Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

Direct-current stimulatie en multi-elektrode Array Registratie van Inbeslagneming-achtige activiteit in de muizen Brain Slice Voorbereiding

Published: June 7, 2016 doi: 10.3791/53709
Automatic Translation
1, 1, 2, 1
1Institute of Biomedical Sciences, Academia Sinica, 2Department of Anesthesiology, University of Alabama at Birmingham

Abstract

Kathodische gepulste elektromagnetische velden (tDCS) induceert onderdrukkende effecten op de resistente aanvallen. Om effectief acties uit te voeren, de stimulatie parameters (bv, oriëntatie, veldsterkte, en duur stimulatie) nodig hebben bij muizen hersenen slice voorbereidingen worden onderzocht. Testen en regelen van de oriëntatie van de elektrode ten opzichte van de positie van de muizen hersenen slice haalbaar. De onderhavige werkwijze behoudt de thalamocingulate weg naar het effect van DCS op de anterior cingulate cortex inbeslagneming-achtige activiteiten te evalueren. De resultaten van de multikanaals matrix recordings aangegeven kathodische DCS significant af van de amplitude van de stimulatie opgewekte responsen en duur van 4-aminopyridine en bicuculline geïnduceerde aanvallen-achtige activiteit. Deze studie is ook gebleken dat de kathodische DCS toepassingen op 15 min veroorzaakt langdurige depressie in de thalamocingulate route. De huidige studie onderzoekt de effecten van DCS op thalamocingulate synaptische plasticiteit en acute inbeslagneming-achtige activiteiten. De huidige procedure kan testen de optimale stimulatie parameters zoals oriëntatie, veldsterkte en de duur stimuleren in een in vitro muismodel. Ook kan de werkwijze de effecten van DCS corticale aanvallen-achtige activiteiten zowel op cellulaire als netwerkniveau evalueren.

Protocol

Procedures die proefdieren te betrekken werden goedgekeurd door de Institutional Animal Care en Ingebruikname Comité, Academia Sinica, Taipei, Taiwan.

1. Voorbereiding Experimentele Solution en Apparatuur voor multielectrode Array Recording

  1. Bereid kunstmatige cerebrospinale vloeistof (aCSF; 124 mM NaCl, 4,4 mM KCI, 1 mM NaH 2 PO 3, 2 mM MgSO4, 2 mM CaCl2, 25 mM NaHCO 3 en 10 mM glucose, geborreld met 95% O2 en 5% CO 2).
  2. Gebruik twee types van MEA probes: 6 x 10 vlakke MEA en 8 x 8 MEA. Eerstgenoemde sondekapjes de regio die de cortex, striatum en thalamus omvat. De laatste sonde heeft alleen betrekking op de corticale regio.
  3. Gebruik een 60-kanaals versterker met een banddoorlaatfilter ligt tussen 0,1 Hz en 3 kHz bij 1200 amplificatie. Het verwerven van gegevens op een 10 kHz sampling rate.
  4. Plaats twee AgCl-gecoat zilver draden in de MEA kamer voor DCS. Gebruik de AgClbeklede zilverdraden elektrische velden die worden gegenereerd door een geïsoleerde stimulator produceren.
  5. Plaats een wolfraam elektrode (diameter 127 micrometer, lengte, 7,62 cm; 8 ° AC conische tip; weerstand, 5 MQ) voor de thalamus stimulatie, en plaats de referentie-elektrode in de MEA kamer. Leveren stromen de wolfraam elektrode via een geïsoleerde stimulator die wordt bestuurd door een pulsgenerator.

2. Brain Slice Voorbereiding

  1. Gebruik mannelijke C57BL / 6J muizen, 4-8 weken oud. Het huis van de dieren in een kamer met airconditioning (21-23 ° C; luchtvochtigheid van 50%; 12 uur / 12 uur licht / donker cyclus, lichten aan om 08:00) met vrije toegang tot voedsel en water.
  2. Neem een ​​250 ml portie van de aCSF die bereid was in stap 1.1, en plaats deze in een bekerglas dat ijs bevat. Tegelijkertijd leveren continu gas dat bestaat uit 95% O2 en 5% CO2.
  3. Chirurgie
    1. Verdoven het dier met 4% isofluraan in een glasbox voor ongeveer 3 minuten. Zodra het dier een chirurgische diepte van de anesthesie (aangegeven door het ontbreken van een reactie op de teen knijpen) bereikt, leg het op een ondiepe lade die is gevuld met crushed ijs, en verwijder het hoofd met een schaar.
    2. Expose de schedel, en trim de resterende spier. Vervolgens wordt met behulp van rongeurs, afpellen van het dorsale oppervlak van de schedel van de hersenen. Knip de zijkanten van de schedel met behulp van rongeurs. Steriliseren alle chirurgische instrumenten met een 75% ethanoloplossing.
    3. Met behulp van een spatel, snijd de olfactorische bollen en zenuwverbindingen langs het ventrale oppervlak van de hersenen, en verwijder de hersenen. Na onthoofding snel de hersenen overdragen aan een bekerglas gevuld met ijskoud geoxygeneerd aCSF.
  4. Bereiding van Medial Thalamus (MT) -ACC Brain Slice
    Let op: Bereid plakken dat het pad van het MT om ACC 13 bevatten.
    1. Hand-snijd de hersenen blok met twee sagittale sneden 2,0 mm lateraal van de middellijn in elk halfrondde subcorticale anatomie weergegeven. Maak dan twee schuine bezuinigingen. Maak de eerste cross-snede evenwijdig met de zichtbare fiber-darmkanaal in het striatum.
    2. Maak de tweede doorsnede van de verbinding tussen het cerebellum en de visuele cortex naar het midden tussen de voorste en commissure optische stelsel die ventrale en parallel aan de thalamocingulate biosynthese.
    3. Bevestig de hersenen blok naar een hoekige plaat (~ 120 °) met cyanoacrylaat lijm, en maak een snede net boven het keerpunt van de route. Vouw de plaat, plat, en lijm deze op de kamer fase van een vibratome.
    4. Voeg mediale thalamus-ACC hersencoupes (500 urn dik) en dompel hen in ijskoud geoxygeneerd aCSF.Transfer plakken aan de opname kamer, en laten 32 ° C onder continue perfusie (12 ml / min) met geoxygeneerd aCSF gedurende 1 hr.

3. Voorbereiding van de perfusie kamer voor multielectrode Array Recording

  1. Voorbereidingvan perfusie kamer
    1. Plaats een MEA probe op een multi-kanaalsysteem, en gebruikt twee verschillende polyethyleenbuizen de probe verbinden met een peristaltische pomp. Gebruik een buis naar de aCSF begeleiden in de MEA kamer en de andere buis naar de aCSF uit de kamer te begeleiden. Tenslotte continu perfuseren de bereiding met warme (29-30 ° C) geoxygeneerd aCSF (8 ml / min).
  2. Transfer slice hersenen om MEA. Houd de hersenen slice op de MEA met een natte wattenstaafje. Verplaats de hersenen slice zorgvuldig zodat de ACC boven de elektroden georiënteerd.
  3. Gebruik slice anker kits en hold-downs om op de hersenen slice. Deze stap zorgt voor een goede elektrische verbinding tussen het segment en elektroden.

4. Het genereren van elektrische velden door DCS

Opmerking: De definitie van het elektrische veld oriëntatie was gebaseerd op de richting van de axodendritic as in de ACC. De oriëntaties van dendrieten en soma compartimenten warenbevestigd met Golgi kleuring 12.

  1. Plaats het AgCl elektrode (gedefinieerd als de anode) proximaal van de ACC en plaats de andere elektrode (gedefinieerd als de kathode) distaal van de ACC. Noteer de veldsterkte die wordt gegenereerd door de twee oriëntaties veld (parallel en loodrecht op de ACC axodendritic vezels) Door de MEA en levert de stroom van de elektrische velden met een stimulator.
  2. Bevestig de afstand van het AgCl elektroden (ongeveer 1,5-2 cm) en pas stroomsterkte de stimulator naar de DCS tussen 0,5 en 2 mA maken.

5. Elektrisch-geïnduceerde corticale Synaptic Responses

Opmerking: Laten synaptische responsen in de ACC door elektrische stimulatie in de MT, waarin een programmeerbare elektrische stimulus generator produceert rechthoekige tweefasige stroompulsen.

  1. Herhaal Sectie 3 hierboven.
  2. Plaats een wolfraam elektrode in de MT, en peulvruchten te verlossen van de stimulator naar de Thalamic regio van de schijfjes via bipolaire wolfraamelektroden.
  3. Gebruik maken van verschillende stroomsterkten om de drempel dat een ACC reactie uitlokt vast te stellen. Hier, gebruik een intensiteit van ± 150 pA en duur van 200 psec, wat een 80% maximale respons in de ACC meeste segmenten opgewekt.
  4. Beweeg de wolframelektrode langs de thalamocingulate route (van MT naar corpus callosum) in de MT-ACC slice naar de optimale respons profielen te verkrijgen.
  5. Maak 10-20 sweeps van ACC reacties, en het gebruik van de software om automatisch het gemiddelde van alle van de ACC opgeroepen door MT stimulatie. Het resultaat iss de synaptische reacties in ACC opgewekt uit MT stimulatie door MT-ACC route.

6. Elektrisch-geïnduceerde inbeslagneming-achtige activiteit

Opmerking: Beslag-achtige activiteit werd geïnduceerd door toepassing van 4-aminopyridine (4-AP, 250 pM) en bicuculline (5 uM). Vorige tijd-control studies toonden aan dat maximale en stabiele reacties verschenen2-3 uur na drug toepassing 14.

  1. Herhaal Sectie 5 hierboven.
  2. drugs toe te voegen aan de perfusie-oplossing. Gebruik 4-AP (250 uM) en bicuculline (5 uM). Meng de drugs gelijkmatig en verder perfusie 2-3 uur.
  3. Beslaglegging-achtige activiteit vergemakkelijken, handhaven de perfusiepomp relatief snel perfusiesnelheid (8 ml / min), die ook kan helpen voorkomen dat de opbouw van een pH gradiënt.
  4. Plaats een wolfraam elektrode in de MT, en leveren van elektrische stimulatie (150 uA, 200 psec duur) aan ACC reactie profielen te verkrijgen.
  5. Voeg 10-20 sweeps en het gemiddelde van de respons.
  6. Vervang de perfusie oplossing met verse aCSF uit te spoelen de drugs. Herhaal stap 6.5.

7. Testen Effect van DCS op Opgeroepen corticale Responses

  1. Herhaal de punten 3 en 4. Zorg ervoor dat uniforme elektrische velden worden opgewekt door het passeren van stromen tussen twee parallelle AgCl-gecoat zilver draden die in de M zijn geplaatstEA kamer. Als er geen problemen, de DCS blijft tussen de 0,5 en 2 mA.
  2. Schakel de DCS, en plaats een wolfraam elektrode naar de thalamus te stimuleren (± 150 uA, 200 psec duur). Om maximale synaptische reacties in de ACC te verkrijgen, maken 10-20 veegt en het gemiddelde van de reacties.
  3. Tegelijkertijd zet de DCS (2 mV / mm DCS sterkte) en thalamus stimulatie (350 uA, 200 psec duur). Evalueer de veranderingen van de amplitude van de thalamus stimulatie opgewekte ACC respons tijdens DCS.
  4. Schakel de DCS en voeg 4-AP (250 uM) en bicuculline (5 uM) aan de perfusievloeistof. Wacht dan 2-3 uur. Als de drugs van invloed op de hersenen slice, de slice produceert corticale beslag reacties.
  5. Maak 10-20 sweeps van ACC reacties, en meet vervolgens de amplitude en de duur van de elektrische opgeroepen corticale beslag reacties.
  6. Na stap 7.5, tegelijkertijd zet de DCS (2 mV / mm DCS sterkte) en thalamus stimulatie (150 uA, 200 duratiop usec). Evalueer veranderingen in de amplitude en duur van corticale opgewekte responsen in beslag DCS toepassing.
  7. Vervang de perfusie oplossing met verse aCSF uit te spoelen de drugs, en herhaal de stappen 7.2 en 7.3.
  8. Verzamel alle van de registratie van de gegevens, en de groep van de gegevens in de verschillende experimentele omstandigheden. Evalueer de amplitude en duur van corticale beslag gedrag onder verschillende experimentele omstandigheden.

8. Data Analysis

  1. Gebruik software (bijv MC Rack software) om automatisch het gemiddelde van de opgenomen reacties, en de uitvoer van de ruwe data naar een spreadsheet. Analyseer de amplitude en duur van de ruwe gegevens en het genereren van kleur cijfers.
  2. Om oscillerende inbeslagneming gebeurtenissen op te sporen, te gebruiken software om de basiswaarde en standaarddeviaties (SD) te meten. Set 3 SD van het geluidsniveau als de drempel. Amplituden van de pieken in een oscillatie geval deze drempel overschrijden automatisch detecterened.
  3. Voer de statistische analyse met Student's t-test.
  4. Express metingen en one-way variantie-analyse (ANOVA) resulteert in de tekst als gemiddelde ± SE, met n met vermelding van het aantal schijfjes bestudeerde 12.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Voorbereiding van de Thalamocingulate Slice en MEA Recording System Setup

De MT-ACC segment van muizen is een speciaal segment preparaat dat verkenning van de elektrofysiologische eigenschappen van het thalamocingulate route toelaat. Figuur 1A toont de wijze waarop de MT-ACC slice bereid. De hersenen van de muis werd snel verwijderd en bewaard in koud geoxygeneerd aCSF (Figuur 1A, a, b). Om subcorticale anatomie onthullen, werd de hersenen gesneden 2,0 mm lateraal van de middellijn in elk halfrond sagittale brain blokken verkrijgen (Figuur 1A, c, d). Twee schuine ventrale bezuinigingen werden gemaakt in de hersenen blokken aan de thalamocingulate pad te houden. De eerste doorsnede gemaakt in de voorkant van de hersenen blokkeren, evenwijdig aan de vezel toegankelijk kanaal in het striatum. De tweede cross-cut werd gemaakt aan de achterzijde van de hersenen blok van de verbinding weddenschapween de kleine hersenen en de visuele cortex naar het midden tussen de voorste commissure en optische-darmkanaal. Nadat de sneden zijn gemaakt, werd de hersenen blok geplakt op een hoekig kunststofplaat (120 ° hoek) en een snede gemaakt aan de rugzijde direct door de cortex (Figuur 1A, bijvoorbeeld). De hersenen blok plaat werd gelijmd op een vibratome en ondergedompeld in koele zuurstofrijk aCSF. Tenslotte enkele plakjes (500 micrometer dik) werden uit de hersenen blok en geïncubeerd in geoxygeneerde aCSF (Figuur 1A, h, i).

Figuur 1B toont de MEA opnamesysteem setup. Het schema toont de perfusie en MEA daarmee verbonden een opname computer. Een lege MEA probe werd geplaatst in de versterker en perfusie begon met een stroomsnelheid van 8 ml / min. De hersenen slice MT-ACC werd geplaatst op de MEA probe met dien verstande dat het opnamegebied was zo dicht mogelijk bij het midden. Een stimulator was gebruikd de hersenen slice stimuleren en genereert het elektrische veld. Nadat alle stappen zijn voltooid, het systeem opgenomen de elektrofysiologische eigenschappen van het thalamocingulate route.

Figuur 1C toont het registratiegebied diagram en de wijze waarop de hersenen slice MT-ACC op MEA probe werd geplaatst. Figuur 1C-a toont de verschijning van de MEA probe. De zwarte lijn (rode pijl) op de sonde hielp de gebruiker de juiste richting van de sonde in de versterker te bepalen. Figuur 1C-b toont de belangrijkste keten van de MEA probe. Figuur 1C-c toont de elektrische array werd bedekt op de corticale weefsel.

Testen Evoked Responses

Om het behoud van het thalamocingulate route in de slice voorbereiding bevestigen, deze studie stimuleerde dethalamus en opgenomen in de ACC in de elektrofysiologische experimenten. Slechts plakjes met postsynaptische potentiaal in de ACC terwijl het leveren van een kleine hoeveelheid stroom in de MT werden gebruikt in het experiment. Figuur 2A toont de posities van de stimulatie en registrerende elektroden en typische thalamus stimulatie opgewekte responsen in de ACC. Om inbeslagneming-achtige activiteit, 4-AP (250 pm) en bicuculline (5 uM) te induceren werden gebruikt om epileptische activiteit te induceren. Typische 4-AP met bicuculline geïnduceerde spontane aanvallen-achtige activiteit bestond uit een ictale begin, gevolgd door een tonische fase en lange duur. De sporen werden geselecteerd voor een vergroting in figuur 2B. Deze studie ook geprobeerd om de stimulatie te leveren in het MT na het induceren van drugs geïnduceerde aanvallen. 4-aminopyridine / bicuculline-opgewekte epileptische activiteit werd geïnduceerd na elektrische stimulatie (Figuur 2C).

testenOriëntatie van DCS en Slice

Eerdere klinische studies toonden aan dat de oriëntatie van het elektrische veld van kathodische DCS invloed thalamus-stimulatie opgewekte activiteit. Figuur 3A toont de verschillende oriëntaties van het elektrische veld, die evenwijdig aan of loodrecht op de oriëntatie van dendriet en soma compartimenten in de ACC was geregeld. Wanneer het elektrische veld parallel is ingericht om neuronale cellen kathodische stimulering onderdrukte thalamus stimulatie opgewekte responsen in het mediale gedeelte van de ACC (Figuur 3B, bovenste paneel). Wanneer het elektrisch veld werd loodrecht op neuronale cellen, werden geen significante effecten op thalamus stimulatie opgewekte responsen waargenomen (Figuur 3B, onderste paneel). Parallel kathodische DCS ook onderdrukt 4-AP-en-bicuculline geïnduceerde inbeslagneming-achtige activiteit in de mediale deel van de ACC (figuur 3C, bovenste paneel).Het verkort de duur van de inbeslagneming-achtige activiteit, en geen significant effect van loodrecht kathodische DCS werd waargenomen (Figuur 3C, onderste paneel). Deze resultaten bevestigden dat de oriëntatie van het elektrische veld belangrijk bij de regulering van synaptische transmissie in de thalamocingulate route.

Effect van DCS op epileptische activiteit

De klinische toepassing van transcraniële magnetische stimulatie, tDCS en DCS verschaft een niet-invasieve benadering voor het behandelen van resistente aanvallen. Eerdere studies toonden aan dat veld stimulatie gemoduleerd synaptische plasticiteit en beïnvloed epileptische activiteit in verschillende gebieden van de hersenen. De huidige resultaten toonden aan dat kathodische tDCS ingedrukt thalamocingulate synaptische transmissie. De amplitude van de stimulatie opgewekte responsen en duur van aanvallen-achtige activiteit depressief (9 of 11 segmenten, 81,82%; Figure 4A, linker paneel). Figuur 4A (rechter paneel) toont dat 15 minuten van kathodische DCS effectief induceerde langdurige depressie (LTD) in MT-ACC route en depressief opgewekte responsen (N = 11, p <0,05). Figuur 4B (linker paneel) laat zien dat thalamus stimulatie opgewekte robuuste inbeslagneming-achtige activiteit in de cingulate cortex. Dertig minuten na 15 min kathodische DCS toepassing, de duur van thalamische stimulatie opgewekte aanvallen-achtige activiteit werd ingekort. De resultaten toonden ook aan dat de duur beslag nam significant af na 15 min kathodische DCS tegenover zonder toepassing DCS (N = 9, p <0,05; figuur 4B, rechter paneel).

Figuur 1
Figuur 1:. Voorbereiding van de Thalamocingulate Slice en MEA Recording System Setup (A) MT-ACC slice proprocedure (a) Verwijder de hersenen en (b) de overdracht aan zuurstofrijk aCSF koelen. (C) Maak twee parasagittal delen uit de middellijn. (D) Zijaanzicht van het mediale deel van de hersenen blokkeren. (E) Maak twee schuine ventrale delen van de hersenen te blokkeren. (F) Lijm de hersenen blok op een schuine kunststof plaat. (G) Maak een dorsale knippen en vouw de hersenen blokkeren. (H) Lijm de hersenen blok in een vibratome. (I) het verzamelen van plakjes van de hersenen blokkeren. (B) MEA opnamesysteem setup. (C) MEA begrenst. (A) MEA probe. (B) MEA circuit. (C) De ACC van de hersenen slice werd boven de elektrode probes georiënteerd. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

e = "1"> Figuur 2
Figuur 2: De verschillende reacties van de consument te Thalamic Stimulation and-Drug geïnduceerde Stimulation (A) Thalamic-stimulatie opgewekte reacties in de ACC.. (B) 4-Aminopyridine- en bicuculline geïnduceerde inbeslagneming-achtige activiteit. (C) Thalamic stimulation- en drugs geïnduceerde inbeslagneming-achtige activiteit. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 3
Figuur 3:. Effect van verschillende oriëntaties van DCS (A) Verschillende oriëntaties van het elektrische veld. (B) Thalamic-stimulatie reacties van de consument met DCS. (C) Effect van kathodische DCS op inbeslagneming-achtige activiteit.: //www.jove.com/files/ftp_upload/53709/53709fig3large.jpg "Target =" _ blank "> Klik hier om een ​​grotere versie van deze figuur te bekijken.

figuur 4
Figuur 4: Effect van kathodische tDCS op epileptische activiteit (A) Vijftien min kathodische DCS-geïnduceerde LTD en depressief uitgelokte activiteit.. (B) Het optreden van de inbeslagneming-achtige activiteit daalde tijdens de kathodische stimulering. De onderdrukking van de inbeslagneming-achtige activiteit met 15 minuten kathodische DCS doorstaan, zelfs wanneer de toepassing van DCS werd beëindigd. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

In deze studie werden de effecten van de duur en oriëntatie van DCS ACC aanvallen-achtige activiteit getest. Stabiele data in muizenhersenen plakjes verkrijgen, hoe de integriteit van de MT-ACC pathway houden en om schade te voorkomen is het belangrijk, met name de stappen waarin twee schuine sneden ventrale en dorsale verlaging van de cortex gemaakt. Bovendien kan de tijd om de hersenen slice bereiden beïnvloeden ook de activiteit van de hersenen deel, dat zo snel mogelijk naar de hersenen vers en sterk te houden moeten zijn. Een eerdere studie toonde aan dat elektrochemische schade doelweefsel kan in een in vivo bereiding 15. Een in vitro hersenen slice preparaat kan worden gebruikt om dit probleem te vermijden. In een in vitro bereiding, is het weefsel niet direct de elektrode, waardoor elektrochemische effecten 16 geminimaliseerd. De effecten van DCZ werden vergeleken met elektroden die zijn georiënteerd in verschillende richtingen. Wanneer de electrodes werden georiënteerd onder 90 ° en 270 °, DCS had geen invloed opgewekte activiteit (Figuur 3). Dus uitgesloten dit gecontroleerd experiment de mogelijkheid van bijwerkingen van elektrochemische reacties DCS dat het weefsel in onze studie beschadigd. De beschermende herstel methode van de hersenen plakjes is een ander belangrijk; aCSF de formule in dit onderzoek biedt een alternatief voor de beschermende snijmethode en is zeer effectief voor het behoud van neuronen in de hersenen plakjes 4-8 weken oude dieren. De methode is niet ontworpen voor gebruik met dieren van alle leeftijden; het gebruik van Tris aCSF blijkt effectief bij jonge muizen zijn zoals het gebruik van de beschermende NMDG terugwinningsmethode bij muizen van 6 weken en ouder. Gebruikers dienen daarom rekening houden met de relatieve leeftijd equivalenten over soorten naar de beste methode voor het experiment te kiezen.

Met behulp van een MEA van de hersenen plakjes record is een veelgebruikte techniek, maar een combinatie van een elektrisch veld met een MEA opname systeem is algemeen niet gedaan. Invloed van een DC veld in geleidende oplossing van MEA opnamesysteem is een interessante benadering, met name voor perioden van vele seconden tot minuten. Een eerdere studie toonde aan dat DCS aanvraag niet de pH veranderde in aCSF oplossing, wat aangeeft dat de pH van de geleidende oplossing stabiel in deze experimentele opstelling 12. Een relatief snelle perfusiesnelheid (8 ml / min) werd gehandhaafd aanvallen-achtige activiteit te vergemakkelijken, en alle producten van de chemische verandering van de MEA probe door de perfusie gewassen, dus het vermijden van opbouw van een pH gradiënt. Multielectrode matrix opnametechniek is vaak beperkt door het type hersenplakje en het bereik van de registratie-elektrode. Het type hersenplakje bepaalt welke schakeling pathway is opgenomen, en het bereik van de registratie-elektrode bepaalt of een of meerdere hersenen kernen worden opgenomen. Deze voorwaarden moeten worden bevestigd voor het experiment.

Pre vorige studies toonden aan dat de lange-termijneffecten van DCS ontstaan ​​door de modulatie van synaptische transmissie 17. In de huidige studie, de kathodische DCS veroorzaakt LTD in de MT-ACC route. De LTD of depotentiation van aanvallen gerelateerde versterking werd voorgesteld een deel van het onderliggende mechanisme van onderdrukking beslag, wat suggereert dat verbetering van de resultaten van tDCS behandeling mogelijk. Er is echter geen gepubliceerd onderzoek richtte zich op de veldsterkte ter cingulate cortex. De diepe locatie van de cingulate cortex in het mediale deel van de cortex is moeilijk te testen. Zo is het onvermijdelijk dat de stroom kan hebben op de weefsels en vaten die dichter bij het oppervlak. De moeilijkheid van zich te richten diepe weefsel door tDCS mag de toepassing van tDCS voor in vivo onderzoek te beperken. Daarom begrijpen hoe DCS beïnvloedt neuronale activiteiten moet hersenplakje preparaat worden gebruikt, als niet-specifieke vasculaire effecten daarvan moeten worden uitgesloten.

jove_content "> Voor de vaststelling van een experimenteel model, wordt de beschreven beslag geïnduceerd in een gezonde hersenen. De inbeslagneming-achtige activiteiten werden verder veroorzaakt door een elektrische puls. De timing van de inbeslagneming voorval kon nauwkeurig worden geregeld wanneer de DCS werd toegepast . de resultaten kunnen meer informatie tDCS behandeling. Een andere opvallend was de langdurige veranderingen in regionale corticale exciteerbaarheid die werden geïnduceerd door tDCS. in de toekomst, wanneer het onderliggende mechanisme van tDCS kan worden toegelicht, wordt de combinatie van DCS en farmacologische therapie LTD verbeteren in de behandeling van epilepsie kan een interessante ontwikkeling.

Tot slot, een methodologie voor het onderzoeken van de effecten van DCS op thalamocingulate en transcallosal synaptische plasticiteit en acute aanvallen werd verstrekt. De lange-termijn effecten van DCS op inbeslagneming-achtige activiteit in onze hersenen slice voorbereiding heeft plaatsgevonden door middel van een LTD-mechanisme.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Anesthetic:
Isoflurane Halocarbon Products Corporation  NDC 12164-002-25 4%
Name Company Catalog Number Comments
aCSF (total:1 L):
D(+)-Glucose MERCK 1.08337.1000 10 mM
Sodium hydrogen carbonate MERCK 1.06329.0500 25 mM
Sodium chloride MERCK 1.06404.1000 124 mM
(+)-Sodium L-ascorbate, >=98% SIGMA A4034-100G 0.15 g/2 c.c
Magnesium sulfate, anhydrous, ReagentPlus SIGMA M7506-500G 2 mM
Calcium chloride dihydrate MERCK 1.02382.1000 2 mM
Sodium dihydrogen phosphate monohydrate MERCK 1.06346.1000 1 mM
Potassium chloride May & Baker LTD Dagenham England MS 7616 4.4 mM
Name Company Catalog Number Comments
Drugs:
(+)-Bicuculline TOCRIS 0130 5 µM in aCSF
4-Aminopyridine TOCRIS 0940 250 µM in aCSF
Name Company Catalog Number Comments
Brain slice Preparation:
Vibratome Vibratome Series 1000 Block slicing into 500 µm thick slices
Name Company Catalog Number Comments
MEA system:
Multielectrode array (MEA) probes: 6 x 10 planar MEA Multi Channel Systems 60MEA500/30iR-Ti-pr MEAS 6x10 electrode diameter, 30 µm; electrode spacing, 500 µm; impedance, 50 kΩ at 200 Hz
Multielectrode array (MEA) probes: 8 x 8 MEA  Ayanda Biosystems 60MEA200/10iR-Ti-pr MEAS 8x8 pyramidal-shaped electrode; diameter, 40 µm; tip height, 50 µm; electrode spacing, 200 µm; impedance, 1,000 kΩ at 200 Hz
A 60-channel amplifier was used with a band-pass filter set between 0.1 Hz and 3 KHz at 1,200X amplification Multi-Channel Systems MEA-1060-BC
MC Rack software at a 10 KHz sampling rate Multi-Channel Systems Software for data collect and recordings
control of a pulse generator Multi-Channel Systems STG 1002
slice anchor kits and hold-downs Warner Instruments SHD-26H/10; WI64-0250
Peristaltic Pump-minipuls3 Gilsom MINIPULS3 perfusion rate : 8 ml/min
Name Company Catalog Number Comments
Stimulation system:
Isolated stimulator A-M Systems Model 2100 intensity of ±350 μA , duration of 200 μsec
Tungsten electrode A-M Systems 575300 placed in thalamus

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Schiller, Y., Najjar, Y. Quantifying the response to antiepileptic drugs: effect of past treatment history. Neurology. 70 (1), 54-65 (2008).
  2. Fregni, F., et al. A controlled clinical trial of cathodal DC polarization in patients with refractory epilepsy. Epilepsia. 47 (2), 335-342 (2006).
  3. Auvichayapat, N., et al. Transcranial direct current stimulation for treatment of refractory childhood focal epilepsy. Brain Stimul. 6 (4), 696-700 (2013).
  4. Chung, M. G., Lo, W. D. Noninvasive brain stimulation: the potential for use in the rehabilitation of pediatric acquired brain injury. Arch Phys Med Rehabil. 96 (4 Suppl), S129-S137 (2015).
  5. Del Felice, A., Magalini, A., Masiero, S. Slow-oscillatory Transcranial Direct Current Stimulation Modulates Memory in Temporal Lobe Epilepsy by Altering Sleep Spindle Generators: A Possible Rehabilitation Tool. Brain Stimul. 8 (3), 567-573 (2015).
  6. Garnett, E. O., Malyutina, S., Datta, A., den Ouden, D. B. On the Use of the Terms Anodal and Cathodal in High-Definition Transcranial Direct Current Stimulation: A Technical Note. Neuromodulation. , (2015).
  7. Biraben, A., et al. Fear as the main feature of epileptic seizures. J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 70 (2), 186-191 (2001).
  8. Zaatreh, M. M., et al. Frontal lobe tumoral epilepsy: clinical, neurophysiologic features and predictors of surgical outcome. Epilepsia. 43 (7), 727-733 (2002).
  9. Karim, A. A., et al. The truth about lying: inhibition of the anterior prefrontal cortex improves deceptive behavior. Cereb. Cortex. 20 (1), 205-213 (2010).
  10. Keeser, D., et al. Prefrontal transcranial direct current stimulation changes connectivity of resting-state networks during fMRI. J. Neurosci. 31 (43), 15284-15293 (2011).
  11. Nelson, J. T., McKinley, R. A., Golob, E. J., Warm, J. S., Parasuraman, R. Enhancing vigilance in operators with prefrontal cortex transcranial direct current stimulation (tDCS). Neuroimage. 85 (Pt 3), 909-917 (2014).
  12. Chang, W. P., Lu, H. C., Shyu, B. C. Treatment with direct-current stimulation against cingulate seizure-like activity induced by 4-aminopyridine and bicuculline in an in vitro mouse model. Exp. Neurol. 265, 180-192 (2015).
  13. Lee, C. M., Chang, W. C., Chang, K. B., Shyu, B. C. Synaptic organization and input-specific short-term plasticity in anterior cingulate cortical neurons with intact thalamic inputs. Eur. J. Neurosci. 25 (9), 2847-2861 (2007).
  14. Chang, W. P., Shyu, B. C. Involvement of the thalamocingulate pathway in the regulation of cortical seizure activity. Recent Research Developments in Neuroscience. Pandalai, S. G. 4, Research Signpost. Kerala. 1-27 (2013).
  15. Brummer, S. B., Turner, M. J. Electrochemical considerations for safe electrical stimulation of the nervous system with platinum electrodes. IEEE Trans. Biomed. Eng. 24 (1), 59-63 (1977).
  16. Durand, D. M., Bikson, M. Suppression and control of epileptiform activity by electrical stimulation: a review. Proc. IEEE. 89 (7), 1065-1082 (2001).
  17. Fritsch, B., et al. Direct current stimulation promotes BDNF-dependent synaptic plasticity: potential implications for motor learning. Neuron. 66 (2), 198-204 (2010).

Tags

Neuroscience anterior cingulate cortex de inbeslagneming synaptische plasticiteit Direct-current stimulatie thalamocorticale systeem
Direct-current stimulatie en multi-elektrode Array Registratie van Inbeslagneming-achtige activiteit in de muizen Brain Slice Voorbereiding
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Lu, H. C., Chang, W. J., Chang, W.… More

Lu, H. C., Chang, W. J., Chang, W. P., Shyu, B. C. Direct-current Stimulation and Multi-electrode Array Recording of Seizure-like Activity in Mice Brain Slice Preparation. J. Vis. Exp. (112), e53709, doi:10.3791/53709 (2016).

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