Transcraniële elektrische hersenstimulatie bij Alert knaagdieren

Het algemene doel van deze chirurgische procedure is om betrouwbare en herhaalde transcraniële elektrische hersenstimulatie bij wakkere knaagdieren mogelijk te maken. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen op het gebied van neuromodulatie en neuroplasticiteit door middel van gerichte elektrische stimulatie van hersennetwerken om motorische functies te verbeteren of tekortkomingen aan te pakken. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat het herhaalde, niet-invasieve sessies van elektrische hersenstimulatie bij wakkere knaagdieren mogelijk maakt zonder ongemak te veroorzaken en met minimale interferentie met de gedragsmetingen.

Personen die nieuw zijn met deze methode kunnen problemen ondervinden, aangezien het vinden van het juiste traject voor het tunnelen van de borst naar de kop, evenals de botpreparatie vóór het plaatsen van de elektrodehouder, vaak moeilijk uit te voeren is voor onervaren onderzoekers. Een visuele demonstratie van deze methode is essentieel, omdat de chirurgische stappen voor het plaatsen van de elektrodehouder, evenals de preparatie en plaatsing van de elektroden voor stimulatie, cruciaal zullen zijn voor het succes van de experimenten. Onze promovendus, Stephanie Haschka, zal helpen bij het uitvoeren van de NEBS-procedures bij wakkere ratten.

Presenter}Begin met het plaatsen van het knaagdier op zijn borst op de operatietafel. Desinfecteer de geschoren hoofdhuid met een wattenstaafje gedrenkt in een antisepticum. Laat dit aan de lucht drogen.

Controleer vervolgens de diepte van de anesthesie en maak met een scalpel een incisie in de huid in één lijn van het niveau van het rostrale oog naar het niveau van het midden van het oor. Draai de rat daarna in rugligging zodat de borstkas is blootgesteld en desinfecteer de borstkas. Span de laterale huid van de rechterborstkas met twee vingers en maak een rechte sagittale incisie in craniale richting.

Vorm een subcutane pouch door de huid atraumatisch los te maken van de linker m. pectoralis major door de kleine schaar herhaaldelijk te openen. Draai het dier vervolgens op zijn rechterzijde en creëer een tunnel voor het kabeltraject vanuit de linker occipitale hoek van de geopende hoofdhuid, langs de nek, tot aan de uitgang in de pectorale pouch. Dit gebeurt door de oppervlakkige fascia te penetreren met behulp van hemostatische pincetten.

Open de hemostatische klem voorzichtig om het uiteinde van de elektrodekabel die aan de platina-elektrode is bevestigd vast te pakken, zonder dat er scherpe draden uitsteken. Trek de kabel door de tunnel totdat de elektrode de pouch binnengaat, georiënteerd met het cauterisatiepunt richting het linker achterpootje van het knaagdier. Draai het knaagdier vervolgens terug naar de buikligging.

Fixeer vervolgens de platinen plaat met een steriele synthetische gevlochten niet-absorbeerbare hechtdraad aan de pectorale fascia bij de twee tegenoverliggende hoekgaten. Bevestig op vergelijkbare wijze de kabel aan de fascia met een losse knoop die een kleine lus vormt vóór de ingang van het weefseltunnel. Sluit tot slot de huid met drie tot vier cutane hechtingen, afhankelijk van de grootte van de incisie.

Begin met het afschrapen van het periosteum, het bindweefsel op de schedel aan de zijkanten, met het scalpel en veeg dit grondig schoon met wattenstaafjes. Fixeer het bindweefsel op de vier hoeken van de incisie met bulldogklemmen en laat deze zijwaarts hangen om het operatieveld open te houden. Breng vervolgens 0.9% saline aan om het botoppervlak en het weefsel met wattenstaafjes te reinigen.

Reinig vervolgens het botoppervlak met 3% waterstofperoxide. Gebruik een wattenstaafje om eventuele resten van het periost te verwijderen zodra deze zichtbaar worden. Aangezien fixatieschroeven de hechting van het sediment verbeteren, kiest u een boorbit die past bij de grootte van de schroef.

Maak twee boorgaten in twee verschillende schedelplaten door eerst voor te boren met een handboor en vervolgens met lichte partikeldruk te boren met een botboor. In gevallen van een geïmplanteerde elektrode, zoals getoond in deze video, wordt een derde gat geboord in het rechter achterste pariëtaalbeen voor de toekomstige fixatie van de getunnelde kabel. Plaats de plastic schroeven in de boorgaten en draai ze aan tot de eerste wrijving wordt gevoeld.

Voer vervolgens drie extra schroefdraaiingen van 180 graden uit. Gebruik een pincet om de stabiliteit van de schroef te controleren en voeg nog een draai toe als deze niet strak genoeg zit. Zet het brandijzer aan en voorverwarm dit gedurende ongeveer vijf minuten.

Wikkel de kabel die uit de weefseltunnel komt occipitaal rond de rechterpariëtale schroef en knip deze vervolgens af, waarbij ongeveer één centimeter kabel achter de wikkeling overblijft. Strip voorzichtig de isolatie aan het uiteinde van de kabel met een scalpel. Fixeer daarna de gewikkelde kabel aan de schroef en het bot met cyanoacrylaatlijm.

Breng vervolgens een kleine hoeveelheid loodvrije tin-soldeer aan op de connector en op de blootliggende draden van de tegenelektrodekabel, en verbind beide door de voorsoldeerdelen kort tegen elkaar aan te drukken terwijl u de soldeertip aanraakt totdat het soldeer smelt. Verwijder de soldeertip onmiddellijk om overmatige metaalverhitting van de kabel en daarmee gepaard gaand weefselschade te voorkomen. Gebruik voor stimulatie van de motorische cortex een socket met een diameter van vier millimeter.

Pak de op maat gemaakte tES-elektrodehouder op met dunne gekartelde pincetten en breng een dunne laag cyanoacrylaatlijm aan op de onderste rand van de houder. De intermediale rand van de houder moet direct eindigen bij de sagittale naad en de caudale binnenrand moet eindigen bij het bregma. Druk de houder vervolgens kortstondig op het bot tot de lijm is uitgehard.

Gebruik een lichtbron om er zeker van te zijn dat het bot binnen het gebied van de socket geen reflecterende lijm bevat. Nadat de socket is geplaatst en het toekomstige stimulatiegebied vrij is van lijm, wordt de laterale rand van de socket met een kleine druppel cyanoacrylaatlijm aan het omliggende weefsel verzegeld om een vloeistofbrug te voorkomen die zou kunnen leiden tot stroomafbuiging op deze locatie. Bedek vervolgens alle schroeven met cyanoacrylaatlijm.

Meng vervolgens de twee componenten van het acrylaatcement in een klein siliconen buisje of glas. Zodra het mengsel stroperig wordt, brengt u het met een tandheelkundige spatel aan om de resterende randen van de socket aan het bot te verzegelen. Bedek tot slot de gehele schedel, de schroeven, de kabel van de tegenelektrode en tot 1/3 van de socket met tandheelkundig acrylaatcement.

Nadat al het bot is bedekt en het cement is uitgehard, verwijdert u de bulldog-klemmen en plaatst u de huid terug. Begin met het halfvullen van de tES-elektrodehouder met 0,9% zoutoplossing en verwijder luchtbellen. Controleer vóór cathodale tES-sessies de chlorering en her-chlorer indien nodig de zilver/zilverchloride-elektrode.

Verwijder vóór anodale tES-sessies eventuele overmatige zilverchloride-afzettingen van eerdere stimulaties met schuurpapier om een goede geleidbaarheid tijdens de stimulatie te waarborgen. Schroef vervolgens de tES-elektrodenkap vast. Sluit de kabels aan op de twee connectoren op de hoofdkap.

Plaats het knaagdier vervolgens in de experimentele kooi met de kabels verbonden aan een swivel boven de kooi, zodat vrij beweging mogelijk is. Zet de stimulator aan en stel de stimulatieparameters in. Ontkoppel tenslotte, na afloop van de stimulatie, de kabels, schroef de elektrodekap op de kop los en maak de socket schoon en droog met een wattenstaafje.

De resultaten gaven aan dat microglia-activatie, beoordeeld op basis van morfologische veranderingen, zich eerst voordeed bij 31.8 amps per square meter, terwijl de eerste tekenen van neurodegeneratie werden gedetecteerd bij 47.8 amps per square meter. Monsters één tot en met vier werden als positief beoordeeld. De anesthesie beïnvloedde de omvang van de respons op DCS, aangezien het percentage hersensnijden met fluoro-JC-positieve degenererende neuronen bij wakkere ratten hoger was bij 47.8 amps per square meter.

Verder wordt verwacht dat gedragsmatige of moleculaire effecten bij hoge intensiteiten mechanistisch verschillen van effecten bij lage intensiteit. Eenmaal onder de knie, kan deze techniek, inclusief de plaatsing van de borstelektrode, in 40 tot 45 minuten worden uitgevoerd mits dit correct gebeurt. Er is gewoonlijk een kortere duur van 10 tot 15 minuten nodig als er geen tegenelektrode chirurgisch wordt geplaatst.

Na het bekijken van deze video zou u een goed begrip moeten hebben van hoe u een permanente elektrode-opstelling plaatst voor de verschillende NEBS-simulatietechnieken en hoe u een eTS toepast bij alerte knaagdieren. Vergeet niet dat werken met elektrische stromen schadelijk kan zijn voor het knaagdier als de elektroden voorafgaand aan de stimulatie niet voldoende zijn voorbereid. Voorzorgsmaatregelen, zoals de rechlorering van de elektrode vóór cathodale stimulatie of het verwijderen van debris vóór anodale stimulatie, moeten altijd worden genomen voordat deze procedure wordt uitgevoerd.