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Neuroscience

एनेस्थेटाइज्ड चूहों में एक्स्ट्राक्रेनियल उत्तेजक इलेक्ट्रोड की नियुक्ति और सेरेब्रल रक्त प्रवाह और इंट्राक्रैनील विद्युत क्षेत्रों का माप

Published: June 2, 2023 doi: 10.3791/65195
Automatic Translation
1, 1, 2, 1,3,4,5
1Department of Neurosurgery, Duke University Medical Center, 2Department of Anesthesiology and Pain Management, University Texas Southwestern Medical School, 3Department of Neurobiology, Duke University Medical Center, 4Department of Biomedical Engineering, Duke University, 5Research and Surgery Services, Durham VA Medical Center

Summary

हम मस्तिष्क विद्युत क्षेत्र माप और एक प्रासंगिक बायोमार्कर-सेरेब्रल रक्त प्रवाह के संदर्भ में एक्स्ट्राक्रेनियल उत्तेजना के लिए खुराक-प्रतिक्रिया वक्रों का आकलन करने के लिए एक प्रोटोकॉल का वर्णन करते हैं। चूंकि इस प्रोटोकॉल में मस्तिष्क में इनवेसिव इलेक्ट्रोड प्लेसमेंट शामिल है, इसलिए सामान्य संज्ञाहरण की आवश्यकता होती है, जिसमें नियंत्रित श्वसन के बजाय सहज श्वास पसंद किया जाता है।

Abstract

न्यूरोनल सक्रियण के विभिन्न रूपों के लिए सेरेब्रल रक्त प्रवाह (सीबीएफ) प्रतिक्रियाओं का पता लगाना गतिशील मस्तिष्क समारोह और मस्तिष्क को सब्सट्रेट आपूर्ति में भिन्नता को समझने के लिए महत्वपूर्ण है। यह पेपर ट्रांसक्रैनियल अल्टरनेटिंग करंट स्टिमुलेशन (टीएसीएस) के लिए सीबीएफ प्रतिक्रियाओं को मापने के लिए एक प्रोटोकॉल का वर्णन करता है। खुराक-प्रतिक्रिया वक्रों का अनुमान टीएसीएस (एमए) और इंट्राक्रैनील इलेक्ट्रिक फील्ड (एमवी / मिमी) के साथ होने वाले सीबीएफ परिवर्तन दोनों से लगाया जाता है। हम मस्तिष्क के प्रत्येक पक्ष के भीतर ग्लास माइक्रोइलेक्ट्रोड द्वारा मापा गया विभिन्न आयामों के आधार पर इंट्राक्रैनील विद्युत क्षेत्र का अनुमान लगाते हैं। इस पेपर में, हम प्रयोगात्मक सेटअप का वर्णन करते हैं, जिसमें सीबीएफ को मापने के लिए द्विपक्षीय लेजर डॉपलर (एलडी) जांच या लेजर स्पॉट इमेजिंग (एलएसआई) का उपयोग करना शामिल है; नतीजतन, इस सेटअप को इलेक्ट्रोड प्लेसमेंट और स्थिरता के लिए संज्ञाहरण की आवश्यकता होती है। हम सीबीएफ प्रतिक्रिया और वर्तमान के बीच एक सहसंबंध प्रस्तुत करते हैं, जो पुराने जानवरों (28-32 सप्ताह) (पी < 0.005 अंतर) की तुलना में युवा नियंत्रण जानवरों (12-14 सप्ताह) में उच्च धाराओं (1.5 एमए और 2.0 एमए) पर काफी बड़ी प्रतिक्रिया दिखाते हैं। हम विद्युत क्षेत्र की ताकत < 5 एमवी / मिमी पर एक महत्वपूर्ण सीबीएफ प्रतिक्रिया भी प्रदर्शित करते हैं, जो अंतिम मानव अध्ययन के लिए एक महत्वपूर्ण विचार है। ये सीबीएफ प्रतिक्रियाएं जागृत जानवरों की तुलना में संज्ञाहरण के उपयोग, श्वसन नियंत्रण (यानी, इंटुबेटेड बनाम सहज श्वास), प्रणालीगत कारकों (यानी, सीओ2), और रक्त वाहिकाओं के भीतर स्थानीय चालन से भी प्रभावित होती हैं, जो पेरिसाइट्स और एंडोथेलियल कोशिकाओं द्वारा मध्यस्थता की जाती है। इसी तरह, अधिक विस्तृत इमेजिंग / रिकॉर्डिंग तकनीक पूरे मस्तिष्क से क्षेत्र के आकार को केवल एक छोटे से क्षेत्र तक सीमित कर सकती है। हम टीएसीएस उत्तेजना को लागू करने के लिए एक्स्ट्राक्रैनियल इलेक्ट्रोड के उपयोग का वर्णन करते हैं, जिसमें कृन्तकों के लिए घर का बना और वाणिज्यिक इलेक्ट्रोड डिजाइन दोनों शामिल हैं, द्विपक्षीय ग्लास डीसी रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड का उपयोग करके सीबीएफ और इंट्राक्रैनील विद्युत क्षेत्र का समवर्ती माप, और इमेजिंग दृष्टिकोण। हम वर्तमान में अल्जाइमर रोग और स्ट्रोक के पशु मॉडल में सीबीएफ को बढ़ाने के लिए एक बंद-लूप प्रारूप को लागू करने के लिए इन तकनीकों को लागू कर रहे हैं।

Introduction

ट्रांसक्रैनियल इलेक्ट्रिकल उत्तेजना (टीईएस; साइन वेव उत्तेजना के साथ, टीएसीएस) मस्तिष्क न्यूरोमॉड्यूलेशन1,2 के लिए एक सामान्य, बाहरी, गैर-इनवेसिव दृष्टिकोण है। पहले, हमने अनुमान लगाया था कि कुछ खुराक पर, टीईएस (और विशेष रूप से टीएसीएस) अंतर्निहितमस्तिष्क क्षेत्रों में सेरेब्रल रक्त प्रवाह (सीबीएफ) को बढ़ा सकता है। इसके अलावा, बाहरी प्रवाह या इंट्राक्रैनील विद्युत क्षेत्र और परिणामस्वरूप सीबीएफ प्रतिक्रियाओं के बीच एक खुराक-प्रतिक्रिया संबंध मौजूद हो सकता है। हालांकि, अधिकांश नैदानिक उत्तेजना प्रोटोकॉल ने उपचार प्रोटोकॉल 4,5 के रूप में निर्धारित अवधि (यानी, 30-45 मिनट) के लिए उत्तेजना के अधिकतम आरामदायक त्वचा स्तर (यानी, ~ 2 एमए) पर ध्यान केंद्रित किया है। कृन्तकों में, टीईएस6 द्वारा प्रेरित मस्तिष्क में विद्युत क्षेत्रों की जांच के लिए सीधे खोपड़ी पर लागू आक्रामक, एक्स्ट्राक्रेनियल मस्तिष्क इलेक्ट्रोड का उपयोग करना संभव है। इसलिए, इस दृष्टिकोण का लक्ष्य खुराक-प्रतिक्रिया संबंध के संदर्भ में सीबीएफ परिवर्तनों पर प्रासंगिक आवृत्तियों पर टीएसीएस की तीव्रता के प्रभावों को निर्धारित करना है। यह खुराक-प्रतिक्रिया वक्र मस्तिष्क3 पर लगाए गए विद्युत क्षेत्र के संबंध में सीबीएफ के अल्पकालिक शारीरिक बायोमार्कर-प्रत्यक्ष माप पर आधारित है। हमने पहले दिखाया है कि, बड़े आयामों पर, आमतौर पर टीएसीएस द्वारा प्रेरित मस्तिष्क के भीतर विद्युत क्षेत्रों की सीमा से परे, कॉर्टेक्स3 में प्रेरित विद्युत क्षेत्र और सीबीएफ के बीच एक निकट-रैखिक सहसंबंध होता है। हालांकि, छोटे-क्षेत्र उत्तेजना (यानी, 1-5 एमवी / मिमी तीव्रता) मनुष्यों में उपयोग के लिए अधिक प्रासंगिक और व्यवहार्य हो सकती है; इसलिए, हमने छोटे सीबीएफ परिवर्तनों का पता लगाने के लिए अपनी तकनीकों को संशोधित किया है।

यह पेपर सीबीएफ (यानी, 0.5-2.0 एमए करंट, 1-5 एमवी / मिमी विद्युत क्षेत्र) पर निचले-क्षेत्र की ताकत टीईएस अल्टरनेटिंग साइन धाराओं (टीएसीएस) के प्रभावों का विश्लेषण करने के लिए एक प्रोटोकॉल का वर्णन करता है, जिसे जागृत कृन्तकों द्वारा सहन किया जासकता है। इस प्रोटोकॉल में टीएसीएस के दौरान नोवेल लेजर स्पॉट इमेजिंग के साथ-साथ दोहरे इंट्राक्रैनील ग्लास इलेक्ट्रोड का उपयोग शामिल है, ताकि मस्तिष्क के भीतर सक्रिय टीएसीएस के प्रसार (जैसा कि सीबीएफ द्वारा निगरानी की जाती है) और इंट्राक्रैनील इलेक्ट्रिकल फील्ड तीव्रता दोनों को निर्धारित किया जा सके, जिसे आरेख और वास्तविक प्रयोगात्मक तस्वीर (चित्रा 1) दोनों के रूप में दिखाया गया है। मस्तिष्क के भीतर टीईएस के कई संभावित शारीरिक प्रभाव हैं, जिनमें प्रत्यक्ष न्यूरोनल मॉड्यूलेशन, तंत्रिका प्लास्टिसिटी और एस्ट्रोसाइट सक्रियण 7,8 शामिल हैं। हालांकि सीबीएफ को टीडीसीएस 9,10 के साथ मापा गया है, ये माप मस्तिष्क में खुराक-प्रतिक्रिया समारोह का आकलन करने के लिए धीमा, अप्रत्यक्ष और अपर्याप्त थे। इसलिए, उचित अल्पकालिक बायोमाकर्स (यानी, सीबीएफ, विद्युत क्षेत्र) और टीएसीएस के तेजी से ऑन / ऑफ अनुक्रमों का उपयोग करके, अब हम खुराक-प्रतिक्रिया समारोह का अधिक सटीक अनुमान लगा सकते हैं। इसके अलावा, हम सीबीएफ को मापने के लिए विभिन्न तकनीकों को लागू कर सकते हैं, जिसमें फोकल लेजर डॉपलर प्रोब्स (एलडी) और लेजर स्पॉट इमेजिंग (एलएसआई) दोनों शामिल हैं।

Figure 1
चित्र 1: ट्रांसक्रैनियल उत्तेजना आरेख और फोटोग्राफिक उदाहरण। (ए) ट्रांसक्रैनियल उत्तेजना सेटअप का आरेख। आरेख एक माउस खोपड़ी को कोरोनल और धनु सीवन के साथ दिखाता है। ट्रांसक्रैनियल इलेक्ट्रोड को खोपड़ी पर पार्श्व और सममित रूप से रखा जाता है और इलेक्ट्रोड और खोपड़ी के बीच सर्जिकल गोंद और प्रवाहकीय पेस्ट के साथ लगाया जाता है। ये इलेक्ट्रोड एक मानव-संगत, निरंतर-वर्तमान उत्तेजना उपकरण से जुड़े होते हैं, जो उत्तेजना की आवृत्ति, आयाम और अवधि को निर्दिष्ट कर सकते हैं। इंट्राक्रैनील विद्युत क्षेत्रों के मूल्यांकन के लिए, द्विपक्षीय ग्लास इलेक्ट्रोड (~ 2 एम) को सेरेब्रल कॉर्टेक्स (यानी, छोटे छेद के माध्यम से खोपड़ी के आंतरिक पहलू के 1 मिमी के भीतर) में रखा जाता है, और इन्हें खनिज तेल से सील किया जाता है और गर्दन की मांसपेशियों में एजीसीएल ग्राउंड होते हैं (चमड़े के नीचे गर्दन के ऊतकों में दफन केंद्र में बड़े तारों के रूप में दिखाया जाता है)। ये ग्लास इलेक्ट्रोड एक डीसी एम्पलीफायर से जुड़े होते हैं, और उनके आउटपुट कम से कम चार चैनलों के साथ डिजिटाइज़र के माध्यम से दर्ज किए जाते हैं। रिकॉर्डिंग के लिए खोपड़ी पर द्विपक्षीय लेजर डॉपलर प्रोब भी रखे गए हैं। आंतरिक ऑप्टिकल सिग्नल का पता लगाने के लिए पूरी खोपड़ी को लेजर स्पॉट इमेजिंग डिवाइस या उच्च-रिज़ॉल्यूशन (कम से कम 1,024 x 1,024 पिक्सेल, 12-14 बिट पिक्सेल गहराई) ठंडा कैमरे के साथ भी चित्रित किया गया है। हीमोग्लोबिन आइसोबेस्टिक आवृत्ति आमतौर पर रक्त प्रवाह इमेजिंग के लिए रोशनी के लिए (यानी, 562 एनएम) चुना जाता है। (बी) एक वास्तविक प्रयोग की एक क्लोज-अप छवि, जिसमें द्विपक्षीय लेजर डॉपलर प्रोब्स (बाईं ओर), (द्विपक्षीय) इंट्राक्रैनील ग्लास रिकॉर्डिंग माइक्रोइलेक्ट्रोड्स को होल के माध्यम से रखा गया है, और टीएसीएस उत्तेजक इलेक्ट्रोड के साथ पार्श्व रूप से दिखाया गया है। संक्षिप्त नाम: टीएसीएस = ट्रांसक्रैनियल अल्टरनेटिंग करंट उत्तेजना। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

तंत्र का आकलन करने के एक तरीके के रूप में, हम अन्य शारीरिक प्रक्रियाओं के साथ बातचीत से भी पूछताछ कर सकते हैं जो सीबीएफ को भी बदलते हैं, जैसे कि के + प्रेरित प्रसार विध्रुवण11। इसके अलावा, नियमित समय पर निर्धारित सत्रों के बजाय, विभिन्न प्रकार की बीमारियों के लिए अतिरिक्त बायोमाकर्स के आधार पर एक बंद-लूप प्रणाली विकसित करना भी संभव है, जैसा कि मिर्गी के उपचार12 (यानी, नैदानिक न्यूरोपेस उपकरणों) के लिए प्रस्तावित किया गया है। उदाहरण के लिए, पार्किंसंस रोग के लिए बंद-लूप मस्तिष्क उत्तेजना आमतौर पर पर्याप्त डोपामाइन (आमतौर पर β-बैंड एलएफपी) की अनुपस्थिति में इस बीमारी के लिए आंतरिक आंतरिक, असामान्य स्थानीय क्षेत्र क्षमता (एलएफपी) पर आधारित होती है।

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Protocol

सभी पशु प्रक्रियाओं को ड्यूक विश्वविद्यालय में संस्थागत पशु देखभाल और उपयोग समिति या जानवरों से जुड़े अनुसंधान को विनियमित करने वाले समकक्ष स्थानीय प्राधिकरण द्वारा अनुमोदित किया गया था। इस प्रोटोकॉल में उपयोग की जाने वाली सभी सामग्रियों, उपकरणों और उपकरणों के बारे में विवरण के लिए सामग्री की तालिका देखें।

1. उपकरण तैयार करना

  1. सुनिश्चित करें कि सभी आवश्यक वस्तुएं और सर्जिकल उपकरण जगह पर हैं (चित्रा 2): खोपड़ी की सफाई समाधान (अल्कोहल पैड), टेप, फोर्स, कैंची, और छोटे (0.5 मिमी) छेद रखने के लिए एक ड्रिल।
  2. खोपड़ी के आवेदन के लिए एक्स्ट्राक्रेनियल सतह इलेक्ट्रोड तैयार करें, और सुनिश्चित करें कि किसी भी सर्जिकल गोंद को उनसे साफ किया गया है यदि वे पहले इस्तेमाल किए गए हैं।
  3. खोपड़ी पर लागू करने से पहले सीधे इन टीएसीएस इलेक्ट्रोड के प्रतिबाधा को सत्यापित करें। इसके लिए, खारे स्नान में रखे गए दोनों इलेक्ट्रोड के साथ टीएसीएस उत्तेजक के अंतर्निहित माप फ़ंक्शन का उपयोग करें।
    नोट: खोपड़ी में पर्याप्त प्रवाह पारित करने की अनुमति देने के लिए पसंदीदा प्रतिबाधा प्रति इलेक्ट्रोड जोड़ी <5 किलोवाट है। उत्तेजक उपकरण निरंतर-वर्तमान दालों को वितरित करने से पहले प्रतिबाधा की जांच करता है और सीधे मूल्य देता है।

Figure 2
चित्रा 2: एक्स्ट्राक्रैनियल उत्तेजना तैयार करने के लिए आवश्यक उपकरण की एक तस्वीर, जिसमें विच्छेदन उपकरण और कैंची शामिल हैं। 1. माइक्रो विच्छेदन कैंची, 11.5 सेमी; 2. फोर्स, 11.5 सेमी, मामूली वक्र, सेरेटेड; 3. ड्यूमोंट # 7 बल, घुमावदार; 4. ड्यूमोंट # 5 फोर्स; 5. माइक्रो क्यूरेट, 13 सेमी; 6. क्यू-टिप्स; 7. सर्जिकल टेप; 8. अल्कोहल पैड। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

2. सर्जरी के लिए जानवर की तैयारी

नोट: इन प्रयोगों के लिए, हमने 12 सप्ताह और 33 सप्ताह की उम्र के बीच 14 C57BL / 6 नियंत्रण चूहों का उपयोग किया, जिनमें से पांच पुरुष और नौ महिलाएं थीं।

  1. पशु को एक इंडक्शन चैंबर में 30%O2 में ~ 1.5 L/min पर आइसोफ्लुरेन के साथ एनेस्थेटाइज करें, जिसमें ~ 4% शुरू में प्रेरित करने के लिए और ~ 1.25% -1.5% सहज श्वास के साथ संज्ञाहरण के स्तर पर बनाए रखने के लिए और पूंछ पिंच प्रतिक्रिया को खत्म करने के लिए पर्याप्त है।
  2. प्रेरण के बाद जानवर को स्टीरियोटैक्सिक फ्रेम में स्थानांतरित करें, और फिर बाद के इलेक्ट्रोड अनुप्रयोग और छेद प्रक्रिया (चित्रा 1 और चित्रा 3) के लिए नाक शंकु और कान की सलाखों में सिर को सुरक्षित करें।
  3. स्टीरियोटैक्सिक फ्रेम के नाक शंकु को एक इनलेट के माध्यम से वेपोराइज़र से कनेक्ट करें और स्कैवेंजर सिस्टम (जैसे, चारकोल या वैक्यूम) के माध्यम से किसी भी आइसोफ्लुरेन अवशिष्ट को हटाने के लिए एक आउटलेट से कनेक्ट करें। सुनिश्चित करें कि नाक शंकु से कोई हवा लीक नहीं है, दोनों आइसोफ्लोरेन के साथ संज्ञाहरण स्तर को बनाए रखने और कमरे की हवा में आकस्मिक रिसाव को रोकने के लिए (चित्रा 3)।
  4. स्टीरियोटैक्सिक फ्रेम में माउस की स्थिति की जांच करें, जिसमें नाक शंकु की स्थिति शामिल है, इंटुबैशन के बिना सहज श्वसन की अनुमति देने के लिए, साथ ही अनुसंधान कर्मियों की रक्षा के लिए उचित संज्ञाहरण वसूली और मैला ढोने की अनुमति देने के लिए (चित्रा 3)।
  5. जानवर पर नाड़ी, पल्स ऑक्सीजन संतृप्ति (पल्स ओएक्स), रक्तचाप और तापमान को मापने के लिए जांच रखें; सुनिश्चित करें कि न्यूनतम पल्स ऑक्सीकरण 90% है और पल्स >450 / मिनट है (अलार्म निचली सीमा 380 दाल / मिनट के रूप में दिखाया गया है)। रिकॉर्डिंग सिस्टम (चित्रा 3) के आधार पर नियमित अंतराल पर या लगातार प्रक्रिया के दौरान इन मापदंडों को रिकॉर्ड करें।
  6. प्रक्रिया शुरू करने से पहले, सजगता की जांच करने के लिए (उदाहरण के लिए) पैर की अंगुली चुटकी का उपयोग करके जानवर की बेहोशी के स्तर की जांच करें। यदि कोई रिफ्लेक्स नहीं है, तो बेहोश करने की क्रिया का स्तर इष्टतम है, जब तक कि जानवर सहज श्वसन और पर्याप्त पल्स ऑक्सीकरण बनाए रखता है। यदि कोई रिफ्लेक्स है, तो संज्ञाहरण के स्तर को गहरा करने के लिए आइसोफ्लुरेन की डिलीवरी बढ़ाएं, और फिर रिफ्लेक्स को फिर से जांचें। लगातार पशु की श्वसन आवृत्ति का निरीक्षण और निगरानी करें, और तदनुसार आइसोफ्लुरेन डिलीवरी को समायोजित करें।
  7. खोपड़ी के बालों को शेव करें या डिपिलेटरी क्रीम के साथ बालों को हटा दें (शराब पैड मार्ग के साथ अवशिष्ट क्रीम को साफ करें)।
  8. आंखों का मलहम लगाएं, और फिर कैंची का उपयोग करके काटने से पहले आयोडीन और अल्कोहल के तीन मार्गों के साथ खोपड़ी को साफ करें।

Figure 3
चित्रा 3: स्टीरियोटैक्टिक फ्रेम में जानवर की एक छवि, जिसमें खोपड़ी उजागर होती है और केवल टीएसीएस उत्तेजक इलेक्ट्रोड जगह पर होते हैं (होल प्लेसमेंट से पहले)। पूंछ के चारों ओर रक्तचाप उपकरण और पंजे पर पल्स ऑक्सीमीटर को बाईं ओर पढ़ने के साथ नोट करें। नाक शंकु के चारों ओर आइसोफ्लुरेन के लिए मैला ढोने वाली नलियां हैं। संक्षिप्त नाम: टीएसीएस = ट्रांसक्रैनियल अल्टरनेटिंग करंट उत्तेजना। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

3. सर्जिकल प्रक्रिया: उत्तेजक इलेक्ट्रोड लागू करना और छेद बनाना

  1. एक टर्मिनल अध्ययन के लिए, सर्जिकल कैंची का उपयोग करके खोपड़ी को हटा दें, और पीछे के ललाट सीवन के हिस्से को उजागर करने के लिए लैम्बडोइड सीवन से ~ 3 मिमी और ब्रेग्मा से ~ 3 मिमी फ्रंटल को उजागर करें। दोनों तरफ अस्थायी मांसपेशियों के प्रारंभिक भाग को उजागर करने के लिए खोपड़ी को पार्श्विका रूप से उत्पाद ति करें (चित्रा 3)।
  2. किसी भी अवशिष्ट चमड़े के नीचे संयोजी ऊतकों को हटा दें ताकि उत्तेजक इलेक्ट्रोड के आवेदन के लिए खोपड़ी साफ और सूखी हो।
  3. इलेक्ट्रोड के किनारे प्रवाहकीय जेल या पेस्ट लागू करें जो खोपड़ी के संपर्क में होगा, और आंतरायिक स्थानों पर किनारे के चारों ओर सर्जिकल सुपरग्लू के साथ इलेक्ट्रोड को सुरक्षित करें।
    नोट: खोपड़ी की सतह पर बेहतर बंधन की अनुमति देने के लिए संचालन जेल को सर्जिकल सुपरग्लू के साथ हस्तक्षेप करने की अनुमति न दें। सर्जिकल सुपरग्लू का उपयोग करके इलेक्ट्रोड की बाहरी सतह को भी अछूता किया जा सकता है (खोपड़ी से यदि यह जीवित रहने की सर्जरी के दौरान बंद हो जाता है)।
  4. या तो वाणिज्यिक फ्लैट इलेक्ट्रोड का उपयोग करें, या खोपड़ी के आकार के अनुसार काटे गए 100 μm (प्लेट से सोल्डर्ड) के व्यास के साथ इंसुलेटेड तार का उपयोग करके इन-हाउस इलेक्ट्रोड बनाएं और खोपड़ी के आकार के अनुसार काटे गए 1 मिमी x 3 मिमी लचीला, इंसुलेटेड (एक सतह पर) तांबे की प्लेट।
  5. मांसपेशियों और परिधीय तंत्रिका सक्रियण को कम करने के लिए इलेक्ट्रोड को परेशान किए बिना दोनों तरफ अस्थायी मांसपेशियों और खोपड़ी पर लिडोकेन पेस्ट लागू करें।
  6. एक बार जब एक्स्ट्राक्रेनियल उत्तेजक इलेक्ट्रोड खोपड़ी के प्रत्येक तरफ (ब्रेग्मा और लैम्ब्डा के बीच) 4 मिमी पार्श्व में होते हैं, तो कांच के इलेक्ट्रोड के लिए दो 0.5 मिमी छेद ड्रिल करें, मध्य रेखा के प्रत्येक तरफ 2 मिमी, एक दूसरे से 4 मिमी अलग, ऑर्थोगोनल से कोटिनोल सीवन (चित्रा 1)। एक्स्ट्राक्रेनियल इलेक्ट्रोड से खोपड़ी में वर्तमान प्रवेश को रोकने के लिए इन छेदों को बाँझ खनिज तेल से भरें।
  7. यदि अवसाद फैलाने के लिए किसी विशेष प्रयोग के लिए वांछित है (यानी, पोटेशियम-प्रेरित फैलने वाला अवसाद [के +-एसडी]), खोपड़ी के दाईं ओर, कोरोनल सीवन में एक तीसरा 0.5 मिमी छेद ~ 1.5 मिमी रोस्ट्रल और पीछे के ललाट सीवन में ~ 1 मिमी पार्श्व जोड़ें। के +-एसडी को प्रेरित करने के लिए बाद में 1 एम केसीएल आवेदन के लिए इस छेद को नमकीन से भरें।
  8. बोर होल प्लेसमेंट से पहले (और खारे स्नान में रखे गए समान इलेक्ट्रोड की तुलना में) और होल प्लेसमेंट के बाद एक्स्ट्राक्रेनियल उत्तेजक इलेक्ट्रोड की प्रतिबाधा का परीक्षण करें ताकि यह सत्यापित किया जा सके कि छेद मस्तिष्क में वर्तमान प्रवाह में हस्तक्षेप नहीं करते हैं (यानी, सुनिश्चित करें कि प्रतिरोध अपरिवर्तित है)।
    नोट: प्रतिबाधा माप सीधे उत्तेजक डिवाइस द्वारा प्रदान किया जाता है। आम तौर पर, हमने समग्र प्रणाली प्रतिबाधा (यानी, खोपड़ी / मस्तिष्क मार्ग में एक्स्ट्राक्रेनियल इलेक्ट्रोड से, आमतौर पर ~ 3 किलोमीटर) को छेद और ग्लास माइक्रोइलेक्ट्रोड की परवाह किए बिना अपेक्षाकृत स्थिर पाया है, यह दर्शाता है कि छेद के माध्यम से सीधे मस्तिष्क में न्यूनतम वर्तमान रिसाव होता है।
  9. क्रोनिक उत्तेजना के लिए क्रोनिक ट्रांसक्रैनियल उत्तेजना इलेक्ट्रोड को एक समान तरीके से रखें। इस मामले में, इलेक्ट्रोड की बाहरी सतह को इन्सुलेट करें, खोपड़ी को बंद करें, और या तो खोपड़ी के माध्यम से इंसुलेटेड तारों को बाहर निकालें या उन्हें खोपड़ी पर लगे एक निश्चित सिर चरण में रूट करें।

4. शारीरिक प्रक्रिया

  1. प्रयोग के शारीरिक पहलुओं से शुरू करें, एक बार जब जानवर गैर-अस्तित्व, शारीरिक प्रयोग के लिए पूरी तरह से तैयार हो जाता है। सहज श्वसन और पर्याप्त पल्स ऑक्स, श्वसन और नाड़ी के स्तर दोनों के लिए पर्याप्त संज्ञाहरण स्तर बनाए रखें।
  2. निम्नलिखित दो विधियों में से एक द्वारा एक्स्ट्राक्रेनियल उत्तेजना से उत्पन्न सीबीएफ को मापें।
    1. उत्तेजना एपिसोड के दौरान इंट्राक्रैनील विद्युत क्षेत्र को मापने के लिए इंट्राक्रैनील रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड के साथ या बिना लेजर स्पॉट इमेजिंग डिवाइस के तहत माउस रखें (चित्रा 3)।
    2. उत्तेजना एपिसोड के दौरान इंट्राक्रैनील विद्युत क्षेत्र को मापने के लिए द्विपक्षीय लेजर डॉपलर जांच और इंट्राक्रैनील इलेक्ट्रोड के प्लेसमेंट के लिए जानवर को एक शारीरिक तैयारी में स्थानांतरित करें (चित्रा 1)।

5. द्विपक्षीय लेजर डॉपलर और ग्लास इलेक्ट्रोड का प्लेसमेंट

  1. द्विपक्षीय लेजर डॉपलर जांच के आवेदन के लिए जानवर को माइक्रोस्कोप चरण में स्थानांतरित करें। खोपड़ी की सतह के शीर्ष पर द्विपक्षीय छेद और कोरोनल सीवन के बीच जांच रखें (चित्र 1)।
  2. खींचे गए ग्लास माइक्रोइलेक्ट्रोड्स (~ 0.1 μM, 2-6 M) प्रतिबाधा को 0.2 M NaCl के साथ भरें, और उन्हें माइक्रोमैनिपुलेटर का उपयोग करके दो छेदों में रखें जो 3,14 (चित्रा 1) के पार्श्व में रखे गए हैं।
    नोट: ये छेद दो सममित एक्स्ट्राक्रेनियल उत्तेजना इलेक्ट्रोड (चित्रा 1) के बीच हैं।
  3. एक बार मस्तिष्क में डालने के बाद, सुनिश्चित करें कि ये ग्लास माइक्रोइलेक्ट्रोड सेरेब्रल कॉर्टेक्स के भीतर ~ 1 मिमी हैं। विभिन्न सममित गहराई पर गहराई प्रोफाइल का प्रदर्शन करें। वर्तमान प्रवाह के लिए इस मार्ग को इन्सुलेट करने के लिए बाँझ खनिज तेल के साथ छेद को फिर से भरें।

6. ट्रांसक्रैनियल अल्टरनेटिंग करंट स्टिमुलेशन (टीएसीएस) या ट्रांसक्रैनियल डायरेक्ट करंट स्टिमुलेशन (टीडीसीएस) की तीव्रता की उत्तेजना प्रक्रिया और माप।

  1. खोपड़ी पर दोहरी लेजर डॉपलर जांच और दो इंट्राक्रैनील माइक्रोइलेक्ट्रोड आउटपुट (हेडस्टेज के साथ डीसी एम्पलीफायर का उपयोग करके दर्ज) से निरंतर डेटा रिकॉर्ड करें, कम से कम चार चैनलों के साथ डिजिटाइजिंग सिस्टम और सॉफ्टवेयर का उपयोग करके (1 किलोहर्ट्ज की नमूना दर पर)। एक बार जब सभी मान पर्याप्त रूप से स्थिर आधारभूत अवधि (यानी, >10 मिनट) पर दर्ज किए गए हैं, तो एक्स्ट्राक्रेनियल उत्तेजना का परीक्षण करें।
    नोट: चित्रा 4 ऊपरी चैनलों में दो इंट्राक्रैनील रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड और निचले चैनलों में सीबीएफ प्रतिक्रिया के साथ चार चैनलों का एक उदाहरण दिखाता है।
  2. उत्तेजना से पहले और बाद में एक स्पष्ट आधार रेखा प्राप्त करने के लिए विभिन्न आयामों (यानी, 20-30 एस, 0.5-2.0 एमए, सहनीय सीमा में) पर उत्तेजना की संक्षिप्त अवधि लागू करें (चित्रा 4)। एक वाणिज्यिक, मानव-संगत उत्तेजक उपकरण का उपयोग करके दोनों तरफ (चित्रा 1) दो खोपड़ी टीएसीएस इलेक्ट्रोड के बीच उत्तेजना लागू करें जो एक निरंतर प्रवाह प्रदान करता है।
  3. मांसपेशियों के स्विच या टीएसीएस के अन्य प्रतिक्रियाओं के लिए माउस का बारीकी से निरीक्षण करें, जैसे कि नाड़ी या श्वसन में परिवर्तन, सहनशीलता की ऊपरी सीमा (आम तौर पर ~ 2 एमए) बनाने के लिए।
  4. यह सुनिश्चित करने के लिए उत्तेजना युगों के साथ इलेक्ट्रोड में प्रतिबाधा की निगरानी करना जारी रखें कि यह स्थिर है।
  5. सहज K+-SD घटनाओं को प्रेरित करने के लिए पूर्वकाल होल14 में 1 M KCl की एक छोटी मात्रा (2-3 μL) जोड़ें। ये के + -एसडी-प्रेरित सीबीएफ प्रतिक्रिया और सीबीएफ प्रतिक्रिया के बीच एक बड़ी सीबीएफ प्रतिक्रिया और बातचीत उत्पन्न करते हैं। टीएसीएस सीबीएफ प्रतिक्रिया का अनुमान लगाएं, एसडी की घटना से पहले और बाद में टीएसीएस उत्तेजना को लागू करें।
  6. प्रयोग के अंत में, आइसोफ्लुरेन (5%) के ओवरडोज के माध्यम से इच्छामृत्यु करें और फिर श्वसन और दिल की धड़कन बंद होने के बाद सिर काट दें।

Figure 4
चित्रा 4: कम तीव्रता वाले टीएसीएस के जवाब में कच्चे डेटा के चार चैनल दिखाने वाला डेटा। डेटा को ऊपरी दो पंक्तियों के साथ इंट्राक्रैनील, प्रत्यक्ष डीसी विद्युत रिकॉर्डिंग (इनपुट 1 [आईएन0] और इनपुट 2 [आईएन 1] के रूप में लेबल किया जाता है) और निचली दो पंक्तियों को सेरेब्रल रक्त प्रवाह के द्विपक्षीय लेजर डॉपलर रिकॉर्डिंग के रूप में व्यवस्थित किया जाता है। ध्यान दें कि प्रतिक्रियाएं दाएं (ऊपरी) और बाएं (निचले) विद्युत और सेरेब्रल रक्त प्रवाह के निशान के बीच विषम हैं। (ए) 1.2 एमवी / मिमी 20 एस उत्तेजना (0.75 एमए) के जवाब में एक छोटी प्रतिक्रिया (रक्त प्रवाह में 16% वृद्धि)। (बी) 1.4 एमवी / मिमी उत्तेजना (1.0 एमए) के जवाब में एक बड़ी प्रतिक्रिया (रक्त प्रवाह में 21% वृद्धि)। संक्षिप्त नाम: टीएसीएस = ट्रांसक्रैनियल अल्टरनेटिंग करंट उत्तेजना। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

7. विद्युत क्षेत्र की गणना

  1. दर्ज की गई दो साइन तरंगों की अर्ध-तरंग (एक चक्र) में अंतर का उपयोग करके दो इंट्राक्रैनील इलेक्ट्रोड से आउटपुट में अंतर को मापें (चित्रा 4 में ऊपरी दो निशान)। क्षेत्र की ताकत (एमवी / मिमी) 3,6 पर पहुंचने के लिए इस अंतर (एमवी) को दो इलेक्ट्रोड (मिमी, यहां ~ 4 मिमी लेकिन प्रत्येक मामले में सीधे मापा जाता है) के बीच की दूरी से विभाजित करें।

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Representative Results

प्रतिनिधि परिणाम चित्रा 4, चित्रा 5, और चित्रा 6 में दिखाए गए हैं। चित्रा 4 ऊपरी चैनलों पर दो इंट्राक्रैनील रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड और निचले चैनलों पर सीबीएफ प्रतिक्रियाओं के साथ चार चैनलों का एक उदाहरण दिखाता है। टीएसीएस खोपड़ी के पार सममित है, लेकिन आम तौर पर, इंट्राक्रैनील क्षेत्र प्रतिक्रिया लागू एसी धाराओं के लिए थोड़ी विषम होती है, जिसमें एक पक्ष दूसरे की तुलना में बड़ी प्रतिक्रिया दिखाता है (चित्रा 4)। टीएसीएस विद्युत उत्तेजना3 के लिए सीबीएफ प्रतिक्रिया आम तौर पर उच्च आयामों (यानी, 0.75-2.0 एमए, चित्रा 4 बी) पर फैसिक होती है और कम आयामों (0.5-0.75 एमए, चित्रा 4 ए) पर अधिक स्थिर होती है। चूंकि सीबीएफ रिकॉर्डिंग (एलएसआई या एलडी माप के साथ) शोर गुल करते हैं और कम आयामों पर सहज उतार-चढ़ाव दिखाते हैं, इसलिए हमने सहज उतार-चढ़ाव को कम करने में सहायता के लिए टीएसीएस के 5-10 युगों का औसत निकाला (चित्रा 4)।

चित्रा 5 लेजर स्पॉट इमेजिंग का उपयोग करके मस्तिष्क रक्त प्रवाह प्रतिक्रिया दिखाता है। शीर्ष-बाएं छवि एक अघटाया दृश्य दिखाती है, जबकि बाईं ओर बाद की छवियां लेजर झुकाव इमेजिंग डिवाइस का प्रत्यक्ष आउटपुट हैं। दाईं ओर की छवियां उत्तेजना से पहले और बाद की तुलना में अंतर छवियां हैं। दाईं ओर की मध्य छवि उत्तेजना के कारण मस्तिष्क रक्त प्रवाह में फैलाव अंतर दिखाती है। ऊपरी दाईं ओर ग्राफ उत्तेजना के समय तीव्रता में स्पष्ट वृद्धि के साथ उत्तेजक इलेक्ट्रोड के बीच रुचि का एक क्षेत्र दिखाता है।

Figure 5
चित्रा 5: 1.0 एमए पर टीएसीएस के दौरान द्विपक्षीय रूप से सेरेब्रल रक्त प्रवाह की लेजर धब्बेदार खोपड़ी इमेजिंग जिसमें मस्तिष्क रक्त प्रवाह वृद्धि की सीमा दिखाने वाली छवियों की एक श्रृंखला है। ऊपरी-बाएं छवि बेसलाइन पर माउस खोपड़ी की एक रंगीन छवि दिखाती है; स्केल बार = 5 मिमी। ऊपरी-दाएं श्रृंखला समय के साथ 1.2 एमवी / मिमी उत्तेजना की प्रतिक्रिया दिखाती है; छवियों के बीच रुचि के काफी शोर क्षेत्र पर ध्यान दें। बाईं छवियां लेजर स्पॉट इमेजिंग से प्रत्यक्ष रंग प्रवाह छवियां हैं। शीर्ष रंग छवियां उत्तेजना से पहले होती हैं, मध्य छवियां उत्तेजना के चरम के दौरान होती हैं, और निचली छवियां बेसलाइन पर लौटने के बाद होती हैं। सही छवियां अंतर छवियां हैं (बेसलाइन घटाए जाने के साथ) उत्तेजना के जवाब में बढ़ी हुई सीबीएफ की प्रसार प्रकृति दिखाती हैं, जिसे कॉर्टेक्स में समान रूप से नोट किया जा सकता है (मध्य छवि में लाल, +15%); बेसलाइन पर बाद की वापसी नीचे की छवियों में दिखाई गई है। रंग स्केल पट्टी ±15% अंतर के परिवर्तन दिखाती है। संक्षिप्त नाम: टीएसीएस = ट्रांसक्रैनियल अल्टरनेटिंग करंट उत्तेजना। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

चित्रा 6 ए उम्र के कार्य के रूप में मस्तिष्क रक्त प्रवाह प्रतिक्रियाओं की तुलना दिखाता है, जिसमें युवा जानवरों में काफी वृद्धि हुई प्रतिक्रिया होती है। चित्रा 6 बी से पता चलता है कि यह बड़ी धाराओं के लिए विशेष रूप से सच है, जिसके लिए छोटे जानवर पुराने जानवरों की तुलना में बहुत अधिक मजबूत प्रतिक्रिया दिखाते हैं।

Figure 6
चित्र 6: सेरेब्रल रक्त प्रवाह प्रतिक्रियाएं। (ए) माउस की उम्र के कार्य के रूप में सेरेब्रल रक्त प्रवाह में परिवर्तन। पुराने जानवरों (28-33 सप्ताह) की तुलना में छोटे जानवरों (12-14 सप्ताह) में काफी बड़ी प्रतिक्रिया पर ध्यान दें। (बी) ये अंतर टीएसीएस उत्तेजना के उच्च वर्तमान स्तर तक भी फैले हुए हैं; वास्तव में, 1.5 और 2.0 एमए पर, युवा जानवरों में बहुत बड़ी सेरेब्रल रक्त प्रवाह प्रतिक्रिया होती है। उपयोग किया गया सांख्यिकीय परीक्षण एक गैर-पैरामीट्रिक तुलना (रैंक-योग; एन = 13 प्रतिनिधि प्रयोग) था, जिसमें युवा और पुराने समूहों के बीच अंतर के लिए पी < 0.005 का परिणाम था। संक्षेप: टीएसीएस = ट्रांसक्रैनियल प्रत्यावर्ती वर्तमान उत्तेजना; सीबीएफ = सेरेब्रल रक्त प्रवाह। कृपया इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहाँ क्लिक करें.

टीएसीएस आवृत्ति के आधार पर सीबीएफ प्रतिक्रिया का भी मूल्यांकन किया जा सकता है, आवृत्ति 5-6 हर्ट्ज से 40 हर्ट्ज तक भिन्न होती है, जैसा कि कई पुरानी उत्तेजना अध्ययनों में उपयोग किया जाता है; पीक सीबीएफ प्रतिक्रिया 10-20 हर्ट्ज पर होती है।

ये दो अलग-अलग आयु सीमाओं (12-14 सप्ताह बनाम 28-33 सप्ताह) के चूहों के साथ एक निरंतर-वर्तमान टीएसीएस उत्तेजक उपकरण और एक लेजर झुकाव इमेजिंग डिवाइस दोनों का आकलन करने वाले 13 प्रयोगों के प्रारंभिक परिणाम हैं। ये डेटा टर्नर एट अल.3 द्वारा दिखाए गए परिणामों पर महत्वपूर्ण सुधार को उजागर करते हैं। नैदानिक नमूनों (यानी, मनुष्यों) में, खोपड़ी की वर्तमान सीमाओं और असुविधा के कारण संभावित क्षेत्र की ताकत बहुत कम है (यानी, <0.2-0.5 एमवी / मिमी), जबकि कृन्तकों में, आमतौर पर 1-5 एमवी / मिमी को एक सक्रिय, सहनीय प्रतिक्रिया होने का अनुमान लगाया गया है (चित्रा 5)।

इन परिणामों में अधिक संवेदनशील एलएसआई सीबीएफ प्रतिक्रियाएं (चित्रा 5) शामिल हैं, जिसमें टीएसीएस के लिए क्षणिक सीबीएफ प्रतिक्रियाएं शामिल हैं। चित्रा 4 प्रत्यक्ष मस्तिष्क प्रतिक्रिया (विद्युत क्षेत्र ग्रेडिएंट को मापकर) के साथ-साथ छोटे और बड़े सीबीएफ प्रतिक्रियाओं को मापने के लिए दोहरे इंट्राक्रैनील इलेक्ट्रोड का उपयोग करते समय टीएसीएस की प्रतिक्रिया को दर्शाता है। हम वर्तमान में कम-क्षेत्र शक्ति टीएसीएस के साथ प्रयोग कर रहे हैं और नियंत्रण जानवरों के साथ अल्जाइमर रोग (सीवीएन-एडी मॉडल15) के हमारे पसंदीदा माउस मॉडल की तुलना कर रहे हैं।

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Discussion

यह प्रोटोकॉल टीईएस14 के लिए मस्तिष्क की प्रतिक्रिया का अनुमान लगाने के लिए बायोमार्कर के रूप में सीबीएफ प्रतिक्रिया के इनविवो, एनेस्थेटाइज्ड माप पर केंद्रित है। टीईएस प्रतिक्रिया के दीर्घकालिक बायोमार्कर में हिस्टोलॉजिकल उपचार प्रभाव शामिल हैं, जैसे कि अमाइलॉइड पट्टिका गठन में रोकथाम या परिवर्तन (यानी, कई एडी मॉडल में 40 हर्ट्ज पर गामा उत्तेजना के साथ) 16,17,18,19, लेकिन अल्पकालिक बायोमार्कर तत्काल शारीरिक प्रभावों का अनुमान लगाने और खुराक-प्रतिक्रिया वक्र 3 की गणना करने में भी सहायक होते हैं।. इसी प्रोटोकॉल का उपयोग खोपड़ी में पुरानी टीईएस उत्तेजना के लिए भी किया जा सकता है, लेकिन उत्तेजक तारों को जागृत उत्तेजना के लिए एक सुविधाजनक, आंतरायिक कनेक्शन में रूट करने की आवश्यकता होगी।

प्रोटोकॉल के भीतर पहला महत्वपूर्ण कदम द्विपक्षीय उत्तेजक इलेक्ट्रोड की कम प्रतिबाधा को बनाए रखना और प्रत्येक उत्तेजना युग के साथ इस प्रतिबाधा को मापना शामिल है। कम प्रतिबाधा को पर्याप्त प्रवाहकीय पेस्ट, खोपड़ी में इन्सुलेशन और किसी भी छेद के लिए खनिज तेल का उपयोग करके प्राप्त किया जा सकता है (क्रैनियम में वैकल्पिक मार्गों को रोकने के लिए)। हमने वाणिज्यिक और घर का बना उत्तेजक इलेक्ट्रोड दोनों के कई संस्करणों की कोशिश की है, और घर का बना दृष्टिकोण प्रतिबाधा पर अधिक नियंत्रण की अनुमति देता है। इलेक्ट्रोड में प्रजनन क्षमता के लिए एक निरंतर-वर्तमान उत्तेजक उपकरण महत्वपूर्ण है। अतिरिक्त महत्वपूर्ण कदमों में सेरेब्रल कॉर्टेक्स के भीतर इंट्राक्रैनील क्षेत्र का अनुमान लगाने के लिए एक निश्चित गहराई पर मस्तिष्क के भीतर मापी गई दूरी पर समय के साथ न्यूनतम बहाव के साथ डीसी रिकॉर्डिंग को बनाए रखना, साथ ही लेजर डॉपलर जांच या लेजर स्पॉट-आधारित इमेजिंग सिस्टम का उपयोग करके मस्तिष्क रक्त प्रवाह का आकलन करना शामिल है।

विद्युत क्षेत्र की ताकत और इंट्राक्रैनील विद्युत क्षेत्रों के समवर्ती माप के लिए, हमने एंगल ्ड मैनिपुलेटर्स का उपयोग करके लेजर स्पॉट इमेजिंग डिवाइस के लिए माइक्रोइलेक्ट्रोड सम्मिलन तकनीक भी जोड़ी है। लेजर झुकाव डिवाइस पूरे क्रैनियम के अधिक व्यापक दृश्य के लिए अनुमति देता है, जबकि लेजर डॉपलर जांच अत्यधिक फोकल होती है और प्रतिनिधि माप नहीं दे सकती है, खासकर सीधे रक्त वाहिका पर।

यद्यपि ये अधिक आक्रामक प्रयोग एनेस्थेटाइज्ड चूहों में किए जाते हैं, हमारी योजना उत्तेजना आयाम (यानी, 0.5-1.0 एमए; 1-3 एमवी / मिमी क्षेत्र शक्ति) के निचले छोर पर जागृत जानवरों में निर्धारित या बंद-लूप टीएसीएस करने की है। हालांकि नैदानिक टीईएस आमतौर पर त्वचा इलेक्ट्रोड के साथ किया गया है, उत्तेजना स्तर त्वचा के दुष्प्रभावों और सिरदर्द से ~ 2 एमए 4 तक गंभीर रूप से सीमित है। मनुष्यों में समकक्ष इलेक्ट्रोड कम प्रत्यक्ष त्वचा उत्तेजना के साथ सबगेलल इलेक्ट्रोड होंगे।

त्वचा-माउंटेड इलेक्ट्रोड का उपयोग करने की तुलना में, स्ट्रोक रोगियों में सुधार का प्रदर्शन करना आसान है, उदाहरण के लिए, समन्वित प्रत्यारोपित योनि तंत्रिका उत्तेजक इलेक्ट्रोड और हाथगतिविधि 20 के साथ ऑन-डिमांड उत्तेजना का उपयोग करना। दरअसल, प्रत्यारोपित इलेक्ट्रोड के कुछ रूपों का उपयोग दिन-प्रतिदिन लगातार और प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य उपचार प्रभाव दिखाता है; इसके अतिरिक्त, उत्तेजना को किसी भी समय लागू किया जा सकता है (यानी, निर्धारित आधार पर नहीं, बल्कि गतिविधि के संबंध में), साइड इफेक्ट्स को एक बार कम किया जा सकता है जब उन्हें भविष्यवाणी या प्रेरित किया जा सकता है, और उत्तेजना को लंबे समय तक बढ़ाया जा सकता है (यानी, महीनों से वर्षों तक)। यह सभी पार्किंसंस रोग गहरी मस्तिष्क उत्तेजना उपचार के लिए मामला है, उदाहरण के लिए, जिसके लिए दीर्घकालिक आरोपण बहुत संभव और अच्छी तरह से सहन किया जाताहै।

प्रत्यारोपित खोपड़ी इलेक्ट्रोड के लिए एक और विकल्प सबगेलल उत्तेजना हो सकता है (जैसा कि हम कृन्तकों में प्रदर्शन कर रहे हैं); दरअसल, यह दीर्घकालिक मिर्गीकी निगरानी 22,23 के लिए प्रस्तावित किया गया है। सबगेलियल उत्तेजना खोपड़ी और मस्तिष्क पर अधिक केंद्रित है, त्वचा उत्तेजना के कई दुष्प्रभावों को खत्म कर सकती है, धाराओं की एक विस्तृत श्रृंखला (और, इसलिए, इंट्राक्रैनील विद्युत क्षेत्र परिमाण) का उपयोग करने की अनुमति दे सकती है, दिन-प्रतिदिन प्रतिलिपि प्रस्तुत करने योग्य है (किसी भी प्रत्यारोपित इलेक्ट्रोड की तरह), और कम प्रतिबाधा दिखाता है (यानी, त्वचा इलेक्ट्रोड के लिए 500 Ω बनाम 5-10 किलोवाट)। इस प्रकार, पुरानी टीईएस उत्तेजना के संदर्भ में, आमतौर पर कृन्तकों में लागू कई टीईएस विकल्प होते हैं, और नैदानिक रूप से, लंबी अवधि के उपचार प्रभावों को सक्षम करने के लिए एक परीक्षण योग्य, शारीरिक बायोमार्कर होना गंभीर रूप से महत्वपूर्ण हो सकता है।

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Disclosures

लेखकों के पास घोषित करने के लिए हितों का कोई टकराव नहीं है।

Acknowledgments

इस अध्ययन को निम्नलिखित अनुदानों (डीएटी को) द्वारा समर्थित किया गया था: एनआईए आरओ 1 AG074999, एनआईए R21AG051103, वीए I21RX002223, और वीए आई 21 BX003023।

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Alcohol pads HenryShein 112-6131
Baby mineral oil Johnson & Johnson
BD 1 mL syringe Becton Dikinson REF 305699
C3 Flat Surface Electrodes Neuronexus
C57BI mice from NIH colonies 
Copper skull electrods In house preparation
Digidata 1440, Clampex Axon Instruments
Dumont #5 forceps FST #5
Dumont #7 forceps curved Dumont RS-5047
Eye ointment Major LubiFresh P.M. NDC-0904-6488-38
Flaming/Brown micropipette puller Sutter instrument Co. Model P-87
Forceps 11.5 cm slight curve  serrated Roboz RS-8254
Intramedic needle 23 G Becton Dikinson REF 427565
KCl 1 M In house preparation
Laser Doppler Probes Moor Instruments 0.46 mm laser doppler probes
Laser Speckle Imaging Device RWD RFLSI-ZW
Micro curette 13 cm FST 10080-05
Micro Dissecting Scissors, 11.5 cm Roboz RS-5914
Mouse anesthesia fixation Stoelting
Neuroconn-DS Neurocare DC-Stimulator Plus
PhysioSuite Monitoring Kent Scientific
Q-tips Fisherbrand 22363167
Saline 0.9% NaCl solution Baxter 281322
Sensicam QE PCO Instruments
Software Axon Instruments Clampex
Surgical glue Covetrus 31477
Surgical tape 3M Transpore T9784

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References

  1. Bestmann, S., Walsh, V. Transcranial electrical stimulation. Current Biology. 27 (23), R1258-R1262 (2017).
  2. Bikson, M., et al. Rigor and reproducibility in research with transcranial electrical stimulation: An NIMH-sponsored workshop. Brain Stimulation. 11 (3), 465-480 (2018).
  3. Turner, D. A., Degan, S., Galeffi, F., Schmidt, S., Peterchev, A. V. Rapid, dose-dependent enhancement of cerebral blood flow by transcranial AC stimulation in mouse. Brain Stimulation. 14 (1), 80-87 (2020).
  4. Shah, S., Chhatbar, P. Y., Feld, J. A., Feng, W. Integrating tDCS into routine inpatient rehabilitation practice to boost post-stroke recovery. Brain Stimulation. 13 (4), 953-954 (2020).
  5. Voroslakos, M., et al. Direct effects of transcranial electric stimulation on brain circuits in rats and humans. Nature Communications. 9 (1), 483 (2018).
  6. Alekseichuk, I., Mantell, K., Shirinpour, S., Opitz, A. Comparative modeling of transcranial magnetic and electric stimulation in mouse, monkey, and human. Neuroimage. 194, 136-148 (2019).
  7. Tavakoli, A. V., Yun, K. Transcranial alternating current stimulation (tACS) mechanisms and protocols. Frontiers in Cellular Neuroscience. 11, 214 (2017).
  8. Yavari, F., Jamil, A., Mosayebi Samani, M., Vidor, L. P., Nitsche, M. A. Basic and functional effects of transcranial electrical stimulation (tES)-An introduction. Neuroscience and Biobehavioral Reviews. 85, 81-92 (2018).
  9. Wachter, D., et al. Transcranial direct current stimulation induces polarity-specific changes of cortical blood perfusion in the rat. Experimental Neurology. 227 (2), 322-327 (2011).
  10. Han, C. H., et al. Hemodynamic responses in rat brain during transcranial direct current stimulation: A functional near-infrared spectroscopy study. Biomedical Optics Express. 5 (6), 1812-1821 (2014).
  11. Ayata, C., Lauritzen, M. Spreading depression, spreading depolarizations, and the cerebral vasculature. Physiological Reviews. 95 (3), 953-993 (2015).
  12. Berenyi, A., Belluscio, M., Mao, D., Buzsaki, G. Closed-loop control of epilepsy by transcranial electrical stimulation. Science. 337 (6095), 735-737 (2012).
  13. Hoang, K. B., Cassar, I. R., Grill, W. M., Turner, D. A. Biomarkers and stimulation algorithms for adaptive brain stimulation. Frontiers in Neuroscience. 11, 564 (2017).
  14. Turner, D., A, D. S., Hoffmann, U., Galleffi, F., Colton, C. A. CVN-AD Alzheimer's mice show premature reduction in neurovascular coupling in response to spreading depression and anoxia compared to aged controls. Alzheimer's and Dementia. 17 (7), 1109-1120 (2021).
  15. Colton, C. A., et al. mNos2 deletion and human NOS2 replacement in Alzheimer disease models. Journal of Neuropathology and Experimental Neurology. 73 (8), 752-769 (2014).
  16. Castano-Prat, P., et al. Altered slow (<1 Hz) and fast (beta and gamma) neocortical oscillations in the 3xTg-AD mouse model of Alzheimer's disease under anesthesia. Neurobiology of Aging. 79, 142-151 (2019).
  17. Etter, G., et al. Optogenetic gamma stimulation rescues memory impairments in an Alzheimer's disease mouse model. Nature Communications. 10 (1), 5322 (2019).
  18. Iaccarino, H. F., et al. Gamma frequency entrainment attenuates amyloid load and modifies microglia. Nature. 540 (7632), 230-235 (2016).
  19. Martorell, A. J., et al. Multi-sensory gamma stimulation ameliorates Alzheimer's-associated pathology and improves cognition. Cell. 177 (2), 256-271 (2019).
  20. Dawson, J., et al. Vagus nerve stimulation paired with rehabilitation for upper limb motor function after ischaemic stroke (VNS-REHAB): A randomised, blinded, pivotal, device trial. Lancet. 397 (10284), 1545-1553 (2021).
  21. Hacker, M. L., et al. Deep brain stimulation in early-stage Parkinson disease: Five-year outcomes. Neurology. 95 (4), e393-e401 (2020).
  22. Duun-Henriksen, J., et al. A new era in electroencephalographic monitoring? Subscalp devices for ultra-long-term recordings. Epilepsia. 61 (9), 1805-1817 (2020).
  23. Haneef, Z., et al. Sub-scalp electroencephalography: A next-generation technique to study human neurophysiology. Clinical Neurophysiology. 141, 77-87 (2022).

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एक्स्ट्राक्रेनियल उत्तेजक इलेक्ट्रोड माप सेरेब्रल रक्त प्रवाह इंट्राक्रैनील विद्युत क्षेत्र एनेस्थेटाइज्ड चूहे ट्रांसक्रैनियल अल्टरनेटिंग करंट स्टिमुलेशन (टीएसीएस) खुराक-प्रतिक्रिया कर्व्स ग्लास माइक्रोइलेक्ट्रोड्स द्विपक्षीय लेजर डॉपलर (एलडी) जांच लेजर स्पॉट इमेजिंग (एलएसआई) इलेक्ट्रोड प्लेसमेंट स्थिरता वर्तमान आयु नियंत्रण जानवर विद्युत क्षेत्र की ताकत संज्ञाहरण
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Degan, S., Feng, Y., Hoffmann, U., Turner, D. A. Placement of Extracranial Stimulating Electrodes and Measurement of Cerebral Blood Flow and Intracranial Electrical Fields in Anesthetized Mice. J. Vis. Exp. (196), e65195, doi:10.3791/65195 (2023).

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