Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
Click here for the English version

Neuroscience

Mikroelektrod Uzun vadeli Derin Beyin Stimülasyonu için Sıçan Subtalamik Nucleus içine elektrotlar implantasyonu Rehberli

doi: 10.3791/53066 Published: October 2, 2015

Abstract

Derin beyin stimülasyonu (DBS) gibi idiyopatik Parkinson hastalığı, distoni veya titreme gibi çeşitli nörolojik bozukluklar için yaygın olarak kullanılan ve etkili bir tedavi yöntemidir. DBS santral sinir sisteminin belirli derin anatomik yapılara elektrik uyaranlara teslim dayanmaktadır. Ancak, DBS etkisi altında yatan mekanizmalar esrarengiz kalır. Bu, özellikle sıçanlarda hayvan modellerinde DBS etkisini araştıran bir ilgi yol açmıştır. DBS uzun vadeli bir tedavi olduğu için, araştırma DBS haftalarca sonra ortaya nöral devrelerin moleküler genetik değişiklikler odaklı olmalıdır. Sıçanlar yerinde stimülatörü hayvanın başının önde gelen tel tutarak sorunlara neden onların kafes içinde hareket nedeniyle sıçanlarda Uzun vadeli DBS zordur. Bundan başka, sıçan beyninde uyarımı için hedef yapılar küçük ve bu sebepten, elektrotlar kolayca gerekli pozisyonda yerleştirilemez. Böylece, uzun ömürlü stimula için bir set-upyaklaşık 1 M? empedansa sahip platin / iridyum elektrotlar kullanılarak sıçan edilmesi bu çalışma için geliştirilmiştir. Bu özelliklere sahip bir elektrot yeterli uyarılması aynı zamanda DBS için hedef bölgeyi tanımlamak için derin beyin yapıları kayıt sadece sağlar. Bizim set-up, tel bir fiş bir elektrot kafatası üzerine sabitlenmiş dört adet ankraj vida ile diş çimento gömülü edilmiştir. Stimülatörü fiş tel, paslanmaz çelik yay ile koruma altına alınmıştır. Bir döner Dolaşmasını tel önlemek için devresine bağlanmıştır. Genel olarak, bu uyarım set-up sıçan için ücretsiz hareketlilik yüksek derecede sunmaktadır ve uzun ömürlü gücünü korumak için baş fişi yanı sıra fişi ve stimülatör arasındaki kablo bağlantısını mümkün kılar.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

4 veya ventral orta talamus 5 - Derin beyin stimülasyonu (DBS), iç globus pallidusta 1, subtalamik nükleus (STN) 2 gibi özel serebral yapılara yerleştirilmiş elektrotlar aracılığıyla elektrik uyarılarının teslim dayalı bir tedavi yöntemidir. Son yirmi yıl içinde, bu tedavi Parkinson hastalığı 1 için güçlü bir tedavi aracı olarak tespit edilmiş olan - 4, distoni 6 ve tremor 7, ve aynı zamanda kronik ağrı 7, ruhsal bozukluklar (modüle etmek için kullanılır, örneğin, obsesif-kompulsif bozukluk 8, majör depresyon 9) veya dirençli epilepsi 10,11. Ayrıca, DBS, gelecekte, refrakter arteriyel hipertansiyon 12 veya ortostatik hipotansiyon 13 için bir tedavi seçeneği haline gelebilir.

Etkilerinin altında yatan fizyolojik mekanizmalarDBS anlaşılan kötü kalır. Anestezi kemirgenlerde çalışmalar klinik DBS 14 uygulanan taklit eden yüksek frekanslı stimülasyon sinir yanıtları içgörü sağladı. Bununla birlikte, bu çalışmalar, DBS etkisi davranışsal doğrulanmasını eksikliği değil, aynı zamanda 14 uygulanan uyarım parametrelerine bağlı olarak hatırı sayılır bir değişkenliğe yol açar.

Daha özlü bilinçli kemirgenlerde DBS davranışsal etkilerini ve altında yatan mekanizmaları araştırmak için, bir uyarım set-up özel gereksinimlerini yerine getirdiğini ihtiyaç vardır. DBS, çoğunlukla uzun vadeli tedavisi olarak kullanılmaktadır (örneğin, Parkinson hastalığı, kronik ağrı). Cihaz, bir tıkaç, hem de bir dış stimülatörü tapasından bir tel ile bir elektrot ihtiva etmektedir Bu durumda, kemirgenlerde stimülasyon kurulumu tasarlanmalıdır; kafatası üzerine sabit zaman ve bu birim hafif ama kırılmaz olmalıdır. Ayrıca, dolaşım özgürlüğü stimula sırasında sıçanlar için vazgeçilmezdiruzun bir süre boyunca tion. DBS hedef yapılar küçük; Örneğin, sıçanlarda STN 1,2 mm'lik bir uzunluğa ve 0,8 mm 3,15 arasında bir hacme sahiptir. Bu nedenle, elektrotlar çekirdeği yerleştirilmesi sırasında lezyonlu değildir ve ihtiyaçlarını hedef kesin olmak gerekirse bu tür tasarlanmış olması gerekir. Kemirgenlerde yapılan en DBS çalışmaların, hedef yapısı elektrot merkezi nokta stereotaktik ekleme kullanılan gibi, hata oranı Paxinos ve Watson'un 16 uygun koordinatlarla zaman da göreli olarak yüksek olabilir. Bu istatistiksel olarak anlamlı bir sonuca ulaşmak için gerekli olan bir hayvan, daha fazla sayıda sonuçlanır.

Bir elektrot implantasyon tekniği tanıtıldı Bu çalışmada, bu elektrot ilerleyen sırasında microrecording sistemi kullanılarak yüksek doğrulukta STN hedefliyor. Buna ek olarak, bir stimülasyon sistemi sadece uyarılan hayvan için hareketlilik yüksek derecede sağlar ama aynı zamanda sürekli bir uyanm garanti etmez sunulmuşturSıçan başkanı üzerine (bir paslanmaz çelik yayı tarafından korunan) stimülasyon tel güvenli sabitlenmesi via.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Deneysel inme araştırma için önerilere göre ve gerçekleştirilen 17 çalışmaları ve mevcut hayvan Araştırma: Hayvan deneyleri Würzburg Üniversitesi ve yasal devlet yetkilileri (54-2531.01-102 / 13 Aşağı Franken, onay numarası): tarafından onaylanmıştır Raporlama Vivo Deneyler Rehberinde (http://www.nc3rs.org.uk/arrive-guidelines).

1. Anestezi

  1. Prosedürün süresi boyunca besleme gazı (oksijen) ve izofluran yeterli miktarda sağlamak için anestezik sistemini kontrol edin. Stereotaksik enstrümanın kesici çubuğu ile Roket ucu konisi bağlayın ve -3.3 mm kesici bar koymak.
  2. Besleme gazının (/ dak 2 L) açın. Bir kutunun içine sıçan yerleştirin ve üst mühür. % 3.5 izofluran buharlaştırıcı açın.
  3. Sıçan yaslanmış olduğunda anestezik gaz kesici çubuğuna sabitlenir roket ucu konisi akar, böylece sistemini açmak.
  4. Ra kaldırkutu odasından t ve kulakları ve gözleri arasındaki bölgeyi traş; Jodosept PVP ile ıslatılmış bir pamuk kullanarak, gevşek saç kaldırmak için traş bölgeyi sürüntü.
  5. Roket ucu konisi (Şekil 1) 'de sıçan yerleştirin ve O 2 (/ dk 1 L) içinde% 2.5 ile izofluran anestezi devam edin. Interdijital alan sıkıştırarak anestezi seviyesini kontrol edin. Sıçan yeterli anestezi ise, defansif refleksler (ayak, yani geri çekilmesini) yürürlükten kaldırılmıştır.
  6. İşlem sırasında uyarılmaya solunum ve tepki izlemek ve gerektiğinde buharlaştırıcı ayarlayın.
  7. Anestezi altında iken kuruluğunu önlemek için gözleri veteriner merhem sürün. Monitör ve bir geri besleme kontrollü ısıtma sistemi ile 37 ± 0.5 ° C 'de vücut ısısını korumak.

2. Cerrahi

  1. Bütün cerrahi sırasında steril cerrahi alan tutun. Cerrahın elleri steril ve çalışma alanı steril sonra, sadece dikkatli bir şekild hareketLly ve sterilite kırmamaya hatırlıyorum. Bu aynı zamanda bir aletleri aşağı ayarlayabilirsiniz hangi steril bir alan (yani, steril su geçirmez örtüler) sahip içerir.
  2. Traş alanın merkezi haline mepivakain subkutan 0.2 ml enjekte edilir. Mepivakain 3 saat kadar etki süresi olan bir lokal anesteziktir. Ayrıca, cerrahi alan uyutmak olacaktır.
  3. Bir neşter kullanılarak, bir orta hat kesi kulak arasındaki başlayan ve 2 cm doğru uzanan olun. Periost (cilt altında parlak membran) da kazıma emin olun. Dört kelepçeleri (Şekil 2) ile kafatası Açığa.
  4. Koronal ve sagital sütür maruz kadar pamuk kullanarak, yavaşça çıkarın periost; bundan sonra, pamuk ile kan durdurmak.
  5. Bir prob tutucu sabit bir iğne kullanarak bregma koordinatlarını belirlemek ve daha sonra siyah bir keçeli kalem ile iğne ucu işaretleyin. Ön / posterior (AP) kullanarak, orta hat / yanal(ML) ve dorsoventral (DV) sürücü vida, doğrudan bregma üzerinde iğne ucu yerleştirin.
  6. AP ve ML sürmeli ölçekli okumalarını atın: Sağ STN içine elektrot implantasyonu için ML okuma AP okuma 3.6 mm ve 2.5 mm çıkarmak, ya da sol STN içine elektrot implantasyonu için 2.5 mm ekleyin. Bu pozisyon kafatasının yüzeyine iğne ucu düşürdükten sonra keçeli kalem boyası ile işaretlenir.
  7. Stereotaksik enstrümanın büyük prob tutucu üzerine diş matkap kelepçe. Yani, kafatası üzerinde belirgin nokta - hesaplanmış alan diş matkap taşıyın. Dura görünür oluncaya kadar mikroskop ile bakıyor, (kafatası yaklaşık 1 mm kalınlığında) kafatası yoluyla bir delik (çapı yaklaşık 1 mm) delin. Mikro-diseksiyon forseps veya steril bir iğne kullanılarak dura geri çekin. Dura elektrot ucu yok etmek için yeterli zordur.
  8. Her frontal skuam diş matkap ile bir delik delin ve intelektrot deliğe erparietal squama tersi. Stereotaksik cihazdan prob tutucu çıkarın. Venöz damarlar kafatasının altında sütür aşağıdaki gibi bir kafatası sütür üzerinde sondaj etmeyin.
  9. Beş deliklerin her birine bir kemik vidasını sıkın. Çok derin vida diş kaçının. Paslanmaz çelik vidalarla (M1.6) için, 2-3 yeterince beyin üzerinde baskı olmadan vida yapacak vida döner. Sarım sayısı vidanın son bağlıdır. Mikromanipülatör elektrot (Şekil 3) ile prob tutucu Kelepçe.
  10. Ucu neredeyse bregma dokunmadan kadar AP, ML ve DV sürücü vida kullanarak, elektrot ile prob tutucu hareket ettirin. Bregmadan AP, ML ve DV sürmeli ölçekli okumaları unutmayın. Okumalar yapıldığında, hareket sırasında kafatası kazıma elektrot önlemek için elektroda birkaç milimetre kaldırın. Elektrot içine yerleştirilmek üzere nerede pozisyonda koordinatlarını belirlemekdelik, ML okuma 2.5 mm AP okuma 3.6 mm ekleyebilir ve eklemek (veya çıkarmak).
  11. AP ve ML sürücü vidasını kullanarak hesaplanan pozisyona elektrodu taşıyın. Bu noktada, elektrot ucu açılmış elektrot deliğinin üzerine doğrudan yer olmalıdır. Ardından, mikroskop bakarak, dura (Şekil 4) seviyesine elektrodu indirin. Bu seviye DV yönde sıfır düzeyi olarak hizmet vermektedir. Bundan sonra, yavaşça mikroskop bakarak beyne elektrot ucu yerleştirin.
  12. Kayıt sisteminin konnektörüne elektrot pimini takın. Bir Faraday kafesi koyun (ya da alüminyum folyo ile yerine) stereotaksik alet sıçan (Şekil 5) üzerinde. Çalışmış olan odanın denge unsuru ile stereotaksik aleti topraklayın.
  13. Kayıt sistemini başlatın. Varsa, aynı zamanda advancin sırasında boşalmalar / tek birimlerin salves bir akustik sinyal elde etmek için bir hoparlörü kullanmakg elektrot.
  14. Yavaşça elektrot ilerleyen sırasında elektrik aktivitesini kaydederek beyin içine elektrot yerleştirin. Dura 'dan 7.5 ila 8.1 mm'lik bir derinlikte, STN özgül elektrik aktivitesi, genellikle tespit edilebilir (Şekil 6). 18: STN nöronların tipik faaliyeti düzensiz ateşleme deseni ve yüksek atış hızı ile karakterizedir (40.9 ± 12.9 Hz frekans demek).
  15. Kayıt sırasında, (0.8-1.0% kadar, örneğin) mümkün olduğunca anestezi azaltmak; Düşük anestezi hayvanların net bir elektrik beyin aktivitesi gösterir.
  16. Elektrot düşürücü zaman kafatasının yüzeyinde yerinden edildi herhangi bir kan ya da beyin omurilik sıvısı uzağa çubukla.
  17. Diş çimento küçük bir miktar kadar karıştırın ve elektrot çevresinde ve küçük bir spatula (Şekil 7) kullanarak beş vida dört etrafına uygulayın. Beşinci vida tapası topraklama kablosunu sabitlemek için kullanılacak.
  18. Diş çimento sabit zaman kayıt sisteminin elektrot tutucu ve konnektör gelen elektrot pimini çıkarın.
  19. Diş çimento ile sabit değildi vidayı sökün. Elektrot pin fişini takın. Beşinci vida (Şekil 8) ile fişin topraklama kablosunu sabitleyin.
  20. Diş çimento kadar karıştırın ve fiş etrafında uygulayın. Çimento kalınlaştırır gibi, bir kap oluşturmak için fiş etrafında kalıp. Hayvana zarar ve (Şekil 9A ve B) sertleşme sırasında bunları kaldırabilir diş çimento keskin kenarları kaçının.
  21. Yara kenarları debridman ve ön ve kapak arkasında bir dikiş ile kapatın. Yara kenarları dezenfekte edin.
  22. Bir döner üzerine monte edilmiştir tel baş takın. Stereotaksik aletten sıçan çıkarın.
  23. 2-3 gün süreyle günde bir kez daha sonra müdahale sonunda tramadol (12,5 mg / kg, intraperitonal olarak) uygulayınız. TES temiz bir kafeste sıçan yerleştirinl desteği, bu kafeste (Şekil 10) üzerine döner düzeltmek ve 1 saat dikkatle inceleyin.
  24. Sternal yatma korumak için yeterli bilinci yerine kadar gözetimsiz bir hayvan bırakmayın. Tamamen iyileşene kadar diğer hayvanların şirkete ameliyat geçirmiş bir hayvan iade etmeyin.

3. Uyarım

  1. Bir empedans ölçer kullanılarak stimülasyon önce hayvanda direncini belirlemek.
  2. Bir tel ve akım çıkışı ile telin öbür ucunda fişleri ve stimülatör zemin tel çıkışı ile döner fişini prize takınız. Stimülatörü programlamak için bir bilgisayar ile uyarıcı bağlayın.
  3. Programda stimülasyon parametreleri seçin; Örneğin, Parkinson hastalığı için kullanılan parametreler darbe uzunluğu vardır: 60 mikro-sn; Frekans: 130 Hz. Diskinezi tanınan dek artan bir akım genliği ile sıçan Canlandıracak. Th azaltındiskinezi ortaya çıkardı yoğunluğu altında% 10-20 ya da nörolojik belirtiler kaybolur ve hayvan rahat olana kadar e elektrikli şiddeti. Monofazik dikdörtgen darbe bu çalışmada kullanılmıştır.
  4. Deney tamamlandıktan sonra, izofluran ile hayvan euthanize:% 5 ya da daha büyük isofurane akış hızı veya konsantrasyonu ayarlayın. Durur nefes sonra 1 dakika kadar izofluran pozlama devam edin.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Bir kayıt sistemini kullanarak bir sıçan STN içine bir elektrot implante - Burada sunulan - hayvan başına yaklaşık olarak 1 saat sürer DBS etkili ve doğru bir yöntemdir. Bu model oldukça küçük bir işlemdir: cerrahiye maruz 10 sıçan üzerinden, tüm müdahale kurtuldu. Yirmi dört saat müdahalesinden sonra, her sıçanın devlet izlendi ve hiçbir hayvan şiddeti koduna göre en fazla 1 ila 3 puan elde etti. Sürekli stimülasyon dönemi (14 gün, 24 saat, bir gün) boyunca, müstakil hiçbir tel, kırdı ya da içinden ısırıldı. 10 sıçan hiçbiri diş çimento kap kaybetti ne de stimülasyon aşamasında cihaz tarafından zarar yaptı. Stimülasyon önce bu 10 hayvanlarda ölçülen empedans 353 ± 101 kohm idi. Fareler 130 Hz'lik bir frekansı ve 60 mikro saniye arasında puls genişliğinde uyarıldı. Ortalama uyaran şiddeti orofasial veya cont yoğunluğu eşiğinin altında% 20 olarak belirlenmiştir 60 uA olduralateral forepaw diskinezi, böylece stimülasyon döneminde beslenme veya hareketin sorunları önler.

Derin anestezi ve beyinleri hızla hasat edildikten sonra on dört gün müdahale ve sürekli stimülasyon sonrası, 10 fareleri başım kesmek suretiyle kurban edilmiştir. Bir fare beyin matrisi olarak, STN kapsayan 2 mm kalınlığında, beyin bloğu kesilmiş ve hemen -80 ° C'de dondurulmuştur. Bunlar beyin blokları koronal kesitler (8 mikron kalınlığında) kesildi. Her bölüm, elektrot ucu bulunan konumu görselleştirmek, hem de tespit nedeniyle elektroda enflamasyon veya yara dokusunun söylüyor hematoksilen ve eozin ile boyanmıştır. STN elektrodu yerelleştirilmesi için başarı oranı 10 hayvan 8. oldu. Histolojik gösterildiği gibi bu 8 sıçanlarda, implante elektrot ucu, STN yer. 11 STN elektrot konumunu göstermektedir Şekil. Sürekli st sonra gelişen küçük bir lezyonimulation tüm sıçanlarda bulunmuştur. Bu lezyon inflamatuvar hücreler (Şekil 11) az sayıda çevriliydi.

figür 1
Şekil stereotaksik enstrümanın başın 1. Sabitleme. Sıçan stereotaksik çerçeve kulak çubukları ile sabittir yanı sıra, gaz anestezi maskesi. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 2,
Kafatası maruz Şekil 2.. Bir orta hat kesi sonrasında, cilt ve periost yara kenarlarına alınır ve dört kelepçeler kullanılarak cerrahi alandan uzak tuttu. Büyük bir görmek için buraya tıklayınız Bu rakamın r sürümü.

Şekil 3,
Bir prob tutucu elektrot Şekil 3. Sabitleme. Forseps kullanarak, elektrot pin fiş takılı ve bir prob tutucu ile sabittir. Fiş bir tel aracılığıyla kayıt cihazı ile bağlanır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 4,
Beyindeki elektrodun Şekil 4. yerleştirilmesi. Kesin AP ve subtalamik çekirdek ML koordinatları belirlendikten sonra, elektrot ucu delinmiş dura düzeyi ve dorsoventral sürmeli ölçek okuma alınır gelişmiş olduğunu.= "_ blank" olsun> bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 5,
Elektrik müdahale Şekil 5. korunması. Bir Faraday kafesi (veya alternatif olarak, alüminyum folyo) stereotaksik alet ve enstrüman yanı sıra hayvan sıçan üzerinde konur, topraklı olduğunu. Büyük halini görmek için tıklayınız Bu rakam.

Şekil 6,
. 18: beyin aktivitesinin Şekil 6. Kayıt subtalamik nükleus (STN) düzensiz ateşleme paterni ve yüksek atış hızı (40.9 ± 12.9 Hz frekans ortalama) gösterir. STN girmeden önce elektrod zona incerta ile uyumlu bir, nispeten sessiz bölge geçer; Dikey sizBu alanda tedbirler yaklaşık 0.5-1 mm e. Bundan sonra, STN içine sokma tamamlandığını belirten sivri sayısı artar. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 7,
Elektrodun Şekil 7. Sabitleme. Subtalamik nükleus kayıt yoluyla tespit edildiğinde, elektrot elektrot sap ve vida etrafında diş çimento uygulanarak tespit edilir. Bu elektrodun pozisyonunu değiştiriyor olmadan elektrot pin gelen konnektörün fişini veriyor. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 8
Şekil 8. Attachielektrot pin fiş ng. stimülatörü bağlayıcı için fiş elektrot pimi takılır. Fişin üzerine lehimlendiğinde topraklama kablosu, kafatası üzerine vida ile sabitlenir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 9
Fişin Şekil 9. Sabitleme. (A) Cephe ve (B) Yanal bakıldı. Diş çimento tıkaç çevresinde uygulanır ve bir kapak oluşturulur; keskin kenarları kaçınılmalıdır. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 10
Stimul için sıçan Şekil 10. Bağlantıator. Bir döner Dolaşmasını tel önlemek için devreye katıldı. Sıçan teli ısırmaya başlarsa bir paslanmaz çelik yay teli korur. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil 11
Subtalamik çekirdek (STN) (hematoksilen ve eozin boyama) yoluyla Şekil 11. Beyin bölümü. (A) Genel, büyütme 2.5. Bir katı çizgi STN çevreler. Elektrot ucu uyarımı bir 14 günlük bir süre boyunca bulunduğu yerde küçük bir lezyon görülebilir. Elektrot doku tasarruf belirten: (125 mikron sap çapı) Bu elektrot görünür hiçbir penetrasyon kanal olmadığı not olduğunu. (B) resim A (kutu) Image detay, büyütme 100. Az sayıda veinflamatuar hücreler nedeniyle elektrot ucu beyin dokusunun tepki lezyonun etrafında saptanabilir oldu. Ok:. Inflamatuar hücre örneği gösteren bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Bu çalışma, sıçanların STN içine monopolar kronik elektrot implante için talimatlar adım adım seti sunuyor. Düşük empedanslı tungsten elektrot genellikle DBS 18,19, platin / iridyum (Pt / ir) 1 M? Empedans olduğu kullanıldı yapılmış bir tek kutuplu elektrot için kullanılır, ancak. Pt / Ir elektrodlar da nedeniyle olumlu özellikleri, Parkinson hastalığı olan hastalarda kullanılır: minimal erozyon 20 göstermekte ve herhangi bir yüksek yük yoğunlukları kullanıldığında, ilgili doku hasarı 21 üretmemektedir. Bu çalışmanın amacı, bir çeviri yaklaşım elde edilmesi amacıyla uzun süreli stimülasyon kurulum ve, olduğu için, yukarıda sözü edilen özelliklere sahip elektrotlar, bu deneyde uygulanmıştır. Elektrot ucu lokalizasyonu gösteren beyin dilimleri histolojik inceleme, bu deneyde Pt / Ir 22 zayıflatılmış yabancı cisim yanıtı doğrulamaktadır.

Bu çalışmada, ent ">, 1 M? empedansa sahip Pt / Ir elektrotları kullanılmıştır. elektrotlar düşük ya da daha yüksek bir empedansa sahip tek ya serebral aktivite kayıt için veya serebral yapıları uyarmak için uygundur, ancak her ikisini de. Gelen Çalışmada kullanılan kontrast, 1 M? bir empedans, derin beyin alanlarında aktivitesi kayıt ve STN gibi serebral yapıları uyarıcı için uygundur. kayıt en büyük avantajı olarak STN konumda tanımlanmasıdır . bizim sonuçlarımız gösterdiği gibi zaman Kayıt kısa miktarı, STN güvenilir lokalizasyonu sağlar:. histolojik kontrol STN (8 10 hayvan) hedefleyen yüksek bir başarı oranı elde elektrot ucu dorsal üst hücre tabakalarına implante edildi motor korteks 23 esas motorlu girişleri almak bilinmektedir: STN (7.7 mm DV) ve -lateral bölümü.

DBS için kablolama sisteminin kullanılması, potansiyel Compli ile sınırlı olabilirBu tür teller veya hayvanların hareket özgürlüğü düşük derecesi kırma olarak katyonlar. Ancak, bizim set-up, teller hayvanların serbestçe hareket etmesine izin hangi dönebilen bağlı idi. In vivo olarak kablosuz uyarıcı sistemleri (sıklıkla sabit bir hayvansal ya da gövde içine implante) da piller için gereksinimi ile sınırlıdır. Piller küçük olması gerekir gibi, gerilim dolayısıyla düşüktür. 1 M? Elektrotlar kullanıldığında, bir yüksek voltaj istenen uyaran yoğunluk elde etmek için gerekli olan ve buna bağlı olarak, daha büyük bir pil ya da piller sık ​​sık değiştirilmesi ile sonuçlanır. Ancak bizim çalışmamızda kullanılan uyarıcı sistemin bir avantaj uyarıcısı ve sabit akım uyarımı seçeneği geniş voltaj uyumu aralığıdır. Bu modda stimülatör elektrotta sabit bir akım çıkışı sağlamak amacıyla doku empedansı değişikliklere gerilimi ayarlar. Bir empedans değişimi olarak oluşumu ile DBS uzun süreli boyunca beklenenmasa doku elektrot arayüzü, elektrot ucu 22 örneğin, glial kapsülleme.

Özetle, elektrot implantasyonu sunulan yöntem hareket özgürlüğünü kısıtlayan ve hatta uzun süreli sırasında hayvan zarar vermeden sıçanlarda STN doğru ve güvenli bir stimülasyon sağlayan teknik gerçekleştirmek için basit, güvenilir ve sağlamdır. Küçük modifikasyonlar ile birlikte (örneğin, ek elektriksel çıkışı olan bir fiş ile), bu protokol, aynı zamanda STNS veya diğer serebral yapıların uzun süreli kayıtlar ya da her ikisi, bir başka serebral bölgenin derin beyin yapılarının uyarılması ve kayıt aktivitesi hem de Mikroelektronlar implante edilmesi ile uygulanabilmektedir .

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Pt/Ir electrode FHC Inc. UE Custom-made: Specification: UEPSEGSECN1M
Plugs GT Labortechnik (Arnstein/Germany) Custom-made
Pin header DISTRELEC 143-95-324 single-row, 90° 1x3 datamate, Type M80-8420342
Socket DISTRELEC 143-95-621 single-row,straight 2 mm pole no.1 x 3 datamate, Type M80-8400342
Stainless steel spring Plastics ONE SS0102 Part-#: .120 X .156 Spring ID (mm): 3.0  Spring OD (mm): 4.0
Dental cement/Paladur Heraeus Kulzer 64707938 Liquid, 500 ml
Dental cement/Paladur Heraeus Kulzer 64707954 Powder, rose, 500 g
Head screw Hummer & Reiss V2ADIN84 M1.6x3
Jodosept PVP Vetoquinol 435678/E04
Mepivacain 1% AstraZeneca PZN03338515
Epinephrine Sanofi-Aventis PZN00176118
Tramadolhydrochloride Rotexmedica 38449.00.00

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Kumar, R., Lang, A. E., et al. Deep brain stimulation of the globus pallidus pars interna in advanced Parkinson’s disease. Neurology. 55, (12 Suppl 6), S34-S39 (2000).
  2. Volkmann, J., Allert, N., Voges, J., Weiss, P. H., Freund, H. -J., Sturm, V. Safety and efficacy of pallidal or subthalamic nucleus stimulation in advanced PD. Neurology. 56, (4), 548-551 (2001).
  3. Volkmann, J., Allert, N., Voges, J., Sturm, V., Schnitzler, A., Freund, H. -J. Long-term results of bilateral pallidal stimulation in Parkinson’s disease. Annals of Neurology. 55, (6), 871-875 (2004).
  4. Odekerken, V. J., van Laar, T., et al. Subthalamic nucleus versus globus pallidus bilateral deep brain stimulation for advanced Parkinson’s disease (NSTAPS study): a randomised controlled trial. The Lancet Neurology. 12, (1), 37-44 (2013).
  5. Benabid, A. L., Pollak, P., et al. Long-term suppression of tremor by chronic stimulation of the ventral intermediate thalamic nucleus. The Lancet. 337, (8738), 403-406 (1991).
  6. Volkmann, J., Wolters, A., et al. Pallidal deep brain stimulation in patients with primary generalised or segmental dystonia: 5-year follow-up of a randomised trial. The Lancet Neurology. 11, (12), 1029-1038 (2012).
  7. Nguyen, J. -P., Nizard, J., Keravel, Y., Lefaucheur, J. -P. Invasive brain stimulation for the treatment of neuropathic pain. Nature Reviews Neurology. 7, (12), 699-709 (2011).
  8. Kohl, S., Schönherr, D. M., et al. Deep brain stimulation for treatment-refractory obsessive compulsive disorder: a systematic review. BMC psychiatry. 14, 214 (2014).
  9. Schlaepfer, T. E., Bewernick, B. H., Kayser, S., Mädler, B., Coenen, V. A. Rapid Effects of Deep Brain Stimulation for Treatment-Resistant Major Depression. Biological Psychiatry. 73, (12), 1204-1212 (2013).
  10. Fisher, R., Salanova, V., et al. Electrical stimulation of the anterior nucleus of thalamus for treatment of refractory epilepsy. Epilepsia. 51, (5), 899-908 (2010).
  11. DeGiorgio, C., Heck, C., et al. Vagus nerve stimulation for epilepsy: Randomized comparison of three stimulation paradigms. Neurology. 65, (2), 317-319 (2005).
  12. Callaghan, E. L., McBryde, F. D., et al. Deep Brain Stimulation for the Treatment of Resistant Hypertension. Current Hypertension Reports. 16, (11), 1-10 (2014).
  13. Green, A. L. M. R. C. S., Wang, S., Owen, S. L. F., Paterson, D. J. D. P., Stein, J. F. D., Aziz, T. Z. D. M. Controlling the Heart Via the Brain: A Potential New Therapy for Orthostatic Hypotension. [Miscellaneous Article]. Neurosurgery June 2006. 58, (6), 1176-1183 (2006).
  14. Chang, J. -Y., Shi, L. -H., Luo, F., Zhang, W. -M., Woodward, D. J. Studies of the neural mechanisms of deep brain stimulation in rodent models of Parkinson’s disease. Neuroscience, & Biobehavioral Reviews. 32, (3), 352-366 (2008).
  15. Hardman, C. D., Henderson, J. M., Finkelstein, D. I., Horne, M. K., Paxinos, G., Halliday, G. M. Comparison of the basal ganglia in rats, marmosets, macaques, baboons, and humans: Volume and neuronal number for the output, internal relay, and striatal modulating nuclei. The Journal of Comparative Neurology. 445, (3), 238-255 (2002).
  16. Paxinos, G., Watson, C. H. The rat brain in stereotaxic coordinates. Academic Press Elsevier. Amsterdam. (2007).
  17. Dirnagl, U. Bench to bedside: the quest for quality in experimental stroke research. Journal of Cerebral Blood Flow, & Metabolism. 26, (12), 1465-1478 (2006).
  18. Maesawa, S., Kaneoke, Y., et al. Long-term stimulation of the subthalamic nucleus in hemiparkinsonian rats: neuroprotection of dopaminergic neurons. Journal of Neurosurgery. 100, (4), 679-687 (2004).
  19. Spieles-Engemann, A. L., Behbehani, M. M., et al. Stimulation of the rat subthalamic nucleus is neuroprotective following significant nigral dopamine neuron loss. Neurobiology of disease. 39, (1), 105-115 (2010).
  20. Agnew, W. F., Yuen, T. G. H., McCreery, D. B., Bullara, L. A. Histopathologic evaluation of prolonged intracortical electrical stimulation. Experimental Neurology. 92, (1), 162-185 (1986).
  21. Harnack, D., Winter, C., Meissner, W., Reum, T., Kupsch, A., Morgenstern, R. The effects of electrode material, charge density and stimulation duration on the safety of high-frequency stimulation of the subthalamic nucleus in rats. Journal of Neuroscience Methods. 138, (1-2), 207-216 (2004).
  22. Groothuis, J., Ramsey, N. F., Ramakers, G. M. J., van der Plasse, G. Physiological Challenges for Intracortical Electrodes. Brain Stimulation. 7, (1), 1-6 (2014).
  23. Li, Q., Ke, Y., et al. Therapeutic Deep Brain Stimulation in Parkinsonian Rats Directly Influences Motor Cortex. Neuron. 76, (5), 1030-1041 (2012).
Mikroelektrod Uzun vadeli Derin Beyin Stimülasyonu için Sıçan Subtalamik Nucleus içine elektrotlar implantasyonu Rehberli
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Fluri, F., Bieber, M., Volkmann, J., Kleinschnitz, C. Microelectrode Guided Implantation of Electrodes into the Subthalamic Nucleus of Rats for Long-term Deep Brain Stimulation. J. Vis. Exp. (104), e53066, doi:10.3791/53066 (2015).More

Fluri, F., Bieber, M., Volkmann, J., Kleinschnitz, C. Microelectrode Guided Implantation of Electrodes into the Subthalamic Nucleus of Rats for Long-term Deep Brain Stimulation. J. Vis. Exp. (104), e53066, doi:10.3791/53066 (2015).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter