Modulowanie pobudliwości korowej u szczura za pomocą powtarzalnej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej

Streszczenie

Źródło: Beom, J., et al. Powtarzająca się przezczaszkowa stymulacja magnetyczna do jednostronnej półkuli mózgu szczura. J. Vis. Exp. (2016)

Ten film pokazuje zastosowanie powtarzalnej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej (rTMS) u znieczulonych szczurów w celu modulacji pobudliwości kory mózgowej. Procedura polega na określeniu progu motorycznego (MT) w celu ustalenia stymulacji wyjściowej, a następnie zastosowaniu rTMS o intensywności powyżej MT w celu wywołania depolaryzacji neuronów. Stymulacja ta wyzwala napływ wapnia, wspomaga produkcję czynników neurotroficznych i zwiększa plastyczność synaptyczną, ostatecznie wpływając na pobudliwość kory mózgowej.

Protokół

Wszystkie procedury z udziałem modeli zwierzęcych zostały zweryfikowane przez lokalną instytucjonalną komisję ds. opieki nad zwierzętami oraz weterynaryjną komisję rewizyjną JoVE.

1. Konfiguracja

1. eksperymentalna Przygotowanie zwierząt
   1. Pozwól samcom szczurów Sprague-Dawley na 1 tydzień na przystosowanie się do nowego środowiska przed rozpoczęciem eksperymentu.
      UWAGA: Chociaż w niniejszym badaniu wykorzystano 8-tygodniowe szczury, rozwijający się lub dorosły mózg można wybrać zgodnie z hipotezami badawczymi.
2. Znieczulenie wziewne do indukcji
   1. Indukuj i utrzymuj znieczulenie za pomocą 5% i 2% izofluranu rozpuszczonego odpowiednio w 40%/60% i 25%/75% tlenu/azotu przez komorę i stożek nosowy. Dostosuj głębokość znieczulenia do poziomu zniesienia odruchu odruchu wycofania pedału do uszczypnięcia palców, aby potwierdzić prawidłowe znieczulenie.
      UWAGA: Wykorzystanie obudzonych zwierząt może być lepszym wyborem pod względem translacyjnym, ale występują trudności z powstrzymaniem się podczas rTMS i są one podatne na nadmierny stres.
   2. Monitoruj temperaturę ciała za pomocą sondy doodbytniczej i utrzymuj ją na poziomie 37 °C za pomocą koca homeotermicznego. Monitoruj głębokość znieczulenia za pomocą odruchu wycofania pedału, temperatury, częstości oddechów i tętna.
3. Przełącz się na znieczulenie dożylne w celu konserwacji
   1. Przygotuj ogon wacikiem nasączonym alkoholem. Cewnikować boczną żyłę ogonową za pomocą cewnika żylnego o rozmiarze 24 w celu przejścia do znieczulenia dożylnego (IV) (ryc. 1A). Wprowadzić propofol dożylnie (1 mg/[kg·min] przez 10 minut, używając emulsji 10 mg/ml) zwierzętom. Odstawić izofluran po 5 minutach od rozpoczęcia ładowania propofolem.
   2. Utrzymać sedację propofolem z szybkością infuzji 500 - 700 μg/(kg·min) przez cały czas trwania eksperymentu, tak jak w poprzednim badaniu. Uzupełnij tlen w ilości 0,8 l/min przez stożek nosowy.
      UWAGA: Znieczulenie propofolem ma na celu zmniejszenie potencjalnego tłumienia pobudliwości kory mózgowej przez środek wziewny. Jednak znieczulenie nie jest obowiązkowe w eksperymentach rTMS, można również wykorzystać przebudzone zwierzęta. Metody znieczulenia powinny być ustalane z uwzględnieniem hipotez badawczych.
   3. Stosuj maść weterynaryjną na oczy, aby zapobiec wysuszeniu podczas znieczulenia.
   4. Zastosuj stymulację magnetyczną (patrz punkt 2) 10 minut po całkowitym przejściu do znieczulenia dożylnego.
4. Warunki rekonwalescencji
   1. Monitoruj parametry życiowe podczas fazy rekonwalescencji. Nie pozostawiaj zwierzęcia bez opieki, dopóki nie odzyska wystarczającej przytomności, aby utrzymać pozycję leżącą w mostku. Jeśli zwierzę przeszło operację, nie należy zwracać go do towarzystwa innych zwierząt, dopóki w pełni nie wyzdrowieje.
      UWAGA: Jeśli wykonywana jest operacja na modelu choroby, konieczne jest leczenie bólu pooperacyjnego. Jednak w tym eksperymencie rTMS leczenie bólu nie jest potrzebne.

2. Stymulator powtarzalnej przezczaszkowej stymulacji magnetycznej

1. i cewka
   1. Zastosuj stymulację za pomocą powtarzalnego stymulatora, który dostarcza bodźce dwufazowe za pomocą cewki o średnicy 25 mm w kształcie cyfry 8. Umieść środek cewki 0.5 cm w bok od wierzchołka na linii dwuusznej i ustaw cewkę pod kątem 45° względem podłoża.
      UWAGA: Maksymalne natężenie pola magnetycznego cewki wynosi 4.0 T. Cewka magnetyczna jest mocno zamontowana na wbudowanym uchwycie.
2. Próg silnika
   1. Określ próg silnika (MT) w gorącym punkcie, ze środkiem cewki umieszczonym 0,5 cm w bok od wierzchołka na linii dwuusznej i z powierzchnią płaską na kalwarii. Jest to ta sama metodologia, którą zastosowano w poprzednim badaniu.
      UWAGA: Zdefiniuj MT jako minimalną intensywność bodźca wywołującą 5 lub więcej wyczuwalnych skurczów na przeciwległej przedniej łapie przez 10 kolejnych bodźców. Sprawdź, czy stymulacja powoduje przede wszystkim skurcz mięśni przeciwległych, aby zapewnić jednostronną stymulację.
3. Zastosowanie rTMS
   1. Zastosuj rTMS 10 minut po ustabilizowaniu znieczulenia głębokiego. Umieść środek cewki w docelowym miejscu rTMS, wybranym z kory mózgowej w zależności od pytań badawczych. Następnie przechyl cewkę, aby zapewnić bezpośredni kontakt między środkiem cewki a powierzchnią czaszki w punkcie stymulacji.
      UWAGA: Na przykład kątuj cewkę pod kątem 45° do ziemi, aby zminimalizować potencjalny bezpośredni wpływ rTMS na korę przeciwległą (ryc. 1B i 1C).
   2. Poddaj zwierzęta 20-minutowej sesji rTMS jednostronnej półkuli. Korzystając z konsoli oprogramowania, dostarcz rTMS z protokołem stymulacji o niskiej częstotliwości (1 Hz), wysokiej częstotliwości (20 Hz) lub pozorowanej stymulacji i ustaw intensywność stymulacji na 100 - 110% MT.
   3. Wykonuj stymulację 1 Hz bez odpoczynku. Korzystając z konsoli oprogramowania, wprowadź "1,200" strzałów przez "20" min. W przypadku stymulacji 20 Hz przeprowadź 2 sekundy stymulacji, a następnie 28 sekund odpoczynku. Korzystając z konsoli oprogramowania, wprowadź "1,600" strzałów przez "20" min.
   4. W celu stymulacji pozorowanej przechyl cewkę prostopadle (obrót o 90°) do kalwarii i umieść krawędź cewki w odległości 2 cm od powierzchni głowy (ryc. 1D). Mocno przymocuj uchwyt cewki do głównego urządzenia; nie ma potrzeby trzymania cewki ręcznie podczas eksperymentu.
      UWAGA: Aby skompensować efekty akustyczne i inne niespecyficzne efekty, należy stosować odrębne protokoły pozorowane dla odrębnych protokołów stymulacji. Na przykład pozorowana stymulacja 1 Hz może być używana do eksperymentów 1 Hz rTMS.
4. Chłodzenie cewki
   1. Użyj systemu chłodzenia wodą, aby umożliwić powtarzalną stymulację magnetyczną przez ponad 20 minut przy częstotliwościach stymulacji 1 i 20 Hz (Rysunek 2). Podczas eksperymentu cyrkuluj lodowatą wodę otaczającą całą długość cewki, aby zapobiec przegrzaniu, chociaż temperatura cewki lub stymulatora nie jest monitorowana.
      UWAGA: Można również użyć dostępnych na rynku chłodzonych cewek dla szczurów.
   2. Jeśli to możliwe, monitoruj temperaturę wężownicy, viewwskaźnik ogrzewania urządzenia rTMS.
      UWAGA: Nie wystąpiły żadne negatywne konsekwencje związane ze stymulacją rTMS. Istnieje jednak potencjalne ryzyko poparzenia, jeśli w pobliżu cewki stymulującej zostaną użyte metalowe znaczniki identyfikacyjne uszu.

Wyniki

Rysunek 1. Ustawienia eksperymentalne. (A) Cewnik dożylny jest wprowadzany do żyły ogonowej bocznej (strzałka), a stożek nosowy jest używany do znieczulenia izofluranem, a także do suplementacji tlenu po prze...

Materiały