Denne protokol beskriver en kirurgisk set-up for en permanent epicranial elektrode socket, og en indopereret brystet elektrode i gnavere. Ved at placere en anden elektrode ind i stikket, kan forskellige typer af transkranial elektriske brain stimulation leveres til den motoriske system i alert dyr gennem intakt kraniet.
Transkranial elektriske brain stimulation kan modulere kortikal ophidselse og plasticitet i mennesker og gnavere. Den mest almindelige form for stimulering i mennesker er transkranial jævnstrøm stimulation (TDC’er). Mindre hyppigt anvendes transkranial vekselstrøm stimulation (TAC) eller transkranial tilfældige støj stimulation (tRNS), en særlig form for TAC’er ved hjælp af en elektrisk strøm anvendes tilfældigt inden for en foruddefineret frekvensområde. Stigning på noninvasiv elektrisk stimulation hjerneforskning i mennesker, både for eksperimentel og klinisk formål, har givet et øget behov for grundlæggende, mekanistisk, sikkerhedsundersøgelser i dyr. Denne artikel beskriver en model for transkranial elektriske brain stimulation (tES) gennem intakt kraniet rettet mod det motoriske system i alert gnavere. Protokollen indeholder trinvise anvisninger for den kirurgiske set-up af en permanent epicranial elektrode socket kombineret med en indopereret counter elektrode på brystet. Ved at placere en stimulation elektrode bøsningen epicranial, kan forskellige elektrisk stimulation typer, sammenlignes med TDC’er, TAC’er og tRNS hos mennesker, leveres. Desuden, de praktiske skridt til tES i alert gnavere er indført. Anvendt strømtæthed, stimulation varighed og stimulation type kan vælges afhængigt af de eksperimentelle behov. Forbehold, fordele og ulemper ved dette set-up er diskuteret, samt sikkerheden og tolerabiliteten aspekter.
Transkranial administration af elektriske strømme til hjernen (tES) har været anvendt i årtier, til at studere hjernefunktion og ændre adfærd. For nylig, anvende direkte strøm, eller mindre hyppigt skiftende strøm (TAC’er og tRNS), noninvasively gennem intakt kraniet ved brug af to eller flere elektroder (anode(s) og cathode(s)) har fået videnskabelige og kliniske interesse. Især TDC’er har været brugt i mere end 33,200 sessioner i raske forsøgspersoner og patienter med neuropsykiatriske sygdomme og er opstået som en sikker og let, omkostningseffektiv sengelamper ansøgning, med mulige terapeutiske potentiale samt langvarig adfærdsmæssige virkninger1. Dette gav klart øget behov og videnskabelig interesse i Mekanistiske undersøgelser, herunder sikkerhedsaspekterne. Denne artikel fokuserer på de mest almindeligt anvendte form for stimulering, TDC’er.
På tværs af arter modulerer TDC’er kortikal ophidselse og synaptisk plasticitet. Ophidselse ændringer er blevet rapporteret som polaritet-afhængige ændring af spontan neuronal fyring sats i rotter og katte2,3,4, eller ændringer i motor evoked potentielle (MEP) amplituder i mennesker og mus ( både øget efter anodal og nedsat efter cathodal TDC’er: menneskelige5,6; musen7). Anodal DCS forøget synaptisk effekten af motor kortikale eller hippocampus synapser i vitro i flere timer efter stimulation eller lang sigt potensering (LTP), hvornår samarbejde anvendes med en specifik svage synaptic input, eller når det gives før en plasticitet inducerende stimulation8,9,10,11,12. I overensstemmelse, er fordelene ved stimulation på motor eller kognitiv træning succes ofte afslørede kun hvis TDC’er anvendes sammen med uddannelse8,13,14,15. Mens disse tidligere resultater er hovedsagelig tilskrives funktioner af neuroner, skal det bemærkes, at ikke-neuronale celler (glia) kan også bidrage til funktionelle virkninger af TDC’er. For eksempel steg astrocytic intracellulære calcium niveauer i anodal TDC’er i alert mus16. Ligeledes induceret anodal TDC’er på strømtætheder tærsklen for neurodegeneration en dosis afhængige aktivering af mikroglia17. Graduering af neuron-glia interaktion af TDC’er skal dog yderligere særlige undersøgelser.
Taget sammen, animalsk forskning avanceret klart vores forståelse af TDC’er modulerende effekt på ophidselse og plasticitet. Der er dog en “inverse” translationel “hul” observerbare i den eksponentielle stigning i publikationer af menneskelige TDC’er undersøgelser i modsætning til den langsomme og mindre stigning i undersøgelser af de underliggende mekanismer af tES i in vitro- og in vivo dyremodeller. Derudover gnaver tES modeller er udført med høj variation på tværs af forskningslaboratorier (lige fra transdermal til epicranial stimulation), og rapporterede stimulation procedurer er ofte ikke helt gennemsigtige hindre sammenlignelighed og Replicability af grundlæggende forskningsdata samt fortolkning af resultater.
Her, beskriver vi i detaljer den kirurgiske gennemførelsen af en transkranial brain stimulation set-up rettet mod den primære motor cortex, som giver mulighed for oversættelse til den menneskelige TDC’er betingelse samtidig minimere variabilitet, og tillader gentagne stimulation uden hindrer adfærd. En trinvis protokol for efterfølgende tES i alert rotter er leveret. Metodologiske og begrebsmæssige aspekter af sikker anvendelse af tES i alert gnavere er drøftet.
Denne protokol beskriver typiske materialer og proceduremæssige skridt for kirurgisk realiseringen af et permanent tES set-up og efterfølgende stimulation i alert gnavere. Under forberedelse af en gnaver tES eksperimentere, flere metodologiske aspekter (sikkerheden og tolerabiliteten af tES, resultatet parameter) samt begrebsmæssige aspekter (sammenlignelighed med menneskelige tilstand, forventede effekter af stimulation på en bestemt hjerne regionen) skal tages i betragtning. Fra et metodologisk synspunkt er den kir…
The authors have nothing to disclose.
Dette arbejde blev støttet af den tyske Forskningsfonds (DFG RE 2740/3-1). Vi takker Frank Huethe og Thomas Günther for egenproduktion af skræddersyede tES set-up og DC-stimulator.
Softasept N | B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Deutschland |
3887138 | antiseptic agent |
Ethanol 70 % | Carl Roth GmbH & Co. KG, Karlsruhe, Deutschland | T913.1 | |
arched tip forceps | FST Fine science tools, Heidelberg, Deutschland | 11071-10 | |
Iris Forceps, 10cm, Straight, Serrated | World Precision Instruments, Inc, Sarasota, FL, USA, Inc, Sarasota, FL, USA | 15914 | |
Scalpel Handle #3, 13cm | World Precision Instruments, Inc, Sarasota, FL, USA, Inc, Sarasota, FL, USA | 500236 | |
Standard Scalpel Blade #10 | World Precision Instruments, Inc, Sarasota, FL, USA, Inc, Sarasota, FL, USA | 500239 | |
Zelletten cellulose swabs | Lohmann und Rauscher, Neuwied, Deutschland | 13349 | 5 x 4 cm |
Isoflurane | AbbVie Deutschland GmbH & Co | N01AB06 | |
Iris Scissors, 11.5cm, Straight | World Precision Instruments, Inc, Sarasota, FL, USA, Inc, Sarasota, FL, USA | 501758 | small scissors |
cotton swab/cotton buds | Carl Roth GmbH & Co. KG, Karlsruhe, Deutschland | EH12.1 | Rotilabo |
Kelly Hemostatic Forceps, 14cm, Straight | World Precision Instruments, Inc, Sarasota, FL, USA, Inc, Sarasota, FL, USA | 501241 | surgical clamp |
electrode plate (platinum) | custom made | Wissenschaftliche Werkstatt Neurozentrum Uniklinik Freiburg, Deutschland | 10×6 mm, 0.15 mm thickness |
insulated copper strands (~1 mm diameter) | Reichelt elektronik GmbH & Co. KG, Sande, Germany | LITZE BL | electrode cable |
Weller EC 2002 M soldering station | Weller Tools GmbH, Besigheim, Germany | EC2002M1D | |
Iso-Core EL 0,5 mm | FELDER GMBH Löttechnik, Oberhausen, Deutschland | 20970510 | lead free solder |
MERSILENE Polyester Fiber Suture | Johnson & Johnson Medical GmbH, Ethicon Deutschland, Norderstedt, Germany | R871H | nonabsorbable braided suture, 4-0 |
Histoacryl | B. Braun Melsungen AG, Melsungen, Deutschland |
9381104 | cyanoacrylate |
Ketamin 10% | Medistar GmbH, Germany | n/a | anesthetics |
Rompun 2% (Xylazine) | Bayer GmbH, Germany | n/a | anesthetics |