$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Przezczaszkowa stymulacja prądem stałym (tDCS) to nieinwazyjna, tania technika terapeutyczna, która skupia się na modulacji neuronów poprzez użycie prądów ciągłych o niskim natężeniu1. Obecnie istnieją dwie konfiguracje (anodowa i katodowa) dla tDCS. Podczas gdy stymulacja anodowa wywiera pole elektryczne zbyt słabe, aby wyzwolić potencjały czynnościowe, badania elektrofizjologiczne wykazały, że ta metoda powoduje zmiany w plastyczności synaptycznej2. Na przykład dowody wskazują, że tDCS indukuje długoterminowe efekty wzmocnienia (LTP), takie jak zwiększona amplituda szczytowa pobudzających potencjałów postsynaptycznych 3,4 i modulacja pobudliwości korowej5.
Na odwrót, stymulacja katodowa wywołuje hamowanie, co prowadzi do hiperpolaryzacji błony6. Hipoteza dotycząca tego mechanizmu opiera się na wynikach fizjologicznych, w których opisano tDCS w celu modulacji częstotliwości i czasu trwania potencjału czynnościowego w ciele neuronalnym3. Warto zauważyć, że efekt ten nie wywołuje bezpośrednio potencjałów czynnościowych, chociaż może przesunąć próg depolaryzacji i ułatwić lub utrudnić odpalanie neuronów7. Te kontrastujące efekty zostały już wcześniej zademonstrowane. Na przykład stymulacja anodowa i katodowa wywołała przeciwstawne efekty w reakcjach warunkowych zarejestrowanych za pomocą aktywności elektromiografii u królików8. Jednak badania wykazały również, że długotrwałe sesje stymulacji anodowej mogą zmniejszać pobudliwość, podczas gdy wzrost prądów katodowych może prowadzić do pobudliwości, prezentując efekty kontrastujące z samym sobą3.
Zarówno bodźce anodowe, jak i katodowe agregują użycie par elektrod. Na przykład w stymulacji anodowej elektroda "aktywna" lub "anoda" jest umieszczana nad obszarem mózgu, który ma być modulowany, podczas gdy elektroda "referencyjna" lub "katodowa" znajduje się nad obszarem, w którym zakłada się, że wpływ prądu jest nieistotny9. W stymulacji katodowej rozmieszczenie elektrod jest odwrócone. Intensywność stymulacji dla skutecznego tDCS zależy od natężenia prądu i wymiarów elektrod, które w różny sposób wpływają na pole elektryczne10. W większości opublikowanych badań średnie natężenie prądu wynosi od 0,10 do 2,0 mA i od 0,1 mA do 0,8 mA odpowiednio dla ludzi i myszy6,11. Chociaż rozmiar elektrody wynoszący 35cm2 jest zwykle używany u ludzi, nie ma właściwego zrozumienia wymiarów elektrod dla gryzoni i potrzebne jest dokładniejsze badanie6.
tDCS został zaproponowany w badaniach klinicznych z próbą zaoferowania alternatywnego lub uzupełniającego leczenia kilku zaburzeń neurologicznych i neuropsychiatrycznych11 takich jak padaczka12, choroba afektywna dwubiegunowa13, udar5, duża depresja14, choroba Alzheimera15, stwardnienie rozsiane16 oraz Choroba Parkinsona17. Pomimo rosnącego zainteresowania tDCS i jego zastosowania w badaniach klinicznych, szczegółowe zmiany wywołane komórkowe i molekularne w tkance mózgowej, krótko- i długotrwałe efekty, a także wyniki behawioralne, nie zostały jeszcze dokładniej zbadane18,19. Ponieważ bezpośrednie podejście człowieka do dokładnego zbadania tDCS nie jest wykonalne, zastosowanie modelu zwierzęcego tDCS może dostarczyć cennych informacji na temat zdarzeń komórkowych i molekularnych leżących u podstaw mechanizmów terapeutycznych tDCS ze względu na dostępność tkanki mózgowej zwierzęcia.
Dostępne dowody są ograniczone na temat modeli tDCS u myszy. W większości zgłoszonych modeli wykorzystano różne układy implantacji, wymiary elektrod i materiały. Na przykład Winkler i in. (2017) wszczepili elektrodę głowicową (Ag/AgCl, średnica 4 mm) wypełnioną solą fizjologiczną i przymocowali ją do czaszki za pomocą cementu akrylowego i20. W przeciwieństwie do naszego podejścia, wszczepiono im elektrodę piersiową (platynowa, 20 x 1,5 mm). Nasehi i in. (2017) zastosowali procedurę bardzo podobną do naszej, chociaż elektroda piersiowa została wykonana z gąbki nasączonej solą fizjologiczną (wypełnionej węglem, 9,5 cm2)21. W innym badaniu wszczepiono obie elektrody do głowy zwierzęcia, co osiągnięto za pomocą stałych płytek i pokryciu głowy zwierzęcia przewodnikiem hydrożelowym22. W tym miejscu opisujemy model myszy tDCS, który wykorzystuje przewlekle wszczepioną elektrodę za pomocą prostych procedur chirurgicznych i konfiguracji tDCS (ryc. 1).