Manipulacja elektrokortykogramem padaczkowym (ECoG) i snem u szczurów i myszy za pomocą akupunktury

Ogólnym celem tej procedury jest ocena padaczki, snu i efektów akupunktury na modelu zwierzęcym. Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie neurobiologii dotyczące tego, jak ustalić padaczkę, analizować sen i wykonywać akupunkturę na małym modelu zwierzęcym. Głównymi zaletami tej techniki jest to, że elektrody kory bocznej i miogramu bocznego w tym semestrze można szybko i łatwo wszczepić za pomocą chirurgii stereotaktycznej.

Tę procedurę zademonstruje Yi-Jou Wu, doktorant z moich laboratoriów. Po potwierdzeniu prawidłowej głębokości sedacji przez brak reakcji na uszczypnięcie palca u nogi, nałóż maść do oczu na sześcio- do ośmiotygodniowego szczura Spregg Dolly o wadze od 250 do 350 gramów z pierwszej grupy. Użyj maszynki do strzyżenia, aby usunąć włosy z czubka czaszki.

Zdezynfekuj skórę za pomocą sekwencyjnych aplikacji roztworu jodu powidonu i 75% etanolu, a następnie wstrzyknięcia antybiotyku, aby zapobiec infekcji. Następnie zamontuj zwierzę na maszynie do stereotaksji, a następnie umieść pasek na ucho w przewodzie słuchowym. Za pomocą skalpela wykonaj około dwucentymetrowe nacięcie ogonowe w linii środkowej wzdłuż czaszki między uszami.

Następnie użyj hemostatów, aby przyciąć płaty skóry, odsłaniając czaszkę, i użyj skalpela, aby usunąć tkankę. Gdy czaszka jest czysta, użyj narzędzia obrotowego, aby wywiercić osiem otworów o średnicy około 0,7 milimetra w płatach czołowych, ciemieniowych i potylicznych oraz móżdżku zarówno w lewej, jak i prawej półkuli odsłoniętej kości. Następnie wkręć osiem elektrod elektrokortykogramu w otwory w celu wykrycia padaczki ogniskowej.

W osobnej grupie szczurów wywierć trzy otwory i umieść dwie śrubowe elektrody elektroencefalograficzne nad prawym płatem czołowym i ciemieniowym kory mózgowej o tych samych współrzędnych, co w pierwszej grupie. Następnie umieść trzecią elektrodę elektroencefalogramową nad lewym móżdżkiem, aby uziemić zwierzę i zredukować artefakty sygnału. Oddziel skórę szyi i mięśnie i wprowadź dwie elektrody elektromiogramu do mięśnia szyi.

Wywierć kolejny otwór w czaszce i umieść kaniulę prowadzącą do mikroiniekcji w lewym centralnym jądrze ciała migdałowatego. Następnie wywierć 1,6-milimetrowy otwór w czaszce i umieść skalibrowany 30-kilowoltowy termoster na powierzchni kory ciemieniowej, aby monitorować temperaturę kory mózgowej. Poprowadź izolowane elektrokortyki i elektrody elektromiogramu do cokołu.

Używając akrylu dentystycznego do zacementowania cokołu, poprowadź kaniulę do czaszki, a następnie podłącz termoster do linki. Następnie należy leczyć nacięcie miejscowo polisporyną, aby zapobiec infekcji i podawać zwierzętom wodę uzupełnioną ibuprofiną i penicyliną G przez tydzień po zabiegu. Aby wywołać ogniskową padaczkę skroniową, należy użyć pompy do mikroiniekcji, aby podać 0,5 mikrolitra pilokarpiny do lewego centralnego jądra ciała migdałowatego przez kanulę prowadzącą do wstrzykiwań w ilości 0,2 mikrolitra na minutę.

Aby wywołać padaczkę uogólnioną z nawrotem padaczki, należy wstrzyknąć 300 miligramów na kilogram pilokarpiny IP. W przypadku akupunktury najpierw ręcznie zlokalizuj punkty akupunkturowe. Na przykład punkty akupunkturowe feng chi znajdują się trzy milimetry od tylnej linii środkowej między uszami na szyi. Po potwierdzeniu niskiej impedancji skóry w interesujących punktach akupunkturowych, włóż igły ze stali nierdzewnej do punktów akupunkturowych na głębokości dwóch milimetrów.

Następnie, za pomocą funkcjonalnego stymulatora elektrycznego, dostarcz 10-hercowy ciąg 150-milisekundowych impulsów fazowych o intensywności jednego miliampera do punktów akupunkturowych przez igłę. Pokazano tu dominujący elektrokortykogram padaczkowy uzyskany z elektrody elektrokortykogramu na płacie ciemieniowym lewej półkuli. Po podaniu pilokarpiny rzadkie czynności padaczkowe są wychwytywane z pozostałych elektrod elektrokortykogramu, co wskazuje na udaną indukcję padaczki w płacie skroniowym.

W ciągu pięciu minut dochodzi do poważnego wpływu cholinergicznego na zachowanie, stopniowo nasilającego się, aż do wystąpienia napadu uogólnionego na podstawie elektrokortykosteroidu, po którym następuje stan padaczkowy. Nie obserwuje się elektrokortykogramu padaczkowego w okresie ciemności po pierwszym wstrzyknięciu pentylenu tetrasolu ani w drugim okresie ciemności w dniu wolnym od wstrzyknięcia do piątego wstrzyknięcia pentylenu tetrazolu, wraz z padaczką uogólnioną spontanicznie i nawracająco. Czuwanie wykazuje elektromiogram o wysokiej amplitudzie i obfitość aktywności lokomotorycznej, ze stopniowym wzrostem temperatury kory mózgowej, gdy stan czujności przechodzi ze snu innego niż REM lub REM do stanu czuwania.

Sen nie-REM charakteryzuje się zsynchronizowanymi elektrokortykogramami o wysokiej amplitudzie i niskiej częstotliwości, ze stopniowym spadkiem amplitudy elektromiogramu i brakiem aktywności lokomotorycznej, a także spadkiem temperatury kory mózgowej, gdy stan czujności przechodzi ze stanu czuwania do snu NREM. Podczas snu REM fala elektrokortykogramu jest desynchronizowana ze zmniejszoną amplitudą. Dominująca gęstość mocy elektroenkafalogramu występuje w zakresie częstotliwości theta.

Aktywność elektromiogramu jest najniższa, obserwuje się fazowe drganie ciała, a temperatura kory mózgowej gwałtownie wzrasta. Podanie 100 Hz elektroakupunktury do obustronnych punktów akupunkturowych feng chi zaostrza elektrokortykogramy padaczkowe indukowane pilokarpiną, podczas gdy 10 Hz elektroakupunktury hamuje elektrokortykogramy padaczkowe. Co więcej, podawanie pilokarpiny do lewego centralnego jądra ciała migdałowatego również hamuje sen nie-REM w okresie światła 12-godzinnego cyklu światło/ciemność.

100 Hz elektroakupunktury dodatkowo pogarsza indukowane pilokarpiną tłumienie snu nie-REM. W przeciwieństwie do tego, 10-hercowa elektroakupunktura w obustronnych punktach akupunkturowych feng chi zwiększa sen non-REM per se w okresie ciemności i blokuje wywołane przez pilokarpinę redukcję snu non-REM w okresie światła. Po opanowaniu tej techniki można ją wykonać w półtorej godziny, jeśli zostanie wykonana prawidłowo.

Przed przystąpieniem do tej procedury ważne jest, aby ćwiczyć umiejętność chirurgii stereotaktycznej aż do osiągnięcia biegłości. Po opracowaniu, technika ta toruje drogę naukowcom w dziedzinie neurobiologii do zbadania wpływu akupunktury na padaczkę i zaburzenia snu. Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak chirurgicznie wszczepić elektrody elektroencefalo i elektromiogramu, przewodnik canula oraz semestr do oceny wzorców snu i innych skutków akupunktury na aktywność mózgu.