Waiting
Login processing...

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

Neuroscience

Direkte aktuelle Stimulation og Multi-elektrode Array Registrering af beslaglæggelse-lignende aktivitet i mus Brain Slice Forberedelse

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

Katodisk transkraniel jævnstrøm stimulation (TDCs) inducerer undertrykkende virkning på resistente anfald. For at udføre effektive aktioner, stimulering parametre (f.eks, orientering, feltstyrke, og stimulering varighed) skal undersøges i mus hjernen slice præparater. Afprøvning og arrangere orienteringen af ​​elektroden i forhold til positionen af ​​mus hjerne skive den er mulige. Den foreliggende fremgangsmåde bevarer thalamocingulate pathway at evaluere effekten af ​​DCS på forreste cingulate cortex beslaglæggelse-lignende aktiviteter. Resultaterne af multikanal array-optagelser viste, at katodisk DCS faldt betydeligt amplituden af ​​stimulation-fremkaldte responser og varighed af 4-aminopyridin og bicucullin-inducerede anfald-lignende aktivitet. Denne undersøgelse viste også, at katodiske DCS applikationer i 15 min forårsagede langvarig depression i thalamocingulate pathway. Den foreliggende undersøgelse undersøger effekten af ​​DCS på thalamocingulate synaptisk plasticitet og akutte krampelignende aktiviteter. Den nuværende procedure kan teste de optimale stimuleringsparametre herunder orientering, feltstyrke, og stimulering varighed i en in vitro musemodel. Desuden kan metoden vurdere virkningerne af DCS på kortikale beslaglæggelse-lignende aktiviteter på både de trådløse og netværk niveauer.

Protocol

Procedurer, der involverer dyr forsøgspersoner blev godkendt af Institutional Animal Care og Udnyttelse udvalg, Academia Sinica, Taipei, Taiwan.

1. Forberedelse Eksperimentel Solution og Udstyr til Multielectrode Array Recording

  1. Forbered kunstig cerebral spinalvæske (aCSF; 124 mM NaCl, 4,4 mM KCI, 1 mM NaH 2 PO 3, 2 mM MgSO4, 2 mM CaCl2, 25 mM NaHCO3, og 10 mM glucose, gennemboblet med 95% O2 og 5% CO2).
  2. Brug to typer af MEA sonder: 6 x 10 plane MEA og 8 x 8 MEA. Den tidligere sondeovertræk den region, der omfatter cortex, striatum, og thalamus. Sidstnævnte probe dækker kun kortikale region.
  3. Brug en 60-kanals forstærker med en båndpasfilter indstilles mellem 0,1 Hz og 3 kHz ved 1.200 amplifikation. Erhverve data på en 10 kHz samplingfrekvens.
  4. Placer to AgCl-sølvtrå inde i MEA kammer til DCS. Brug AgClovertrukne sølvtråde at producere elektriske felter, som genereres af en isoleret stimulator.
  5. Placer en wolfram elektrode (diameter, 127 um, længde, 7,62 cm, 8 ° AC tilspidset spids, modstand, 5 MQ) for thalamisk stimulering, og placer referenceelektrode i MEA kammer. Levere wolfram elektrodens strømme under anvendelse af en isoleret stimulator, der styres af en impulsgenerator.

2. Brain Slice Forberedelse

  1. Brug C57BL / 6J mus, 4-8 uger gamle. Hus dyrene i et airconditioneret rum (21-23 ° C, 50% luftfugtighed, 12 timer / 12 timers lys / mørke cyklus, lys på ved 8:00) med fri adgang til mad og vand.
  2. Tag en 250 ml portion af aCSF, der blev udarbejdet i trin 1.1, og læg den i et bæger, der indeholder is. Samtidig, levere kontinuerlig gas, der består af 95% O2 og 5% CO2.
  3. Kirurgi
    1. Bedøver dyret med 4% isofluran i et glaskasse i ca. 3 min. Når dyret når en kirurgisk dybde af anæstesi (indikeret ved manglen på et svar til tå knivspids), læg den på en flad bakke, der er fyldt med knust is, og fjern hovedet med en saks.
    2. Expose kraniet, og trimme den resterende muskler. Dernæst hjælp rongeurs, skalle den dorsale overflade af kraniet fra hjernen. Fraklippe siderne af kraniet ved rongeurs. Sterilisere alle de kirurgiske instrumenter med en ethanolopløsning på 75%.
    3. Ved hjælp af en spatel, skære olfaktoriske pærer og nerve forbindelser langs den ventrale overflade af hjernen, og fjern hjernen. Efter halshugning, hurtigt at overføre hjernen til et bægerglas fyldt med iskold oxygeneret aCSF.
  4. Udarbejdelse af Medial Thalamus (MT) -ACC Brain Slice
    Bemærk: Forbered skiver, der indeholder vejen fra MT til ACC 13.
    1. Hånd-cut hjernen blok med to sagittale snit 2,0 mm lateralt til midterlinjen i hvert halvkugleat vise subcortical anatomi. Så gør to vinklede snit. Gøre den første cross-snit parallelt med synlige fiber tarmkanalen i striatum.
    2. Gør den anden cross-cut fra forbindelsen mellem lillehjernen og visuelle cortex til midtpunktet mellem den forreste commissure og optisk tarmkanalen der er ventrale og parallelt med thalamocingulate pathway.
    3. Fastgør hjernen blok til en vinkelformet plade (~ 120 °) med cyanoacrylat klæbemiddel og lave et snit lige over vendepunktet af vejen. Fold pladen, glatte det, og lim det på kammeret fase af et vibratome.
    4. Foretag mediale thalamus-ACC hjernen skiver (500 um tyk) og derefter nedsænke dem i iskold iltet aCSF.Transfer skiver til optagelse kammer, og holde ved 32 ° C under kontinuerlig perfusion (12 ml / min) med iltet aCSF for en time.

3. Udarbejdelse af Perfusion Afdeling for Multielectrode Array Recording

  1. Forberedelseaf perfusionskammeret
    1. Placer en MEA probe på en multi-kanal-system, og anvende to separate polyethylenrør at forbinde sonden til en peristaltisk pumpe. Bruge ét rør til at lede aCSF ind i MEA kammer og det andet rør for at lede aCSF ud af kammeret. Endelig kontinuerligt perfundere præparatet med varmt (29-30 ° C) iltet aCSF (8 ml / min).
  2. Overfør hjerne skive til MEA. Hold hjernen skive på MEA ved hjælp af en våd vatpind. Flyt forsigtigt hjernen skive at sikre ACC er orienteret ovenfor elektroderne.
  3. Brug skive anker kits og holde-downs til at trykke på hjernen skive. Dette trin sikrer en god elektrisk forbindelse mellem skive og elektroder.

4. generation af elektriske felter ved DCS

Bemærk: Definitionen af ​​det elektriske felt orientering blev baseret på retningen af ​​den axodendritic akse i ACC. De orienteringer af dendritceller og soma rum varbekræftet under anvendelse Golgi-farvning 12.

  1. Placer AgCl elektrode (defineret som anode) proximalt til ACC, og placer den anden elektrode (defineret som katode) distalt for ACC. Optag feltstyrken, der genereres af de to field orienteringer (parallelle og vinkelrette på ACC axodendritic fibre) ved MEA, og levere strøm til de elektriske felter ved hjælp af en stimulator.
  2. Fastlægge afstanden af ​​AgCl elektroder (ca. 1,5-2 cm), og justere stimulator aktuelle styrke til at DCS mellem 0,5 og 2 mA.

5. elektrisk frembragt synaptisk Responses

Bemærk: Fremkald synaptiske reaktioner i ACC ved elektrisk stimulering i MT, hvori en programmerbar elektrisk stimulus frembringer rektangulære tofasede strømimpulser.

  1. Gentag afsnit 3 ovenfor.
  2. Placer en wolfram elektrode i MT, og levere impulser fra stimulatoren til thalamic region skiverne via bipolære wolframelektroder.
  3. Brug forskellige strømstyrker at bestemme den tærskel, der fremkalder en ACC respons. Her skal du bruge en intensitet på ± 150 pA og varighed af 200 mikrosekunder, hvilket fremkaldte en 80% maksimal respons i ACC i de fleste skiver.
  4. Flyt wolfram elektrode langs thalamocingulate vejen (fra MT til corpus callosum) i MT-ACC skive på at opnå de optimale respons profiler.
  5. Lav 10-20 fejer af ACC svar, og bruge softwaren til automatisk gennemsnit alle ACC fremkaldt af MT stimulation. Resultatet iss de synaptiske reaktioner i ACC induceret fra MT stimulering af MT-ACC-vejen.

6. elektrisk frembragt beslaglæggelse-lignende aktivitet

Bemærk: Beslaglæggelse-lignende aktivitet blev induceret ved anvendelse af 4-aminopyridin (4-AP, 250 uM) og bicucullin (5 uM). Tidligere undersøgelser tid-kontrol viste, at maksimale og stabile reaktioner optrådte2-3 timer efter lægemiddeltilførsel 14.

  1. Gentag punkt 5 ovenfor.
  2. Føj narkotika til perfusion løsning. Brug 4-AP (250 uM) og bicucullin (5 uM). Bland narkotika ensartet, og fortsætte perfusion for 2-3 timer.
  3. For at lette beslaglæggelse-lignende aktivitet, opretholde perfusion pumpe ved en relativt hurtig perfusionshastighed (8 ml / min), hvilket også kan bidrage til at forhindre opbygning af en pH-gradient.
  4. Placer en wolfram elektrode i MT, og levere elektrisk stimulation (150 uA, 200 mikrosekunder varighed) for at opnå ACC respons profiler.
  5. Lav 10-20 sweeps og gennemsnittet af svarene.
  6. Udskift perfusion løsning med frisk aCSF at vaske ud narkotika. Gentag trin 6.5.

7. Test Effekt af DCS på Evoked Kortikale Responses

  1. Gentag punkt 3 og 4. Sørg for, at ensartede elektriske felter genereres ved at føre strømme mellem to parallelle AgCl-sølvtrå, der er placeret inde i MEA kammer. Hvis der ikke er nogen problemer, DCS forbliver mellem 0,5 og 2 mA.
  2. Sluk for DCS, og placere en wolfram elektrode til at stimulere thalamus (± 150 pA, 200 mikrosekunder varighed). For at opnå maksimale synaptiske reaktioner i ACC, gør 10-20 sweeps og gennemsnittet af svarene.
  3. Samtidig tænde DCS (2 mV / mm DCS styrke) og thalamiske stimulation (350 uA, 200 mikrosekunder varighed). Vurderingen af ​​ændringer i amplituden af ​​thalamiske stimulation-fremkaldte ACC respons under DCS.
  4. Sluk for DCS og tilsættes 4-AP (250 uM) og bicucullin (5 uM) til perfusionsopløsningen. Derefter vente 2-3 timer. Når medicin påvirker hjernen skive, den skive producerer kortikale beslaglæggelse svar.
  5. Lav 10-20 fejer af ACC reaktioner, og derefter måle amplitude og varighed af elektriske fremkaldte kortikale beslaglæggelse svar.
  6. Efter trin 7.5, samtidigt tænde DCS (2 mV / mm DCS styrke) og thalamiske stimulation (150 uA, 200 duratipå psek). Vurdere ændringer i amplitude og varighed af fremkaldte kortikale beslaglæggelse reaktioner under DCS ansøgning.
  7. Udskift perfusion løsning med frisk aCSF at vaske ud narkotika, og gentag trin 7.2 og 7.3.
  8. Saml alle de registrering af data, og gruppere data i de forskellige eksperimentelle betingelser. Vurdere amplituden og varigheden af ​​kortikale beslaglæggelse reaktioner under forskellige eksperimentelle betingelser.

8. Data Analysis

  1. Brug software (f.eks, MC Rack software) til automatisk at gennemsnittet af optagede svar, og eksportere de rå data til et regneark. Analyser amplituden og varigheden af ​​de rå data og generere farve figurer.
  2. For at detektere oscillerende beslaglæggelse begivenheder, bruge software til at måle baseline værdi og standardafvigelser (SD). Sæt 3 SD af støjniveauet som tærskel. Amplituden af ​​spidserne under en svingning begivenhed, der overgår denne tærskel er automatisk detektereed.
  3. Udfør den statistiske analyse under anvendelse Students t-test.
  4. Express målinger og envejs variansanalyse (ANOVA) resulterer i teksten som middelværdi ± SE, med n angiver antallet af skiver undersøgt 12.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Forberedelse af Thalamocingulate Slice og MEA Recording System Setup

MT-ACC skive fra mus er en særlig skive præparat, der tillader udforskning af de elektrofysiologiske egenskaber af thalamocingulate pathway. Figur 1A viser den måde, hvorpå MT-ACC skive den blev fremstillet. Hjernen af musen blev hurtigt fjernet og holdt i køligt iltet aCSF (figur 1A, a, b). At afsløre subkortikal anatomi, blev hjernen skåret 2,0 mm lateralt fra midterlinjen i hver halvkugle at erhverve sagittal hjerne blokke (figur 1A, c, d). To vinklede ventrale nedskæringer blev foretaget i hjernen blokke for at bevare den thalamocingulate vej. Den første cross-cut blevet fremsat i den forreste del af hjernen blok, parallelt med den synlige fiber tarmkanalen i striatum. Den anden cross-cut blev foretaget på bagsiden af ​​hjernen blok fra forbindelsen between lillehjernen og visuelle cortex til midtpunktet mellem den forreste commissure og optisk tarmkanalen. Efter snittene blev foretaget, blev hjernen blok limet på en vinklet plastplade (120 ° vinkel), og et snit blev foretaget på den dorsale side direkte gennem cortex (figur 1A, f.eks). Hjernen blok plade blev limet på en vibratom og nedsænket i køligt iltet aCSF. Endelig blev et par skiver (500 um tyk) taget fra hjernen blok og inkuberet i oxygeneret aCSF (figur 1A, h, i).

Figur 1B viser MEA registreringssystem setup. Det skematiske diagram viser perfusionen og MEA systemer tilsluttet en optagelse computer. En tom MEA probe blev placeret inde i forstærkeren, og perfusion begyndte ved en strømningshastighed på 8 ml / min. MT-ACC hjerne skive blev anbragt på MEA sonden samtidig sikre, at optagelsen området var så tæt som muligt på centrum. En stimulator var brugd at stimulere hjernen skive og generere det elektriske felt. Når alle trin blev udført, registreres systemet de elektrofysiologiske egenskaber af thalamocingulate pathway.

Figur 1C viser optageområdet diagram og den måde, hvorpå MT-ACC hjerne skive den blev anbragt på MEA-proben. Figur 1C-a viser udseendet af MEA probe. Den sorte linje (rød pil) på sonden hjalp brugeren bestemme den korrekte retning af sonden inden i forstærkeren. Figur 1C-b viser den store kreds af MEA sonden. Figur 1C-c viser det elektriske array, der blev lagt oven på den cortexvæv.

Test Evoked Responses

For at bekræfte bevarelse af thalamocingulate pathway i skive forberedelse, denne undersøgelse stimuleredethalamus og registreres på ACC i elektrofysiologiske eksperimenter. Kun skiver med postsynaptisk potentiale i ACC leverer samtidig en lille mængde strøm i MT blev anvendt i eksperimentet. Figur 2A viser positionerne af stimulering og registrering elektroder og typiske thalamiske stimulering fremkaldte reaktioner i ACC. For at inducere beslaglæggelse-lignende aktivitet, 4-AP (250 uM) og bicucullin (5 pM) blev anvendt til at inducere epileptiform aktivitet. Typisk 4-AP med bicucullin-inducerede spontan anfald-lignende aktivitet var sammensat af en iktal symptomer, efterfulgt af en tonisk fase og lang varighed. Sporene blev udvalgt til forstørrelse i figur 2B. Denne undersøgelse forsøgte også at levere stimulation i MT efter fremkalde lægemiddelinducerede anfald. 4-aminopyridin / bicucullin-fremkaldte epileptiform aktivitet blev induceret efter elektrisk stimulering (figur 2C).

TestOrientering af DCS og Slice

Tidligere kliniske studier viste, at orienteringen af det elektriske felt af katodisk DCS påvirker thalamiske stimulation-fremkaldte aktivitet. Figur 3A viser de forskellige orienteringer af det elektriske felt, som blev anbragt parallelt med eller vinkelret på orienteringen af dendritceller og soma rummene i ACC. Når det elektriske felt blev anbragt parallelt med neuronale celler, katodisk stimulering undertrykt thalamiske stimulation-fremkaldte reaktioner i den mediale del af ACC (figur 3B, øverste panel). Når det elektriske felt blev anbragt vinkelret på neuronale celler, blev ingen signifikante virkninger på thalamiske stimulation-fremkaldte responser observeret (figur 3B, nedre panel). Parallel katodisk DCS undertrykte også 4-AP og bicucullin-inducerede anfald-lignende aktivitet i den mediale del af ACC (figur 3C, øvre panel).Det forkortet varigheden af beslaglæggelse-lignende aktivitet, og blev observeret nogen signifikant virkning af vinkelret katodisk DCS (figur 3C, nederste panel). Disse resultater bekræftede, at orienteringen af ​​det elektriske felt var vigtigt ved regulering synaptisk transmission i thalamocingulate pathway.

Effekt af DCS om beslaglæggelse aktivitet

Den kliniske anvendelse af transkraniel magnetisk stimulation, TDCs, og DCS tilvejebringer en ikke-invasiv fremgangsmåde til behandling af lægemiddelresistente anfald. Tidligere undersøgelser har vist, at feltstimulering moduleret synaptisk plasticitet og påvirket epileptiform aktivitet i forskellige hjerneområder. De foreliggende resultater viser, at katodiske TDCs deprimeret thalamocingulate synaptisk transmission. Amplituden af stimulation-fremkaldte reaktioner og varigheden af beslaglæggelse-lignende aktivitet var trykkede (9 af 11 skiver, 81,82%; Figure 4A, venstre panel). Figur 4A (højre panel) viser, at 15 min på katodisk DCS effektivt inducerede langvarig depression (LTD) i MT-ACC-vejen og deprimeret fremkaldte reaktioner (N = 11, p <0,05). Fig 4B (venstre panel) viser, at thalamiske stimulering fremkaldte robust beslaglæggelse-lignende aktivitet i cingulate cortex. Tredive minutter efter 15 min katodisk DCS ansøgning, blev varigheden af ​​thalamiske stimulation-fremkaldte anfald-lignende aktivitet forkortes. Resultaterne viste også, at beslaglæggelsen varighed blev signifikant reduceret efter 15 min katodiske DCS sammenlignet med ingen DCS ansøgning (N = 9, p <0,05, figur 4B, højre panel).

figur 1
Figur 1:. Forberedelse af Thalamocingulate Slice og MEA Recording System Setup (A) MT-ACC skive proprocedure (a) Fjern hjernen og (b) overførsel til afkøling iltet aCSF. (C) Lav to parasagittal udskæringer fra midterlinjen. (D) Set fra siden af den mediale del af hjernen blok. (E) Lav to vinklede ventrale snit af hjernen blokken. (F) Lim hjernen blok på en vinklet plastplade. (G) Lav en dorsal snit og udfolde hjernen blok. (H) Lim hjernen blokeret et vibratom. (I) Saml skiver fra hjernen blok. (B) MEA registreringssystem setup. (C) MEA optageområdet. (A) MEA probe. (B) MEA kredsløb. (C) ACC af hjernen skive var orienteret over elektrode sonder. Klik her for at se en større version af dette tal.

e = "1"> Figur 2
Figur 2: Forskellige Evoked Svar på thalamisk Stimulering and Drug-induceret Stimulation (A) thalamus stimulation-fremkaldte reaktioner i ACC.. (B) 4-Aminopyridine- og bicucullin-inducerede anfald-lignende aktivitet. (C) thalamus stimulation- og narkotika-induceret anfald-lignende aktivitet. Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 3
Figur 3:. Effekt af forskellige orienteringer af DCS (A) Forskellige orienteringer af det elektriske felt. (B) thalamus stimulation-fremkaldte reaktioner med DCS. (C) Effekt af katodisk DCS om beslaglæggelse-lignende aktivitet.: //www.jove.com/files/ftp_upload/53709/53709fig3large.jpg "Target =" _ blank "> Klik her for at se en større version af dette tal.

Figur 4
Figur 4: Effekt af katodisk TDCs om beslaglæggelse aktivitet (A) Femten min katodisk DCS-induceret LTD og deprimeret fremkaldte aktivitet.. (B) Forekomsten af beslaglæggelse-lignende aktivitet faldt i katodisk stimulering. Undertrykkelsen af beslaglæggelse-lignende aktivitet med 15 min katodiske DCS udholdt, selv når anvendelsen af DCS blev afsluttet. Klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

I den foreliggende undersøgelse blev virkningerne af varigheden og orienteringen af ​​DCS om ACC beslaglæggelse-lignende aktivitet testet. At opnå stabile data i musehjerne skiver, hvordan man kan holde integriteten af ​​MT-ACC-vejen og for at undgå skader er det afgørende, især de trin, hvor to vinklede ventrale snit og en dorsal snit af cortex er lavet. Desuden kan tiden til at forberede hjernen skive også påvirke aktiviteten i hjernen skive, som bør være kortest mulig tid at holde hjernen frisk og stærk. En tidligere undersøgelse viste, at elektrokemisk skade på målvævet kan forekomme i en in vivo forberedelse 15. En in vitro-hjerne skive præparat kan anvendes til at undgå dette problem. I et in vitro præparat, er vævet ikke direkte kontakte elektroden, hvilket minimerer elektrokemiske effekter 16. Virkningerne af DCS blev sammenlignet med elektroder, der var orienteret i forskellige retninger. Når electrodes var orienteret ved 90 ° og 270 °, havde DCS ikke påvirke evoked aktivitet (figur 3). Således er denne kontrolleret forsøg udelukket muligheden for eventuelle bivirkninger af elektrokemiske reaktioner på DCS, der skadede væv i vores undersøgelse. Den beskyttende opsving metode hjernen skiver er en anden vigtig; Den aCSF formel i denne undersøgelse giver et alternativ til den beskyttende skære metode og er yderst effektiv til konservering af neuroner i hjernen skiver fra 4 til 8 uger gamle dyr. Metoden er ikke beregnet til brug med dyr i alle aldre; anvendelse af Tris aCSF synes at være effektiv hos unge mus ligesom brugen af ​​NMDG beskyttende opsving metode hos mus i alderen 6 uger og ældre. Derfor skal brugerne huske på de relative alder ækvivalente tværs af arter at vælge den bedste metode til at eksperimentere.

Ved hjælp af en MEA at optage hjernen skiver er en almindelig teknik, men kombinere et elektrisk felt med en MEA optagelse system er generelt ikke gjort. Påvirker en DC banen ledende opløsning af MEA registreringssystem er en interessant fremgangsmåde, især i perioder på mange sekunder til minutter. En tidligere undersøgelse har vist, at DCS ansøgning ikke ændrede pH i aCSF opløsning, hvilket indikerer, at pH af den ledende opløsningen var stabil i denne eksperimentelle opsætning 12. En relativt hurtig perfusionshastighed (8 ml / min) blev opretholdt for at lette beslaglæggelse-lignende aktivitet, og eventuelle produkter af kemisk ændring i MEA proben blev vasket ud af perfusionen og således undgå opbygning af en pH-gradient. Multielectrode matrix optagelse teknologi er ofte begrænset af den type hjerne skive og område for optagelse elektrode. Den type hjerne skive bestemmer hvilket kredsløb pathway optages, og udvalget af registreringselektroden bestemmer, om der er optaget en enkelt eller flere hjernekerner. Disse betingelser skal bekræftes før forsøget.

Pre ligere undersøgelser viste, at de langsigtede virkninger af DCS opstår gennem modulation af synaptisk transmission 17. I den foreliggende undersøgelse er katodisk DCS forårsagede LTD i MT-ACC-vejen. Den LTD eller depotentiation af beslaglæggelse-relaterede potensering blev foreslået at være en del af den underliggende mekanisme for beslaglæggelse undertrykkelse, hvilket antyder, at forbedring af resultatet af TDCs behandling kan være muligt. Der er imidlertid ikke offentliggjort undersøgelse fokuserede på feltstyrke ved cingulate cortex. Den dybe placering af cingulate cortex i den mediale del af cortex er vanskeligt at prøve. For eksempel er det uundgåeligt, at strømmen kan påvirke væv og fartøjer, der er tættere på overfladen. Vanskeligheden ved at målrette dybe væv af TDCs kan begrænse anvendelsen af TDCs for in vivo-undersøgelse. Derfor, for at forstå, hvordan DCS påvirker neuronale aktiviteter, bør der anvendes en hjerne skive forberedelse, som ikke-specifikke vaskulære effekter skal udelukkes.

jove_content "> Med henblik på oprettelse af en eksperimentel model, er den beskrevne anfald induceret i en sund hjerne. beslaglæggelse-lignende aktiviteter blev yderligere fremkaldt af en elektrisk impuls. Tidspunktet for beslaglæggelse forekomst kunne styres præcist, når DCS blev anvendt . resultaterne kan give mere information til TDCs behandling. En anden bemærkelsesværdig opdagelse var den langvarige ændringer i regional kortikale ophidselse, som blev fremkaldt af TDCs. i fremtiden, hvis den underliggende mekanisme af TDCs kan belyses, så kombinationen af ​​DCS og farmakologisk terapi kan forbedre LTD i behandlingen af ​​epilepsi, kan være en meget interessant udvikling.

Afslutningsvis blev en metode til undersøgelse af virkningerne af DCS på thalamocingulate og transcallosale synaptisk plasticitet og akutte anfald forudsat. De langsigtede virkninger af DCS om beslaglæggelse-lignende aktivitet i vores hjerne skive forberedelse fandt sted gennem en LTD-lignende mekanisme.

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 Beslaglæggelse synaptisk plasticitet Direkte aktuelle stimulation thalamus-system
Direkte aktuelle Stimulation og Multi-elektrode Array Registrering af beslaglæggelse-lignende aktivitet i mus Brain Slice Forberedelse
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