Plaatsing van extracraniële stimulerende elektroden en meting van cerebrale bloedstroom en intracraniële elektrische velden bij verdoofde muizen

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

doi:10.3791/65195

Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.

Methodenartikel

Plaatsing van extracraniële stimulerende elektroden en meting van cerebrale bloedstroom en intracraniële elektrische velden bij verdoofde muizen

2.1K weergaven

⸱

DOI:

10.3791/65195

⸱

2 juni 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

In dit artikel

Samenvatting

We beschrijven een protocol voor het beoordelen van dosis-responscurves voor extracraniële stimulatie in termen van elektrische veldmetingen van de hersenen en een relevante biomarker-cerebrale bloedstroom. Aangezien dit protocol invasieve elektroden in de hersenen plaatst, is algemene anesthesie nodig, waarbij spontane ademhaling de voorkeur heeft boven gecontroleerde ademhaling.

Samenvatting

De detectie van cerebrale bloedstroomreacties (CBF) op verschillende vormen van neuronale activering is van cruciaal belang voor het begrijpen van de dynamische hersenfunctie en variaties in de substraattoevoer naar de hersenen. Dit artikel beschrijft een protocol voor het meten van CBF-responsen op transcraniële wisselstroomstimulatie (tACS). Dosis-responscurven worden geschat op basis van zowel de CBF-verandering die optreedt bij tACS (mA) als op basis van het intracraniële elektrische veld (mV/mm). We schatten het intracraniële elektrische veld op basis van de verschillende amplitudes gemeten door glazen micro-elektroden aan elke kant van de hersenen. In dit artikel beschrijven we de experimentele opzet, waarbij bilaterale laser Doppler (LD) probes of laser speckle imaging (LSI) worden gebruikt om de CBF te meten; Als gevolg hiervan vereist deze opstelling anesthesie voor de plaatsing en stabiliteit van de elektrode. We presenteren een correlatie tussen de CBF-respons en de stroom als functie van de leeftijd, waarbij we een significant grotere respons laten zien bij hogere stromen (1,5 mA en 2,0 mA) bij jonge controledieren (12-14 weken) in vergelijking met oudere dieren (28-32 weken) (p < 0,005 verschil). We tonen ook een significante CBF-respons aan bij elektrische veldsterktes <5 mV/mm, wat een belangrijke overweging is voor eventuele studies bij mensen. Deze CBF-reacties worden ook sterk beïnvloed door het gebruik van anesthesie in vergelijking met wakkere dieren, de ademhalingscontrole (d.w.z. geïntubeerde versus spontane ademhaling), systemische factoren (d.w.z. CO₂) en lokale geleiding in de bloedvaten, die wordt gemedieerd door pericyten en endotheelcellen. Evenzo kunnen meer gedetailleerde beeldvormings-/opnametechnieken de veldgrootte van de hele hersenen beperken tot slechts een klein gebied. We beschrijven het gebruik van extracraniële elektroden voor het toepassen van tACS-stimulatie, inclusief zowel zelfgemaakte als commerciële elektrodeontwerpen voor knaagdieren, de gelijktijdige meting van het CBF en het intracraniële elektrische veld met behulp van bilaterale glazen DC-opname-elektroden, en de beeldvormingsbenaderingen. We passen deze technieken momenteel toe om een closed-loop formaat te implementeren voor het vergroten van de CBF in diermodellen van de ziekte van Alzheimer en beroerte.

Inleiding

Transcraniële elektrische stimulatie (tES; met sinusgolfstimulatie, tACS) is een veelvoorkomende, externe, niet-invasieve benadering van neuromodulatie van de hersenen ^1,2. Eerder veronderstelden we dat bij bepaalde doses tES (en in het bijzonder tACS) de cerebrale bloedstroom (CBF) in de onderliggende hersengebieden kan verhogen^. Verder kan er een dosis-responsrelatie bestaan tussen de uitgeoefende externe stroom of het intracraniële elektrische veld en de resulterende CBF-reacties. De meeste klinische stimulatieprotocollen hebben zich echter gericht op een maximaal comfortabel stimula....