있는 누수 방지 유체 스위벨에 연결합니다. 쥐가 자기투여 과제를 빠르게 학습할 수 있도록, 4~5일 연속으로 하루 6시간 동안 항상 하루 중 비슷한 시간에 세션을 진행하십시오. 활성 레버를 누를 때마다 메탐페타민을 1회 주입하고, 이후 30초 동안 레버를 눌러도 아무것도 공급되지 않는 타임아웃 시간을 둡니다.

첫 번째 주가 끝날 무렵이면 설치류들은 스스로 메탐페타민을 투여하는 데 익숙해질 것입니다. 훈련 두 번째 주에는 월요일부터 금요일까지 매일 2시간씩 세션을 진행하여, IV 메탐페타민 자가 투여 능력을 유지하고 정교화하십시오. 30초의 타임아웃을 적용한 고정 비율 1(fixed ratio of one)의 조건으로 세션을 계속해서 수행하십시오.

3회 연속 세션 동안의 총 메탐페타민 주입 횟수 변동 폭이 10% 미만일 때 안정적이고 강렬한 반응 단계에 도달한 것으로 간주합니다. 안정적인 강렬한 반응의 또 다른 지표는 처음 30분 동안의 누적 주입 횟수가 이후 30분 동안의 누적 주입 횟수보다 많을 때 나타납니다. 쥐가 이러한 약물 로딩 패턴을 보이면, 이는 단순한 일시적 사용이 아니라 중독 행동임을 나타냅니다.

각 세션이 끝나면, 카테터를 세척하기 위한 주사기를 준비하고 설치된 리쉬(leash)를 설치류의 등에서 분리합니다. 혈전 형성을 방지하기 위해 800 IU streptokinase가 포함된 0.9% saline solution 0.1 milliliters로 쥐의 카테터를 세척합니다. 세척 후, 막힘을 방지하기 위해 각 가이드 캐뉼라에 시스(sheath)를 삽입합니다.

그 후, 쥐를 홈 케이지로 돌려보냅니다. 카테터의 개통성 테스트 방법 및 이 실험에서 발생하는 일반적인 문제 해결 방법에 관한 텍스트 프로토콜을 참조하십시오. 이 실험을 위해 10개에서 12개의 Plexiglas 박스를 준비합니다.

각 상자의 세 면 외벽을 뻣뻣한 불투명 종이로 덮어 쥐들이 서로를 볼 수 없게 합니다. 다만, 자극 세션 동안 동물을 관찰할 수 있도록 앞면은 비워 둡니다. 다음으로, 공기 흐름은 유지하면서 쥐들이 탈출하는 것을 방지하기 위해 상단 일부를 단단한 패널로 덮습니다.

상단 패널에는 설치하여 설치된 설치류 헤드캡과 자극 시스템 간의 전기적 연결을 위한 커뮤테이터(commutator)를 지지하십시오. DBS 실험을 위해 여러 마리의 동물에게 동시에 일정 전류를 전달할 수 있는 자극 시스템을 사용하십시오. 해당 시스템에는 프로그래밍 가능한 인터페이스가 포함되어 있어야 합니다.

맞춤 길이의 케이블을 사용하여 자극기의 채널 포트를 각 코뮤테이터(commutator)의 상단 전자 페데스탈(electronic pedestal)에 연결하십시오. 그런 다음, 스테인리스 스틸 스프링으로 감싸진 16인치 케이블을 사용하여 코뮤테이터의 하단 전자 페데스탈을 설치된 설치류 머리 캡의 전극 페데스탈에 연결하십시오. 케이블은 쥐가 머리 캡에 큰 장력을 주지 않고 케이지 내의 모든 구역으로 자유롭게 이동할 수 있도록 충분한 여유가 있어야 합니다.

쥐가 네 발로 서 있을 때 머리가 닿을 수 있는 위치까지 도달하는 길이의 케이블이면 보통 충분합니다. 시스템을 프로그래밍하려면 시각적 프로그래밍 언어를 사용하여 실험 종말점을 달성하기 위해 각 장치가 수행할 기능과 실시간으로 확인하기 위해 저장 및/또는 투영될 데이터를 지정하십시오. 실험 시작 전에 시각적 제어 패널에 원하는 주파수, 펄스 폭 및 진폭을 지정하십시오.

쥐의 고주파 자극에 사용되는 전형적인 매개변수는 임상에서 사람에게 시행하는 뇌심부 자극술에 사용되는 것과 유사합니다. 주파수는 130 to 180 Hertz, 펄스 폭은 60 to 90 milliseconds, 전류 진폭은 100 to 250 microamps입니다. 뇌 자극 실험을 위해 쥐를 상자에 넣을 때, 커뮤테이터의 스테인리스 스틸 스프링 케이블을 헤드 캡의 각 전극 페데스탈에 연결하십시오.

먼저 1000 Hertz에서 5 µA의 전류를 2초 동안 흘려 각 전극의 임피던스를 측정하십시오. 전극의 임피던스가 125 kΩ 이하인 경우 실험을 계속 진행합니다. 하지만 그렇지 않은 경우, 전극의 저항으로 인해 전류가 치료 수준 이하로 제한될 수 있으므로 해당 동물을 실험에서 제외하는 것을 고려하십시오.

쥐를 적응시키기 위해 한두 번의 모의 세션을 먼저 실시하십시오. 이 세션 동안에는 어떠한 활성 치료도 적용하지 마십시오. 각 모의 세션 직후에 쥐를 조작 상자로 이동시켜 매일 2시간 동안 진행되는 IV 메탐페타민 자가 투여 세션을 수행하게 하십시오.

실험을 위해 쥐를 능동 자극군과 모의 세션을 수행하는 가짜 자극군의 두 그룹으로 균형 배치하십시오. 5일 동안 매일 3시간씩 매일 딥 브레인 자극 세션을 수행하십시오. 각 자극 세션의 일부 시간 동안 동물을 주의 깊게 관찰하여 자극이 행동에 뚜렷한 변화를 일으키는지 확인하십시오.

매 회 심부 뇌 자극 세션 직후에 쥐의 일일 정맥 내 메탐페타민 자기 투여 세션을 시작합니다. 정맥 경정맥 카테터와 두개 내 심부 뇌 자극 전극을 배치한 후, 쥐들은 이틀 동안 메탐페타민에 장기간 노출되어 약물 자기 투여를 습득하고 그 양을 증량했습니다. 그다음, 메탐페타민 독성을 방지하고 다양한 치료적 개입으로 조절 가능한 안정적인 반응률을 확립하기 위해, 쥐들을 일일 2시간의 조작적 훈련 일정으로 옮겼습니다.

조작적 훈련 6일 차에 접어들자, 섭취량의 프론트 로딩(front loading) 패턴이 나타나는 것으로 보아 쥐들이 약물을 복용하려는 동기가 증가했음을 알 수 있었습니다. 이러한 패턴은 이후 세션 동안 대체로 유지되었습니다. 이처럼 안정된 약물 남용 패턴이 확립된 후, 기술된 프로토콜에 따라 심부 뇌 자극을 실시하였습니다.

그 결과, 조작적 IV 메탐페타민 자기 투여가 현저히 감소했습니다. 이 기술을 숙달하면 그룹당 약 10~12마리의 동물을 사용하여 2~4주 이내에 완료할 수 있습니다. 이는 메탐페타민을 사용하는 설치류에서 헤드 캡과 IV 카테터의 수명이 제한적이라는 점을 고려할 때, 심부 뇌 자극의 효과를 테스트하는 데 매우 적합합니다.

이 절차는 대안적인 전기적 파라미터, 서로 다른 뇌 표적 및 새로운 전달 패턴뿐만 아니라, 지속적인 행동 수정으로 이어질 수 있는 전기 치료와 약물 제제의 조합을 조사하는 데 사용될 수 있습니다.