Модуляция возбудимости коры головного мозга у крысы с помощью повторяющейся транскраниальной магнитной стимуляции

Аннотация

Источник: Beom, J., et al. Повторяющаяся транскраниальная магнитная стимуляция одностороннего полушария мозга крысы. J. Vis. Exp. (2016)

В этом видео демонстрируется применение повторяющейся транскраниальной магнитной стимуляции (рТМС) у крыс под наркозом для модуляции возбудимости коры головного мозга. Процедура включает в себя определение моторного порога (МТ) для установления исходной стимуляции с последующим применением рТМС с интенсивностью выше МТ для индуцирования деполяризации нейронов. Эта стимуляция вызывает приток кальция, способствует выработке нейротрофического фактора и усиливает синаптическую пластичность, в конечном итоге влияя на возбудимость коры головного мозга.

Протокол

Все процедуры, связанные с животными моделями, были рассмотрены местным институциональным комитетом по уходу за животными и ветеринарным советом JoVE.

1. Экспериментальная установка

1. Животная подготовка
   1. Дайте самцам крыс Спрэг-Доули 1 неделю на адаптацию к новой среде перед началом эксперимента.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Хотя в настоящем исследовании использовались 8-недельные крысы, в соответствии с гипотезами исследования можно выбрать развивающийся или взрослый мозг.
2. Ингаляционная анестезия для индукции
   1. Индуцируйте и поддерживайте анестезию с 5% и 2% изофлурана, растворенного в 40%/60% и 25%/75% кислорода/азота через камеру и носовой конус, соответственно. Отрегулируйте глубину анестезии до уровня отмены рефлекса отмены педали до защемления пальцев ног, чтобы подтвердить надлежащую анестезию.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Использование бодрствующих животных может быть лучшим выбором с точки зрения перевода, но существуют трудности в сдерживании во время рТМС, и они склонны к чрезмерной нагрузке.
   2. Контролируйте температуру тела с помощью ректального зонда и поддерживайте ее на уровне 37 °C с помощью гомеотермического одеяла. Контролируйте глубину анестезии с помощью рефлекса отмены педали, температуры, частоты дыхания и частоты сердечных сокращений.
3. Переключитесь на внутривенную анестезию для поддержания
   1. Подготовьте хвост с помощью спиртового тампона. Катетеризация боковой хвостовой вены с помощью венозного катетера 24-го калибра для перехода к внутривенной (IV) анестезии (рис. 1A). Вводите пропофол внутривенно (1 мг/[кг·мин] в течение 10 мин, используя эмульсию 10 мг/мл) животным. Прекратить прием изофлурана через 5 минут после начала загрузки пропофолом.
   2. Поддерживайте седацию пропофолом со скоростью инфузии 500 - 700 мкг/(кг·мин) на протяжении всего эксперимента, как и в предыдущем исследовании. Добавляйте кислород со скоростью 0,8 л/мин через носовой обтекатель.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Анестезия пропофолом предназначена для снижения потенциального подавления возбудимости коры головного мозга ингаляционным агентом. Тем не менее, анестезия не является обязательной в экспериментах с рТМС, и также можно использовать пробужденных животных. Выбор методов анестезии должен приниматься с учетом исследовательских гипотез.
   3. Используйте ветеринарную мазь для глаз, чтобы предотвратить сухость во время пребывания под анестезией.
   4. Примените магнитную стимуляцию (см. Раздел 2) через 10 минут после полного перехода к внутривенной анестезии.
4. Условия восстановления
   1. Мониторинг жизненно важных показателей во время фазы восстановления. Не оставляйте животное без присмотра до тех пор, пока оно не придет в сознание, достаточное для поддержания лежачего положения на грудине. Если животное перенесло операцию, не возвращайте его в компанию других животных до полного выздоровления.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Если проводится операция по поводу модели заболевания, необходимо послеоперационное обезболивание. Однако для этого эксперимента с рТМС обезболивание не требуется.

2. Повторяющийся стимулятор транскраниальной магнитной

1. стимуляции и катушка
   1. Применяйте стимуляцию с помощью повторяющегося стимулятора, который доставляет двухфазные стимулы через катушку в форме 8 мм диаметром 25 мм. Расположите центр катушки на расстоянии 0,5 см латеральнее вершины на биаурикулярной линии и наклоните катушку под углом 45° к земле.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Максимальная напряженность магнитного поля катушки составляет 4,0 Тл. Магнитная катушка прочно закреплена на встроенном держателе.
2. Motor threshold
   1. Определите порог двигателя (MT) в горячей точке, при этом центр катушки расположен на 0,5 см в сторону вершины на биаурикулярной линии, а поверхность плоская на кальварии. Это та же методология, которая использовалась в предыдущем исследовании.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Определите МТ как минимальную интенсивность стимула, вызывающую 5 или более пальпируемых сокращений на контралатеральной передней лапе 10 последовательными стимулами. Убедитесь, что стимуляция в первую очередь вызывает сокращение контралатеральной мышцы, чтобы обеспечить одностороннюю стимуляцию.
3. Применение rTMS
   1. Применяйте rTMS через 10 минут после стабилизации глубокой анестезии. Поместите центр катушки на целевой участок рТМС, выбранный из коры головного мозга в зависимости от исследовательских вопросов. Затем наклоните катушку, чтобы обеспечить прямой контакт между центром катушки и поверхностью черепа в точке стимуляции.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Например, наклоните катушку под углом 45° к земле, чтобы свести к минимуму потенциальное прямое воздействие рТМС на контралатеральную кору головного мозга (рис. 1B и 1C).
   2. Подвергните животных сеансу 20-минутной рТМС одностороннего полушария. С помощью программной консоли выполните rTMS с низкочастотным (1 Гц), высокочастотным (20 Гц) или фиктивным протоколом стимуляции и установите интенсивность стимуляции на уровне 100 - 110% от MT.
   3. Выполняйте стимуляцию с частотой 1 Гц без отдыха. Используя программную консоль, введите «1 200» выстрелов в течение «20» мин. Для стимуляции с частотой 20 Гц проведите стимуляцию в течение 2 секунд, а затем 28 секунд отдыха. Используя программную консоль, введите «1 600» снимков в течение «20» минуты.
   4. Для фиктивной стимуляции наклоните катушку перпендикулярно (вращение на 90°) к кальварии и расположите край катушки на расстоянии 2 см от поверхности головки (Рисунок 1D). Плотно закрепите держатель катушки на основном устройстве; нет необходимости держать катушку рукой во время эксперимента.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Для компенсации акустических и других неспецифических эффектов следует использовать различные фиктивные протоколы для различных протоколов стимуляции. Например, фиктивная стимуляция 1 Гц может быть использована для экспериментов с частотой 1 Гц rTMS.
4. Охлаждение катушки
   1. Используйте систему водяного охлаждения, чтобы обеспечить повторяющуюся магнитную стимуляцию в течение более 20 минут на частотах стимуляции 1 и 20 Гц (Рисунок 2). Во время эксперимента циркулируйте ледяную воду по всей длине катушки, чтобы предотвратить перегрев, хотя температура катушки или стимулятора не контролируется.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Также можно использовать имеющиеся в продаже охлаждаемые крысиные катушки.
   2. Если возможно, контролируйте температуру змеевика, просматривая датчик нагрева машины rTMS.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Никаких побочных эффектов, связанных с стимуляцией rTMS, не было. Тем не менее, существует потенциальный риск ожога, если рядом со стимулирующей катушкой используются металлические идентификационные бирки для ушей.

Результаты

Рисунок 1. Экспериментальные настройки. (а) Внутривенный катетер вводится в боковую хвостовую вену (стрелка), а носовой конус используется для анестезии изофлураном, а также для кислородной добавки посл...

Материалы