Summary
טראנס זרם ישיר גירוי (tDCS) היא טכניקה טיפולית הציע לטפל במחלות פסיכיאטריות. במודל חיה חיונית להבנת שינויים ביולוגיים ספציפיים עורר באמצעות tDCS. פרוטוקול זה מתאר מודל העכבר tDCS המשתמשת אלקטרודה מושתל באופן כרוני.
Abstract
טראנס זרם ישיר גירוי (tDCS) היא טכניקה neuromodulation פולשני המוצע כטיפול אלטרנטיבית או משלימה למחלות מנוטלי מספר. השפעות ביולוגיות של tDCS הם לא מובן במלואו, כפי שמוסבר בחלקו בשל הקושי בהשגת רקמת המוח האנושי. פרוטוקול זה מתאר מודל העכבר tDCS המשתמשת אלקטרודה מושתל באופן כרוני המאפשר הלימוד לטווח ארוך השפעות ביולוגיות tDCS. במודל זה ניסיוני, tDCS שינויים בביטוי הגן קורטיקלית ומציע תרומה בולטת ההבנה של הרציונל לשימוש טיפולית שלה.
Introduction
טראנס זרם ישיר גירוי (tDCS) היא שיטה לא פולשנית, בעלות נמוכה, טיפולית, אשר מתמקדת אפנון עצביים באמצעות זרמי רציף בעוצמה נמוכה1. כיום יש שני הייעודיות (anodal ו- cathodal) tDCS. בזמן הגירוי anodal מפעילה שדה חשמלי הנוכחי חלש מדי כדי לעורר פוטנציאל פעולה, אלקטרופיזיולוגיה מחקרים הראו כי שיטה זו מייצרת שינויים הפלסטיות הסינפטית2. לדוגמה, ראיות מראה ש-tdcs הזה גורם השפעות ארוכות טווח potentiation (LTP) משרעת השיא מוגברת של3,פוטנציאל postsynaptic סינאפסות4 ו אפנון דעתנית קורטיקלית5.
לעומת זאת, גירוי cathodal גורם עיכוב, וכתוצאה מכך ממברנה hyperpolarization6. השערה על מנגנון זה מבוסס על ממצאים פיזיולוגיים שבה מתואר tDCS כדי לווסת את פוטנציאל הפעולה התדירות והמשך של הגוף עצביים3. ראוי לציין, אפקט זה לא ישירות לעורר פוטנציאל פעולה, למרות שניתן משמרת את הסף דפולריזציה, להקל או ה"בלתי ירי עצביים7. אלה מנוגדים אפקטים בעבר הוכחו. לדוגמה, גירוי anodal, cathodal מיוצר תופעות מנוגדות תגובות מותנה רשום דרך פעילות אלקטרומיוגרפיה ארנבים8. עם זאת, מחקרים הראו גם כי גירוי ממושך anodal הפעלות עשויה להקטין דעתנית בעוד הגדלת זרמים cathodal עלול להוביל דעתנית, הצגת אפקטים מנוגדים עצמית3.
הן anodal והן cathodal גירויים צבירה השימוש של זוגות אלקטרודות. לדוגמה, גירוי anodal, "פעיל" או "אנודת" האלקטרודה ממוקמת מעל האזור במוח כדי להיות מאופנן ואילו האלקטרודה "הפניה" או "קטודית" ממוקם מעל האזור שבו השפעת זרם ההנחה תהיה חשיבות9. בגירוי cathodal, אלקטרודה פריסה הוא הפוך. עוצמת גירוי עבור tDCS יעיל תלוי עוצמת הנוכחי, אלקטרודה ממדים, אשר משפיעים על החשמל שדה אחרת10. במחקרים שפורסמו ביותר, עוצמת הנוכחי הממוצע הוא בין 0.10 ל 2.0 mA ו- 0.1 מ- 0.8 אמא לבן אדם ועכברים, בהתאמה6,11. למרות גודל האלקטרודה 35 ס מ2 משמש בדרך כלל אצל בני אדם, יש אין הבנה נכונה לגבי אלקטרודה הממדים עבור מכרסמים, חקירה יסודית יותר הוא נדרש6.
tDCS הוצע במחקרים קליניים עם הניסיון של המציע טיפול אלטרנטיבית או משלימה עבור והפרעות נוירולוגיות מנוטלי מספר11 כגון אפילפסיה12, הפרעה דו קוטבית13, קו5 , רס ן דיכאון14, מחלת אלצהיימר15, טרשת נפוצה16 ו מחלת פרקינסון17. למרות גוברת ההתעניינות tDCS והשימוש בו ניסויים קליניים, הסלולר מפורט מולקולרית עורר שינויים ברקמת המוח, קצר, תופעות לטווח ארוך, וכן תוצאות התנהגותיות, הן עדיין להיות עמוק יותר נחקר18, 19. מאז בגישה אנושית ישירה ללמוד ביסודיות tDCS אינה ברת קיימא, השימוש במודל חיה tDCS עשויים להציע תובנות לתוך האירועים תאית ומולקולרית בבסיס המנגנון הטיפולי של tDCS עקב הנגישות רקמת המוח של בעל החיים.
הראיות הזמינות מוגבל לגבי דגמים tDCS בעכברים. רוב הדגמים שדווחה להשתמש בפריסות שונות implanting, אלקטרודה מידות וחומרים. לדוגמה, וינקלר. et al. (2017) מושתל האלקטרודה ראש (Ag/AgCl, 4 מ מ קוטר) מלא עם תמיסת מלח ותיקנו אותה בגולוגולת עם מלט וברגים אקריליק20. שונה מן הגישה שלנו, אלקטרודה החזה שלהם היה מושתל (פלטינה, 20 x 1.5 מ מ). . Nasehi et al. (2017) היה תהליך מאוד דומה לשלנו, למרות האלקטרודה בית החזה עשוי ספוג ספוג תמיסת מלח (פחמן מלא, 9.5 ס מ2)21. מחקר אחר מושתלים שתי אלקטרודות לראש של החיה, אשר הושגה על ידי שימוש קבוע צלחות וכיסוי הראש של החיה עם מנצח הידרוג22. כאן נתאר מודל העכבר tDCS המשתמשת אלקטרודה מושתל באופן כרוני דרך הגדרת פשוטה עם כירורגית הליכים ו tDCS (איור 1).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
המלון שוכן באופן אינדיבידואלי מבוגר זכר (8-12 שבועות) עכברים C57BL/6 שימשו בניסוי זה. בעלי חיים קיבל טיפול נאות לפני, במהלך ואחרי הטיפול. הניסיוני עם מים ואוכל ad libitum. כל ההליכים אושרו על ידי ועדת האתיקה בעלי חיים מן האוניברסיטה הפדרלית של מינאס ז'ראיס (פרוטוקול מספר 59/2014).
1. אלקטרודה השמה
-
לסמם, קיבעון החיה על המנגנון stereotaxic
- לעקר את כל מכשירי הניתוח הדרוש.
שימו לב. כלים כירורגים חיטוי במשך 3 דקות ב 440 º C. ספוגיות כותנה היו בלוק בבית 20 psi (פאונד לאינץ מרובע) ב 121 מעלות צלזיוס למשך 20 דקות. - להתאים את הבקר תרמי פלטפורמה ל- 37 מעלות צלזיוס.
- שוקל החיה ולחשב את המינון המתאים עבור אינדוקציה הרדמה. השתמש תערובת של קטמין חריגות השירותים הווטרינריים במינון של 100 מ ג/ק ג קטמין ו- 8 מ ג/ק ג חריגות השירותים הווטרינריים, ניתנה intraperitoneally (גודל מחט, 31 G). החיה צריך להירדם בתוך 2-3 דקות.
- להשתמש גילוח או גילוח לגלח למטה באתר כירורגית.
- המקום החיה על המנגנון stereotaxic מעל ומחוממת טרום חימום צלחת.
- תחזיק את הראש של החיה והכנס בפסי באוזן עצה לתוך כל אחד האוזניים של החיה לתקן אותה פלטפורמת stereotaxic.
- לאמת יש לא הסטת הראש לרוחב, תנועה אנכית קטנה לאחר על ידי הסטה לאט ראשה מיצוב.
- בעדינות להחליק את מסיכת ההרדמה על האף של העכבר ולתקן את זה במקום על ידי הידוק הבורג.
- הגדר את איזופלוריין 1% עם 1.0 L/דקה של O2.
- להחיל משחה עיניים לעיניים של החיה כדי למנוע ייבוש הקרנית במהלך הניתוח.
- לעקר את כל מכשירי הניתוח הדרוש.
-
הצמדת השתל לראש של החיה
- להשתמש את ספוגיות כותנה להכנת באתר כירורגית שהמדים לסירוגין שלושה povidone יוד (או 2% chlorhexidine) ו-70% אתנול.
- השתמש זוג מספריים כדי לוודא הרדמה עומק על ידי סחיטה בהונות של החיה ואימות האובדן של רפלקס הנסיגה פדלים (הבוהן צביטה) של בעל החיים בקלילות.
- אעשה חתך כ 3 מ מ האחורי לקו האוזן של החיה, עוצרות קו העין. מקום החתך חייבים להיות כ 1 ס מ אורך להיות מספיק גדולה כדי לקבל את השתל.
- לגרד בעדינות את הגולגולת עם המגרד עצם לשפר את הדבק של מלט הדבקות. האור הנערץ מתוך כוונה יצירת שריטות מיקרו.
- מקם בזהירות כירורגית ווים על העור רפוי כדי לשמור על שדה כירורגי פתוח וללא מכשולים כגון עור ופרווה.
- השתמש ספוגית כותנה סטרילי לייבוש הקרקפת של החיה.
- השתמש במיקרוסקופ ויבתר להמחיש העליון של הגולגולת של החיה.
- לצרף מחט המחזיק stereotaxic ואתר את bregma. מקם את המחט ישירות מעל ראשה נוגע מעט את bregma.
- אפס את כל נקודות הציון מעקב דיגיטלית ולאחר מכן הרם את המחט.
- לתקן את השתל tDCS על בעל stereotaxic. מקם את השתל מעל ראשה, להוריד אותו באיטיות על גבי האזור עניין בעזרת הקואורדינטות stereotaxic נכונה.
- שימוש במחט להפיץ טיפה 1 (כ 35 μL) של דבק סופר על הבסיס של השתל.
- לאט הניעו את המחזיק כלפי מטה עד שייגע הגולגולת. ודא כי הבסיס השתל הוא לגמרי במגע עם המשטח.
- הכינו את הבטון כירורגי בהתאם להוראות היצרן.
- לאחר מיקום מדויק, להחיל 3 דק, אפילו שכבת צמנט על פני הגולגולת ועל החלק התחתון של השתל. חלה ירידה לכל טיפה באמצעות מברשת של היישום. שכבות בטח יוצרים מבנה בצורת גבעה לקבלת תמיכה מבנית של השתל.
- השאר חריטה של השתל נקי של מלט כדי לאפשר חיבור חלקה בלא הפרעה.
- אפשר כל שכבה להתייבש במשך כ-4 דקות.
- כאשר יבש, הסר בזהירות את המחזיק עד שזה מנותק לחלוטין מן השתל. תמיד לנקוט בזהירות בעת טיפול השתל, מאז זה עשוי להיות בטעות מופק הגולגולת של החיה.
-
גימור ניתוח וטיפול לאחר ניתוח
- מימה העור של החיה באזור הניתוח באמצעות מקלון צמר גפן ספוג תמיסת מלח.
- . מעיל העור על הבסיס של השתל tDCS
- השתמש זוג מספריים כדי להפגיש את הרקמה ולסגור את החתך עם טיפה של דבק כירורגי רקמות לכל 0.2 ס מ של רקמות.
- לחדור לידוקאין 1-2% של החתך, שבבסיס הרקמות.
- מימה subcutaneously את העכבר עם 500 µL של תמיסת רינגר לקטט.
- הנח את העכבר לתוך כלוב נקי, שוכנו יחיד ומחוממת מראש (37 מעלות צלזיוס).
- לשים קערת קטן עם כדורי מזון רטוב בכלוב לגישה נוחה לאוכל במשך השעות הבאות.
- הירשם במשקל לאחר ניתוח של החיה.
- לתת את ketoprofen בעלי חיים (5 מ"ג/ק"ג) subcutaneously אחרי הניתוח ועל הימים 2.
- נטר את ההתאוששות של החיה מקרוב במשך לפחות שבוע אחד. להעריך סימני מצוקה, כגון piloerection, חוסר טיפוח, גפיים מופחתת, הפצע מגרד דלקת של האתר כירורגית.
2. tDCS גירוי וההתקנה
-
tDCS ההתקנה (ראה איור 2)
שימו לב. ודא כי ממריץ tDCS טעונה במלואה.- לצרף את אנודת וכבל קטודית ממריץ tDCS ולהפוך אותם זמינים בקרבת האתר גירוי. לצרף האלקטרודה pin-סוג בעל stereotaxic.
- הגדר את הפלטפורמה תרמי 37 מעלות צלזיוס.
- הפעל את זרימה חמצן במערכת הרדמה אינהלציה כדי 1 ליטר/דקה.
- הנח את העכבר אל החדר אינדוקציה הרדמה.
- הפעל את מכשיר אידוי איזופלוריין ל-3%. לאפשר את החיה לעבור אפקטים איזופלוריין במשך 4 דקות.
- בעוד החיה בבית הבליעה אינדוקציה, השתמש מזרק סטרילי למילוי האלקטרודה הגוף עם תמיסת 0.9%.
- הסר את החיה מן החדר אינדוקציה ומקם את החזה שלה מעל האלקטרודה הגוף.
- בעדינות להחליק את מסיכת ההרדמה על האף של העכבר ולתקן את זה במקום. . תוריד את פלט איזופלוריין ל- 1.5%.
- למלא את השתל, האלקטרודה pin-סוג עם תמיסת מלח ולצרף בקפידה.
- התאם גירוי זמן ועוצמה הנוכחי.
- בדוק את איכות הקשר על ממריץ tDCS. קשר אופטימלית נוסע מ 7 עד 10 בסולם 1 עד 10.
-
גירוי
- התחל את הגירוי.
- לצפות את הנוכחי ramping 30 s הערך הנבחר, שמירה על עצמו יציב בפעם הוקמה, ואז, בסוף הפגישה ramping למטה שוב.
- הפעילו את כפתור דמה עבור בקרת עכברים.
- לצפות את הנוכחי ramping 30 s הערך הנבחר ולאחר מכן עד 1 למשך שארית תקופת גירוי עם רמפה סופית את הערך שנבחר בסופו של דבר עם רמפה רצופים למטה.
- לאחר הפעלת גירוי תושלם, בזהירות העברת החיה לכלוב ומחוממת מראש (37 מעלות צלזיוס) למשך 10 דקות.
שימו לב. חיות התחילו להתעורר לאחר 3 דקות. - . כבה את מערכת הרדמה אינהלציה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
פרוטוקול כירורגי הציגו יציבות שתל לטווח ארוך עבור חודש אחד לפחות, אין אותות דלקתיים באתר מגורה ולא כל השפעה רצויה אחרת. כל החיות שרדו ההפעלות הליך ו tDCS כירורגי (n = 8). בניסוי זה, שתלים tDCS היו מוצבים מעל cortices M1 ו- M2 (+1.0 מ מ קדמי-את ישבנה ואת 0.0 מ מ לרוחב כדי bregma). שבוע לאחר מכן, tDCS (n = 3-4) ואת דמה (n = 3) עכברים היו מגורה במשך חמישה ימים רצופים במהלך 10 דקות ב- 0.35 mA. ערכי איכות הקשר (סי) נרשמו להערכת הכדאיות השתל, אין הבדלים משמעותיים נמצאו בין הקבוצות במהלך הליך גירוי 5 ימים (איור 3 א). באמצעות מודל זה בעל חיים, הצלחה גירוי יכול להיקבע באמצעות הערכת רמות ביטוי גנים neurotrophic המוח-derived factor (BDNF) וחלבון חומצי fibrillary גליה (GFAP). BDNF ו- GFAP הציגו רמות גבוהות באופן משמעותי mRNA באזור קליפת מתחת השתל לעומת הקבוצה המזויפים. השפעת tDCS על ביטוי גנים נראה תהיה מוגבלת גנים ספציפיים מאז השתנתה ארשת לא היו רמות של פעילות מוסדר שלד התא-הקשורים החלבון (ARC) ולאחר סינפסין גנים (SYN1) 1 (איור 3B).
איור 1 . צעדים ניסיוני המשמש עבור שתל כירורגיה וגירוי. תרשים זרימה סכמטי של השלבים באמצעות tDCS שתל השמה, הקמה tDCS הליך גירוי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 2 . tDCS ההתקנה. התמונה ממש מעולה מקביל aschematic של tDCS הנוכחי ממריץ (א), אשר מכיל תצוגה למשך הנוכחי בעוצמה וגירוי (B), תצוגה סי (C) דרוג מ- 1 עד 10, תצוגה נוכחית אמיתי (D). ממריץ tDCS יש גם לחצנים כדי להפעיל את דמה גירוי (E), כדי להתחיל גירוי (נ), וכדי לבטל את הפרוטוקול (G). בידית שני משמשים לכוונן את עוצמת הנוכחי (H) והמשך גירוי (I). מתג הפעלה/כיבוי ממוקם בצידו האחורי (J). שתי כניסות ניתן להוספה הנשי מנוצלים עבור הכבלים אלקטרודה (K, הקוטב השלילי) (L, הקוטב החיובי). התמונה נכון נחות showsthe ההתקנה בעלי חיים עם האלקטרודה ראש של Ag/AgCl (O), האלקטרודה הגוף עשוי פליז מ מ (ז) ערכות שלהם בממדים המתאימים. פלטפורמה תרמי אוטומטי מותאם (N) שומר על הטמפרטורה של החיה, איזופלוריין מעורבב עם חמצן 100% (P) מסופק באמצעות מסיכת הגז stereotaxic (Q). שיבוץ (R) מראה את מיקום האנודה ביחס האזורים המוטוריים בקליפת המוח M1 ו- M2 (S). Headstage tDCS מורכב של מחזיק מושתלת (T) מלא עם תמיסת מלח (0.9% NaCl) (U) אשר סגור עם האלקטרודה pin-סוג (V) מצורף כובע פלסטיק (W). הממדים המתאימים מתוארים במילימטרים (D = קוטר, H = גובה, ID = קוטר פנימי). אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
איור 3 . צור קשר עם שינויים בביטוי גנים ואיכות עורר באמצעות tDCS. (א) אין הבדלים סטטיסטיים נצפו על איכות הקשר (סי) בין הקבוצות. דו-כיווני חזר על אמצעים ANOVA, טיפול נגד יום אינטראקציה (F4.30 = 0.552, P = 0.698), הטיפול גורם (F4.30 = 0.349, P = 0.810), גורם היום (F1.30 = 0.157, P = 0.694). (ב) פולימראז כמותית תגובת שרשרת גנים ביטוי נתונים עבור BDNF (neurotrophic המוח-derived factor)GFAP (חלבון חומצי fibrillary גליה)קשת (פעילות מוסדר חלבון הקשורים שלד התא), SYN1 (סינפסין 1). רמות ה-mRNA של שני BDNF (p = 0.0081) ו GFAP (p = 0.0108) היו מוגברת בזמן ללא שינוי זוהתה קשת (p = 0.0760), SYN1 (p = 0.508), על פי מבחן נורמליות D'Agostino-פירסון ואחריו אינטראקצית מבחן t של סטודנט פרמטרית. הקיפול שינויים חושבו באמצעות השיטה- ΔΔCQ 2 ביחס ג'ין RPL13A . בגרפים כל, קבוצה tDCS מגנטה והוא שאם הקבוצה ירוקים; n = 3-4/קבוצה. נתונים מבוטא קווי שגיאה mean ו ± S.E.M.. נ. ס = nonsignificant, p ≤ 0.05*, p ≤ 0.01* *. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
בשנים האחרונות, טכניקות בגירוי יש כבר נכנס הקלינית כמו שגרה מבטיח לטפל מנוטלי הפרעות23. כדי להפחית את האילוץ המוטלים על-ידי חוסר הידע על מנגנוני בגירוי, הצגנו כאן מודל העכבר tDCS נושאת אלקטרודה שיכולות היעד אזורים במוח. מאחר האלקטרודה מושתלת באופן כרוני, מודל זה בעל חיים מאפשר החקירה של השפעות ביולוגיות לטווח ארוך עורר באמצעות tDCS (עבור חודש אחד לפחות) בדפוסי גירוי מורכב. המודל שתואר tDCS בעלי חיים מציג סיכוי קטן לזיהום סובלנות שתל גבוה אם הוא מבוצע כהלכה. בסך הכל, השלבים ניתוח כדי למקם את השתל הם ביצוע מהירה וישירה (30 min/חיה). יתרון נוסף אחד מדגם זה tDCS הוא שזה אפשרי לעקוב אחר איכות הקשר אלקטרודה והערכים גירוי נוכחי בפועל.
החיסרון העיקרי של מודל זה בעל חיים הוא הקיבעון השתל המתאים על הגולגולת של העכבר. במהלך הניתוח, זה חיוני כדי להגביל את ראשה באופן שבו בלי ראש לרוחב הסטה אפשרית (הראש יעבור רק אנכית). זה להבטיח כי הקרקפת של החיה מיושר לחלוטין עם הבסיס של השתל, המאפשר קיבוע נאות עם מלט שיניים, ואת דיוק גבוה יותר להתכוונן אזור המטרה המיועדת. זה חיוני לבצע את החתך מספיק גדולה כדי לקבל את השתל. חתך גדול יותר יהיה צורך כמה שתלים tDCS. באמצעות שתיים עד ארבע ווים כירורגית עשוי מזרקים יגדיל את האזור cemented. עם זאת, הימנע מהנחת ווים קרוב מדי לעיניים של החיה כדי להסיר כל אפשרות של נגעים. ואילו מגרד בעדינות את הקרקפת תשפר את הידבקות של דבק סופר, את הבטון לתוך הגולגולת, נפולת שיורית עלול למנוע הדבקות השתל טוב. יתר על כן, בשעת החלת הבטון שיניים, להכין את השכבה הראשונה עם צמיגות גבוהה יותר, אשר מונע את הבטון של רץ הגולגולת של החיה. כל שכבת מלט תתאפשר לייבוש על פחות 4 דקות כי החלת צמנט מעל שכבות רטובות תעכב את התקשות של השכבות התחתונה עשוי לגרום השתל משמרת או אפילו ליפול. מניסיון, חייב להיות לא יותר מ 3 שכבות של מלט סביב השתל כדי למנוע שיבוש חריטה. הדבק וגם את הבטון, הקפד לשמור על היישום שלהם מוגבל לבסיס של השתל. הימנע ומאפשר שאריות להתפשט בתוך השתל, אשר להקטין את השטח מוליכות, להפחית את ההשפעות tDCS.
האלקטרודה מושתלת להשתמש בהליך זה מפוברק בתוך הארגון אלא שנרכש רפואי מחקר החברה מתמחה בהפקת neuromodulation התקנים. השתלים עשויים פוליפרופילן עם 9 מ מ גובה, של הקוטר החיצוני והפנימי של 5.7 מ מ, 3.5 מ מ, בהתאמה. זה יכול להחזיק נפח מלוחים סך של 80 µL. החלק עליון של השתל הינו מוכן עם חוט בורג לקבל בעל פין-סוג אלקטרודה. הגוף החיצוני של בעל פין-סוג אלקטרודה גם עשוי פוליפרופילן מדידה גבוהה עם הקוטר החיצוני של 5.3 מ מ, קוטר פנימי 3.75 מ מ 4 מ מ. ה-pin האלקטרודה עשוי Ag/AgCl, חומר אינרטי המשמש בשל תכונותיו הלא המסת (איור 2). מאז מיקום השתל הוא גורם קריטי עבור tDCS יעיל, זה חיוני כדי לבחור בגודל המתאים אלקטרודה בהתאם האזור של ריבית. השתל נעשה שימוש במודל בעלי חיים זה תופס שטח בגודל של ס מ 9.612, שמתפשטת השדה החשמלי רדיוס 1.75 מ מ מ הקואורדינטה המיועד במוח וכתוצאה מכך צפיפות זרם 36,3967 μA/ס מ2 . יתכן, הגירוי tDCS להורג פרוטוקול זה בעיקר היה להפנות את cortices M1 ו- M2.
בדרך כלל, תצורת אלקטרודה משתנה בהתאם ההשפעות גירוי מעורר או מעכבות המיועד (anodal לעומת cathodal). למרות הזרמים יזרמו תמיד מחוץ האנודה בכיוון של הקתודה, על-ידי הצבת האלקטרודה בעמדות המסופים הפוכה מאפשר אפקטים אלקטרופיזיולוגיה שונים. לדוגמה, כאשר יונים זורמים מן הקתודה לכיוון האנודה, ההליך בדרך כלל מוגדר גירוי cathodal24. בניסוי זה, נוכל לבצע גירוי anodal שבו האנודה הונח מעל cortices M1/M2, והניח הקתודה הייתה למטה על החזה של החיה. לפיכך, בהגדרת tDCS שלנו, הוא צפוי כי גירוי מייצרת פוטנציאל סינאפסות25. האפקט tDCS יכול גם להיות מוסדר באמצעות השינויים הנוכחי בעוצמת ומשך. רוב המחקרים ב מכרסמים השתמשו זרמים משתנים בין 0.2 ל- 1.0 mA. זרמים tDCS צפויים לייצר חום מרוכז נסיעה דרך האלקטרודה. יש להמנע ממנו מגע ישיר של האלקטרודה tDCS לראש של החיה. השימוש של ניצוח מדיומים מותח את המרחק בין האלקטרודה הגולגולת ומונעת את ההשפעות המזיקות של תגובות כימיות מקומיים על הרקמה ביולוגית. זה אפשרי כי ריכוז גבוה יוניים בתקשורת התנהגות נוזלים עלול לגרום היווצרות גזים, בועות נבעה אלקטרוליזה23,24. אולם, זה לא סביר שיקרה במודל שלנו tDCS מאז תמיסת מול, משלוח הנוכחית נמוכה עשויה להקטין את הסיכוי לסיבוכים כגון24. למרות זאת, למדיה ניצוח יכול לשמש גם עם יעילות דומה, כגון מנצחים דביקות וגם קרם דמוי24.
כאשר בוחרים את ממריץ tDCS, חשוב לשקול את תצורת הגמישה יכולות. עבור פרוטוקול זה, השתמשנו באפשרות ממריץ מופעל על ידי סוללות אלקליין שני 9 V, ההופכים את המשך הצפוי של h 1 של גירוי-0.35 mA. זה ממריץ בעלת מגוון הנוכחי 0.02 1 mA עם רזולוציה 10 µA, אידיאלי עבור גירוי מכרסמים. . זה קריטי כי ממריץ tDCS מצויד הנוכחי מחוון ואת מגע איכות (סי) משוב מערכת ממשית לאמת תנאים אופטימליים גירוי מציין הנוכחי מבטיח כאשר עוצמת גירוי מתוכנתים להיות מתקיים. במודל זה tDCS ', הגורם הנפוץ ביותר עבור זרם פגום היא הנוכחות של בועות בתוך תמיסת מלח. בעיה זו ניתן לציין על-ידי מערכת משוב סי, אשר מודד את המגע של שתי אלקטרודות דרך המדיום הניצוח, גוף החיה. אחד האביזרים המקובלים לגירוי tDCS בשימוש בכל רחבי ניסוי זה מציג ערכים סי (SMARTscan) משתנה מ- 1 עד 10 בסולם led. מדד זה מבוסס על ערכי מתח יכול להסיק התנגדות לפי חוק אוהם. לד 1 מציינת הקטנה או התנגדות נמוכה לא טיפוסיות, 2 הוביל מציין מעגל ומציין הוביל 3 עד 10 באיכות ירודה כדי אופטימלית (איור 2-פריט C). סי נרשמה מדי יום עבור קבוצות tDCS והן דמה לאמת את הכדאיות אלקטרודה. ראוי לציין כי הערך סי הממוצע במהלך הפעלת גירוי היה גבוה יותר מאשר 7, כלומר מועברים זרמים הרצוי. בסך הכל, אין הבדלים סטטיסטיים נצפו עבור סי בין קבוצות או יום של גירוי (איור 3 א). כדי לתת תוקף נוסף מודל tDCS שלנו, ביצענו תגובות שרשרת פולימראז כמותית (qPCR) לחקור tDCS חמישה מפגשים (10 דקות, 350 μA) לשנות ביטוי גנים קורטיקלית. מצאנו כי רמות ה-mRNA של BDNF ו GFAP היו מוגבר בקליפת M1/M2 של קבוצות tDCS, ביחס העכברים דמה (איור 3B). תוצאות אלה תואמים מחקרים אחרים,19,25.
בגירוי מחקרים בבעלי חיים ניסיוני יכולים לספק תובנות חדשות לגבי המנגנונים במוח רלוונטיות מנוטלי הפרעות. בהתאם לתצורת ניסיוני, מכלול tDCS במודל בעלי חיים זה יכול גם להיות משולב עם optogenetic קיים או אלקטרופיזיולוגיה headstage לייצר הכנה הקלטה בו זמנית של גירוי, לצד שפע של המוח לטעום ניסויים. גישות אלה להיות מאתגרת לבצע אצל בני אדם. לכן, האפשרות של הוספת תוספות גמיש tDCS בעלי חיים כעת מדווחת מציע שתרומה בולטת על ההבנה של עצבי מחסיר tDCS ואת הרציונל לשימוש טיפולית שלה.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
אף אחד
Acknowledgments
אנו מודים מר רודריגו דה סוזה לסיוע בשמירה על העכבר מושבות. L.A.V.M הוא בחור דוקטורט הכפים. עבודה זו נתמכה על ידי המענק PRONEX (FAPEMIG: APQ-00476-14).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| BD Ultra-Fine 50U Syringe | BD | 10033430026 | For intraperitonially injection. |
| Shaver (Philips Multigroom) | Philips (Brazil) | QG3340/16 | For surgical site trimming. |
| Surgical Equipment | |||
| Model 940 Small Animal Stereotaxic Instrument with Digital Display Console | KOPF | 940 | For animal surgical restriction and positioning. |
| Model 922 Non-Rupture 60 Degree Tip Ear Bars | KOPF | 922 | For animal surgical restriction and positioning. |
| Cannula Holder | KOPF | 1766-AP | For implant positioning. |
| Precision Stereo Zoom Binocular Microscope (III) on Boom Stand | WPI | PZMIII-BS | For bregma localization and implant positioning. |
| Temperature Control System Model | KOPF | TCAT-2LV | For animal thermal control. |
| Cold Light Source | WPI | WA-12633 | For focal brightness |
| Tabletop Laboratory Animal Anesthesia System with Scavenging | VetEquip | 901820 | For isoflurane delivery and safety. |
| VaporGuard Activated Charcoal Adsorption Filter | VetEquip | 931401 | Delivery system safety measures. |
| Model 923-B Mouse Gas Anesthesia Head Holder | KOPF | 923-B | For animal restriction and O2 and isoflurane delivery. |
| Oxygen regulator, E-cylinder | VetEquip | 901305 | For O2 regulation and delivery. |
| Oxygen hose – green | VetEquip | 931503 | For O2 and isoflurane delivery. |
| Infrared Sterilizer 800 ºC | Marconi | MA1201 | For instrument sterilization. |
| Surgical Instruments | |||
| Fine Scissors - ToughCut | Fine Science Tools | 14058-11 | For incision. |
| Surgical Hooks | INJEX | 1636 | In House Fabricated - Used to clear the surgical site from skin and fur. |
| Standard Tweezers or Forceps | - | - | For skin grasping. |
| Surgical Consumables | |||
| Vetbond | 3M | SC-361931 | For incision closing. |
| Cement and Catalyzer KIT (Duralay) | Reliance | 2OZ | For implant fixation. |
| Sterile Cotton Swabs (Autoclaved) | JnJ | 75U | For surgical site antisepsis. |
| 24 Well Plate (Tissue Culture Plate) | SARSTEDT | 831,836 | For cement preparation. |
| Application Brush | parkell | S286 | For cement mixing and application. |
| Pharmaceutics | |||
| Xylazin (ANASEDAN 2%) | Ceva Pharmaceutical (Brazil) | P10160 | For anesthesia induction. |
| Ketamine (DOPALEN 10%) | Ceva Pharmaceutical (Brazil) | P30101 | For anesthesia induction. |
| Isoflurane (100%) | Cristália (Brazil) | 100ML | For anesthesia maintenance. |
| Lidocaine (XYLESTESIN 5%) | Cristal Pharma | - | For post-surgical care. |
| Ketoprofen (PROFENID 100 mg) | Sanofi Aventis | 20ML | For post-surgical care. |
| Ringer's Lactate Solution | SANOBIOL LAB | 7898153652145 | For post-surgical care. |
| TobraDex (Dexamethasone 1 mg/g) | Alcon | 631 | For eye lubrification and protection. |
| Stimulation | |||
| Animal Transcranial Stimulator | Soterix Medical | 2100 | For current generation. |
| Pin-type electrode Holder (Cylindrical Holder Base) | Soterix Medical | 2100 | Electrode support (Implant). |
| Pin-type electrode (Ag/AgCl) | Soterix Medical | 2100 | For current delivery (electrode). |
| Pin-type electrode cap | Soterix Medical | 2100 | For implant protection. |
| Body Electrode (Ag/AgCl Coated) | Soterix Medical | 2100 | For current delivery (electrode). |
| Saline Solution (0.9%) | FarmaX | 7896902206441 | Conducting medium for current delivery. |
| Standard Tweezers or Forceps | - | - | For tDCS setup. |
| Real Time Polymerase Chain Reaction | |||
| BioRad CFX96 Real Time System | BioRad | C1000 | For qPCR |
| SsoAdvancedTM Universal SYBR Green Supermix (5 X 1mL) | BioRad | 1725271 | For qPCR |
| Hard Shell PCR Plates PCT COM 50 p/ CFX96 | BioRad | HSP9601 | For qPCR |
| Microseal "B" seal pct c/ 100 | BioRad | MSB1001 | For qPCR |
References
- Filmer, H. L., Dux, P. E., Mattingley, J. B. Applications of transcranial direct current stimulation for understanding brain function. Trends in Neurosciences. 37 (12), 742-753 (2014).
- Nitsche, M. A., Paulus, W. Sustained excitability elevations induced by transcranial DC motor cortex stimulation in humans. Neurology. 57 (10), 1899-1901 (2001).
- Kronberg, G., Bridi, M., Abel, T., Bikson, M., Parra, L. C. Direct Current Stimulation Modulates LTP and LTD: Activity Dependence and Dendritic Effects. Brain Stimulation. 10 (1), 51-58 (2017).
- Pelletier, S. J., Cicchetti, F. Cellular and Molecular Mechanisms of Action of Transcranial Direct Current Stimulation: Evidence from In Vitro and In Vivo Models. International Journal of Neuropsychopharmacology. 18 (2), pyu047 (2015).
- Chang, M. C., Kim, D. Y., Park, D. H. Enhancement of cortical excitability and lower limb motor function in patients with stroke by transcranial direct current stimulation. Brain Stimulation. 8 (3), 561-566 (2015).
- Lefaucheur, J. P., et al. Evidence-based guidelines on the therapeutic use of transcranial direct current stimulation (tDCS). Clinical Neurophysiology. 128 (1), 56-92 (2017).
- Monai, H., et al. Calcium imaging reveals glial involvement in transcranial direct current stimulation-induced plasticity in mouse brain. Nature Communications. 7, 11100 (2016).
- Marquez-Ruiz, J., et al. Transcranial direct-current stimulation modulates synaptic mechanisms involved in associative learning in behaving rabbits. Proc. Natl. Acad. Sci. 109, 6710-6715 (2012).
- Jackson, M. P., et al. Animal models of transcranial direct current stimulation: Methods and mechanisms. Clinical Neurophysiology. 127 (11), 3425-3454 (2016).
- Cambiaghi, M., et al. Brain transcranial direct current stimulation modulates motor excitability in mice. The European journal of neuroscience. 31 (4), 704-709 (2010).
- Monte-Silva, K., et al. Induction of late LTP-like plasticity in the human motor cortex by repeated non-invasive brain stimulation. Brain Stimulation. 6 (3), 424-432 (2013).
- San-Juan, D., et al. Transcranial Direct Current Stimulation in Mesial Temporal Lobe Epilepsy and Hippocampal Sclerosis. Brain Stimulation. 10 (1), 28-35 (2017).
- Brunoni, A. R., et al. Transcranial direct current stimulation (tDCS) in unipolar vs. bipolar depressive disorder. Progress in Neuro-Psychopharmacology and Biological Psychiatry. 35 (1), 96-101 (2011).
- Brunoni, A. R., et al. Trial of Electrical Direct-Current Therapy versus Escitalopram for Depression. New England Journal of Medicine. 376 (26), 2523-2533 (2017).
- Boggio, P. S., et al. Prolonged visual memory enhancement after direct current stimulation in Alzheimer's disease. Brain Stimulation. 5 (3), 223-230 (2012).
- Cosentino, G., et al. Anodal tDCS of the swallowing motor cortex for treatment of dysphagia in multiple sclerosis: a pilot open-label study. Neurological Sciences. , 7-9 (2018).
- Kaski, D., Dominguez, R. O., Allum, J. H., Islam, A. F., Bronstein, A. M. Combining physical training with transcranial direct current stimulation to improve gait in Parkinson's disease: A pilot randomized controlled study. Clinical Rehabilitation. 28 (11), 1115-1124 (2014).
- Monai, H., et al. Calcium imaging reveals glial involvement in transcranial direct current stimulation-induced plasticity in mouse brain. Nature Communications. 7, 11100 (2016).
- Fritsch, B., et al. Direct current stimulation promotes BDNF-dependent synaptic plasticity: potential implications for motor learning. Neuron. 66 (2), 198-204 (2010).
- Winkler, C., et al. Sensory and Motor Systems Anodal Transcranial Direct Current Stimulation Enhances Survival and Integration of Dopaminergic Cell Transplants in a Rat Parkinson Model. New Research. 4 (5), 17-63 (2017).
- Nasehi, M., Khani-Abyaneh, M., Ebrahimi-Ghiri, M., Zarrindast, M. R. The effect of left frontal transcranial direct-current stimulation on propranolol-induced fear memory acquisition and consolidation deficits. Behavioural Brain Research. 331 (May), 76-83 (2017).
- Souza, A., et al. Neurobiological mechanisms of antiallodynic effect of transcranial direct current stimulation (tDCS) in a mice model of neuropathic pain. Brain Research. 1682 (14-23), (2018).
- Woods, A. J., et al. A technical guide to tDCS, and related non-invasive brain stimulation tools. Clinical Neurophysiology. 127 (2), 1031-1048 (2016).
- Cogan, S. F., et al. Tissue damage thresholds during therapeutic electrical stimulation. Journal of Neural Engineering. 13, 2 (2017).
- Podda, M. V., et al. Anodal transcranial direct current stimulation boosts synaptic plasticity and memory in mice via epigenetic regulation of Bdnf expression. Scientific reports. 6 (October 2015), 22180 (2015).
