Nervus Vagus Stimulatie als een Tool om plasticiteit te induceren in Pathways Relevant voor Extinction Learning

Het algemene doel van deze procedure is om het uitdoven van geconditionerde angst te faciliteren door stimulatie van de nervus vagus. Dit wordt bereikt door eerst elektroden te vervaardigen voor de toediening van stroom aan de nervus vagus. De volgende stappen bestaan uit het implanteren van deze elektroden rond het midden van het cervicale gedeelte van de nervus vagus, samen met een hoofdkap; na een herstelperiode ondergaan de dieren vervolgens auditieve angstconditionering en uitdovingstraining met stimulatie van de nervus vagus of sham-stimulatie.

De laatste stap is het testen van de expressie van geconditioneerde angst en het beoordelen van de afname in de geconditioneerde bevriezingsrespons. Uiteindelijk wordt stimulatie van de nervus vagus gebruikt om het uitdoveerleren te verbeteren door plasticiteit in uitdoveernetwerken te induceren. Het belangrijkste voordeel van deze techniek ten opzichte van bestaande methoden, zoals systemische medicamenteuze behandeling, is de mogelijkheid om de timing van de behandeling nauwkeurig te reguleren om een netwerkspecifieke afgifte van neurotransmitters te bereiken die gekoppeld kan worden aan lopend gedrag.

Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van kernvragen op het gebied van emotioneel leren en geheugen, in het bijzonder hoe de afgifte van stresshormonen zoals epinefrine en glucocorticoiden de consolidatie van langetermijnherinneringen kan beïnvloeden. De implicaties van deze techniek reiken tot exposuretherapieën die worden gebruikt bij de behandeling van angst- en traumagerelateerde stoornissen, evenals bij revalidatie van verslavingen. Daarnaast kan stimulatie van de nervus vagus worden toegepast op andere modellen van leren in synaptische plasticiteit, zoals motorisch leren na een beroerte of traumatisch hersenletsel.

Ter voorbereiding wordt een boorinstrument van een naald gemaakt om de manchet te vervaardigen; schuif vier centimeter micro renaine tubing over een boorbed. Gebruik vervolgens de naaldboor om vier gaten te boren met een tussenruimte van twee millimeter, zodat de hoeken van een vierkant worden gevormd. De gaten moeten schoon zijn en geen ruwe randen hebben.

Snijd vervolgens de slang in de lengte door tussen de gaten. Gebruik nu hechtdraad om de bevestiging aan te brengen waarmee de manchet aan beide zijden aan de nervus vagus wordt vastgezet. Knoop de hechtingen ongeveer twee centimeter vanaf het plastic aan elkaar, zodat de slang en de draad een driehoek vormen; laat elke hechting ongeveer acht centimeter voorbij de knoop uitsteken.

Snijd vervolgens de geïsoleerde zevenstrengs platina-iridiumdraad in segmenten van 70 millimeter. Gebruik nu een juweliersbrander om ongeveer een centimeter isolatie van één uiteinde van de draad te verwijderen.

Gebruik vervolgens de vlam om het platina-meridium te smelten op de plek waar het is blootgesteld. Gebruik deze techniek om de zeven blootgestelde strengen platina-meridiumdraad samen te smelten tot één sterkere draad, en smelt het uiteinde van de draad tot een bolletje aan het tegenovergestelde uiteinde van het gesmolten draadsegment. Smelt de platina-meridiumdraad tot een klein bolletje met minimale verwijdering van de isolatie.

Plak nu de geschroefde plastic manchet met een afgesneden rand langs het horizontale vlak vast, waarbij de draden strak zijn getrokken en de manchet is uitgerekt. Voer met een pincet het blootgestelde uiteinde van de draadvoorbereiding door het gat rechtsonder en trek dit naar het midden van de manchet. Duw de draad vervolgens door het gat rechtsboven en lus de draad terug over de manchet.

Ga verder door de draad opnieuw door het gat rechtsboven te duwen en trek deze vervolgens aan om te zorgen dat de draad stevig vastzit. Het is essentieel dat de draad die in de goot van de manchet is geplaatst ongeïsoleerd is, terwijl de draad buiten de manchet aan het onderste uiteinde geïsoleerd blijft, zodat de afgegeven stroom alleen naar de nervus vagus gaat. Duw vervolgens het kale uiteinde vanuit de binnenkant van de manchet door het gat rechtsonder.

Om zo een lus te voltooien, plaatst u aan de linkerzijde van de manchet een draad op exact dezelfde wijze aan het uiteinde van de draad, zonder deze aan de manchet te bevestigen. Soldeer het ongeïsoleerde uiteinde van de draad aan een gouden pin. Laat de soldeer afkoelen en versmelt deze opnieuw om een goede verbinding te garanderen.

Voeg naar behoefte meer soldeertin toe. Bereid nu de connectoren voor de hoofdkap van de VNS-ingangsplaats voor elke ingangsplaats voor. Strip de uiteinden van twee segmenten koperdraad van 26 AWG met een lengte van 30 millimeter en knip het smalle uiteinde van een losse gouden pin af; soldeer vervolgens elk paar draden aan een pin als volgt.

Soldeer het losse uiteinde van de draden aan de twee flux-tanden van een connector. Zo worden de connectoren gemaakt. Nadat het dier in een stereotaxisch frame voor de operatie is voorbereid, gebruikt u een scalpel om de huid over de schedel open te snijden en de lambda en bregma bloot te leggen.

Maak met stompe pincetten een subcutaan tunnelpad vanaf de incisie aan de linkerkant vóór het oor naar de linkerzijde van de nek. Dit pad is bedoeld voor de manchet. Maak vervolgens met een scalpel twee kleine startgaatjes voor de ankerschroeven.

Plaats deze gaten niet direct op de middellijn. Draai vervolgens met een pincet en een schroevendraaier twee botsschroeven in, waarbij voldoende ruimte wordt gelaten voor het acrylaat om onder de schroeven te vullen. Vul daarna de ruimte rondom en tussen de schroeven met acrylaat; zorg dat het acrylaat het omringende weefsel niet raakt en breng extra acrylaat aan tussen de schroeven.

Pak vervolgens het implantaat vast zodanig dat het gemarkeerde draadje zich rostraal van het ongemarkeerde draadje bevindt. Plaats het implantaat vervolgens snel in de acryl. Zorg dat er geen acryl op de gouden pinnen, het klemgebied of de invoerplaats terechtkomt.

Laat dit vijf minuten drogen en bereid u voor om verder te werken onder een stereomicroscoop. Maak een kleine incisie over de linker vena jugularis direct tussen het kaakbeen en het sleutelbeen. Verbreed de incisie met een botte dissectie tot aan de spieren.

Leg de musculus sternomastoideus, de musculus sternohyoideus en de musculus omohyoideus bloot. Ga verder door bot te dissekeren langs de groeven tussen de spieren om de arteria carotis te vinden. De schede die de arteria carotis bevat, bevat ook de nervus vagus.

Disseceer de schede voorzichtig met een schaar om een lengte van vijf millimeter van de nervus vagus bloot te leggen. Trek vervolgens, via de incisie bij de kop, aan de draden aan de zijde van de manchet tegenover de elektroden om de manchet door de subcutane tunnel naar de incisieplaats in de nek te trekken. Til de zenuw voorzichtig op met glazen instrumenten en duw de draden van de manchet onder de zenuw.

Zorg ervoor dat u de zenuw niet beschadigt door ertegenaan te wrijven. De bovenkant van de manchet moet naar de superieure zijde van het dier gericht zijn. Laat de zenuw nu in het midden van de manchet vallen en sluit de manchet op de kopkap.

Bevestig de pinnen die verbonden zijn met de manchet aan de pinnen op de stimulatie-ingang om te bevestigen dat de manchet correct is gepositioneerd. Voer een ademstop uit. De testademhaling moet kortstondig stoppen en de hartslag moet ook dalen.

Nadat de positie van de cuff is bevestigd, worden de pinnen met acryl aan de stimulatie-ingang bevestigd. Sluit vervolgens de operatiewond en behandel het dier met Marcaine en topische antibiotica. Laat het dier vijf dagen lang herstellen zonder huisgenoten.

Stel vóór het uitvoeren van de tests de operante conditioneringsbox op onder videobewaking. Presenteer op de eerste dag van de gedragstraining de toon vijf keer gedurende 30 seconden om aan te tonen dat er geen aangeboren angst voor de toon bestaat. Voer na de initiële presentatie van de toon op dag één en twee de angstconditionering bij de ratten uit.

Speel een toon van 32 Hz af met een willekeurig geplaatste voetshock van één seconde en 0,5 mA. Dien elke dag acht toon-shock-koppelingen toe, met drie tot vijf minuten tussen de toonpresentaties. Test op de derde dag de sterkte van de toon-shock-associatie.

Laat de toon vier keer afzonderlijk horen, met intervallen van drie tot vijf minuten. Registreer het freezing-gedrag van het dier op de vierde en vijfde dag. Voer de extinctietraining uit met vaguszenuwstimulatie of sham-stimulatie.

Sluit de rat aan op de stimulator en plaats deze in de operante conditioneringsbox. 150 milliseconden. Stimuleer vóór elke toon de nervus vagus gedurende 30 seconden.

Voer vier stimulatietoon-koppelingen uit met tussenpozen van drie tot vijf minuten. Controleer periodiek de elektrische integriteit van de VNS-manchet en de inputplaats met een oscilloscoop volgens het beschreven protocol. Ratten werden getraind in een auditieve angstconditioneringstaak met stimulatie van de nervus vagus tijdens extinctie.

Dieren die tijdens de extinctiefase een beperkt aantal niet-versterkte blootstellingen aan de conditionerende toon kregen, vertonen geen afname van de conditioneringsangst. In contrast hiermee vertonen BNS-behandelde ratten een aanzienlijke afname van het freezing-gedrag, vergelijkbaar met wat werd waargenomen bij sham-behandelde dieren die een uitgebreide extinctietraining kregen. BNS-dieren vertoonden daarnaast verminderd freezing-gedrag buiten de presentatie van de conditionerende toon, wat suggereert dat hun extinctietraining generaliseerde naar de context.

Verder onderzoek toonde aan dat de combinatie van VNS met extinctietraining de metaplasticiteit in het pad tussen de infralimbische cortex en de basolaterale amygdala verandert. Bij geanestheseerde dieren in de sham-gestimuleerde groep die de conditionering niet uitdoofden, induceerde burst-stimulatie van de infralimbische cortex een langdurige depressie van het opgewekte lokale veld in de basolaterale amygdala.

Deze synaptische depressie werd omgekeerd bij dieren die een significante extinctie van de conditionele angstrespons vertoonden. Bovendien bevorderde de toediening van VNS tijdens een enkele extinctiesessie de inductie van langetermijnpotentiëring. Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe VNS in combinatie met gedragstraining kan worden gebruikt.

Zodra de vervaardiging van de VNS-componenten onder de knie is, kan de operatie in ongeveer drie uur worden voltooid als deze correct wordt uitgevoerd. Tijdens het uitvoeren van deze procedure is het belangrijk om erop te letten dat de elektrische verbindingen intact blijven.