Stimolazione diretta correnti e multi-elettrodo Array registrazione di sequestro simile attività nei topi cervello fetta di preparazione

Neuroscience

Your institution must subscribe to JoVE's Neuroscience section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

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).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Catodica stimolazione in corrente continua transcranica (tDCS) induce effetti soppressivi sui sequestri di farmaco-resistenti. Per eseguire azioni efficaci, i parametri di stimolazione (ad esempio, l'orientamento, l'intensità del campo, e la durata stimolazione) devono essere esaminate in preparati fetta topi cerebrali. Test e disponendo l'orientamento dell'elettrodo rispetto alla posizione della fetta topi cervello sono fattibili. L'attuale metodo consente di mantenere il percorso thalamocingulate per valutare l'effetto di DCS sulle attività sequestro come corteccia cingolata anteriore. I risultati delle registrazioni matrice multicanale indicato che catodica DCS diminuito significativamente l'ampiezza delle risposte stimolazione evocati e durata di 4-aminopiridina e attività convulsiva-like bicucullina-indotta. Questo studio ha anche scoperto che le applicazioni DCS catodica a 15 min causato depressione a lungo termine nel percorso thalamocingulate. Il presente studio indaga gli effetti della DCS su thalamocingulate plasticità sinaptica e attività di sequestro simile acuti. L'attuale procedura in grado di testare i parametri ottimali di stimolazione compreso l'orientamento, l'intensità del campo, e la durata di stimolazione in vitro modello di topo in. Inoltre, il metodo può valutare gli effetti di DCS sulle attività sequestro simile corticali sia a livello cellulare e di rete.

Protocol

Le procedure che coinvolgono soggetti animali sono stati approvati dalla cura degli animali e del Comitato Istituzionale utilizzo, Academia Sinica, Taipei, Taiwan.

1. Preparazione Soluzione sperimentale ed attrezzature per multielettrodico Array registrazione

  1. Preparare artificiale cerebrale fluido spinale (aCSF; 124 mM NaCl, 4,4 mM KCl, 1 mM NaH 2 PO 3, 2 mM MgSO 4, 2 mM CaCl 2, 25 mM NaHCO 3, e 10 mM di glucosio, bollito con 95% O 2 e 5% di CO 2).
  2. Utilizzare due tipi di sonde MEA: 6 x 10 planare MEA e 8 x 8 MEA. La prima sonda copre la regione che comprende la corteccia, striato e talamo. Quest'ultima sonda copre solo la regione corticale.
  3. Utilizzare un amplificatore 60 canali con un filtro passa-banda impostata tra 0,1 Hz e 3 kHz a 1.200 amplificazione. Acquisire dati a una frequenza di campionamento a 10 kHz.
  4. Inserire due fili d'argento AgCl rivestite all'interno della camera di MEA per DCS. Utilizzare il AgClfili d'argento Rivestiti di produrre campi elettrici generati da uno stimolatore isolato.
  5. Posizionare un elettrodo di tungsteno (diametro, 127 m; lunghezza, 7,62 centimetri; 8 ° AC punta conica, resistenza, 5 MW) per la stimolazione talamica e posizionare l'elettrodo di riferimento nella camera di MEA. Fornire corrente dell'elettrodo di tungsteno utilizzando uno stimolatore isolato che è controllato da un generatore di impulsi.

2. Cervello Fetta Preparazione

  1. Utilizzare maschi C57BL / 6J, 4-8 settimane di vita. Casa gli animali in una stanza con aria condizionata (21-23 ° C; 50% di umidità; 12 ore di luce / 12 h / buio ciclo, si accende alle 8:00 AM) con libero accesso a cibo e acqua.
  2. Prendete una aliquota di 250 ml di aCSF che è stata preparata al punto 1.1, e metterlo in un bicchiere contenente ghiaccio. Allo stesso tempo, la fornitura di gas continuo che è composto di 95% O 2 e 5% CO 2.
  3. Chirurgia
    1. Anestetizzare l'animale con 4% isoflurano in un bicchierebox per circa 3 minuti. Una volta che l'animale raggiunge una profondità chirurgica di anestesia (indicato dalla mancanza di una risposta a pinch tep), posizionarlo su un vassoio poco profondo che viene riempito con ghiaccio tritato, e rimuovere la testa con le forbici.
    2. Esporre il cranio, e tagliare il muscolo restante. Successivamente, utilizzando rongeurs, staccarsi la superficie dorsale del cranio dal cervello. Tagliare via i lati del cranio con Rongeurs. Sterilizzare tutti gli strumenti chirurgici con una soluzione di etanolo al 75%.
    3. Utilizzando una spatola, tagliare i bulbi olfattivi e connessioni nervose lungo la superficie ventrale del cervello, e rimuovere il cervello. Dopo la decapitazione, trasferire rapidamente al cervello di un bicchiere pieno di aCSF ossigenato ghiacciata.
  4. Preparazione di mediale Talamo (MT) -ACC Cervello Slice
    Nota: Preparare le fette che contengono il percorso dal MT ACC 13.
    1. Hand-tagliare il blocco cervello con due tagli sagittali 2,0 mm lateralmente alla linea mediana di ciascun emisferoper visualizzare l'anatomia subcorticale. Poi fare due tagli angolati. Effettuare la prima traversa taglio parallelo al tratto di fibra visibile nello striato.
    2. Rendere il secondo cross-cut dalla connessione tra il cervelletto e corteccia visiva al punto medio tra commessura anteriore e tratto ottico che sono ventrale e parallela al percorso thalamocingulate.
    3. Fissare il blocco del cervello ad una piastra angolare (~ 120 °) con adesivo cianoacrilato, e fare un taglio appena sopra il punto di svolta del percorso. Aprire la piastra, appiattirla, e la colla sul palco camera di un vibratome.
    4. Fai mediale talamo-ACC fettine di cervello (500 micron di spessore) e poi immergerli in ghiacciata ossigenati fette aCSF.Transfer alla camera di registrazione, e mantenere a 32 ° C sotto perfusione continua (12 ml / min) con ossigenato aCSF per 1 hr.

3. Preparazione di perfusione Camera per multielettrodico Array registrazione

  1. Preparazionedi perfusione Camera
    1. Inserire una sonda MEA su un sistema multi-canale e utilizzare due tubi di polietilene separati per collegare la sonda ad una pompa peristaltica. Utilizzare un tubo per guidare il aCSF nella camera MEA e l'altro tubo per guidare il aCSF dalla camera. Infine, profumato continuamente la preparazione con acqua calda (29-30 ° C) aCSF ossigenato (8 ml / min).
  2. Trasferimento fetta cervello di MEA. Tenere premuto il fetta cervello su MEA utilizzando un tampone di cotone bagnato. Spostare con attenzione la fetta cervello per garantire la ACC è orientato sopra gli elettrodi.
  3. Utilizzare i kit di ancoraggio fetta e tenere di valore a premere la fetta cervello. Questo passaggio assicura un buon collegamento elettrico tra la fetta e elettrodi.

4. Generazione di campi elettrici da DCS

Nota: La definizione dell'orientamento campo elettrico si basa sulla direzione dell'asse axodendritic nella ACC. Gli orientamenti di dendrite e Soma scompartimenti eranoconfermato con colorazione di Golgi 12.

  1. Posizionare l'elettrodo AgCl (definito come anodo) prossimale alla ACC, e posizionare l'altro elettrodo (definito come catodo) distale al ACC. Registrare l'intensità del campo generato dai due orientamenti campo (parallele e perpendicolari alle fibre axodendritic ACC) nel MEA, e fornire le correnti dei campi elettrici utilizzando uno stimolatore.
  2. Fissare la distanza degli elettrodi AgCl (circa 1,5-2 cm), e regolare la forza attuale stimolatore per rendere il DCS tra 0,5 e 2 mA.

5. elettricamente indotte risposte corticali Synaptic

Nota: indurre risposte sinaptiche nel ACC dalla stimolazione elettrica in MT, in cui un generatore stimolo elettrico programmabile produce impulsi di corrente bifasici rettangolari.

  1. Ripetere la sezione 3 di cui sopra.
  2. Posizionare un elettrodo di tungsteno in MT, e inviare impulsi dallo stimolatore al thalregione amic delle fette tramite elettrodi di tungsteno bipolari.
  3. Utilizzare diverse intensità di corrente per determinare la soglia che suscita una risposta ACC. Qui, utilizzare una intensità di ± 150 μA e la durata di 200 msec, che ha suscitato una risposta massimale dell'80% nella ACC nella maggior parte delle fette.
  4. Spostare l'elettrodo di tungsteno lungo il percorso thalamocingulate (da MT a corpo calloso) nella fetta MT-ACC per ottenere i profili di risposta ottimali.
  5. Fare 10-20 spazza di risposte ACC, e utilizzare il software di media automaticamente tutti ACC evocata dalla stimolazione MT. Il risultato iss le risposte sinaptiche in ACC indotta dalla stimolazione MT da MT-ACC percorso.

6. elettricamente indotta attività di sequestro simile

Nota: Le crisi epilettiche-like è stata indotta mediante l'applicazione di 4-aminopiridina (4-AP; 250 mM) e bicucullina (5 mM). Precedenti studi di tempo-controllo hanno dimostrato che le risposte massime e stabili apparvero2-3 ore dopo l'applicazione di droga 14.

  1. ripetere il punto 5.
  2. Aggiungere farmaci alla soluzione di perfusione. Utilizzare 4-AP (250 micron) e bicucullina (5 micron). Mescolare i farmaci in modo uniforme, e continuare a perfusione per 2-3 ore.
  3. Per facilitare attività convulsiva-like, mantenere la pompa di perfusione ad una velocità relativamente veloce perfusione (8 ml / min), che può anche aiutare a prevenire l'accumulo di un gradiente di pH.
  4. Posizionare un elettrodo di tungsteno in MT, e fornire la stimolazione elettrica (150 μA, 200 msec durata) per ottenere profili di risposta ACC.
  5. Fare 10-20 spazza e la media delle risposte.
  6. Sostituire la soluzione di perfusione con fresco aCSF per lavare i farmaci. Ripetere il passaggio 6.5.

7. Effetto Test di DCS sulle risposte corticali evocati

  1. Ripetere sezioni 3 e 4. Assicurarsi che i campi elettrici uniformi sono generati da correnti di passaggio tra due fili d'argento AgCl rivestite paralleli che vengono inseriti all'interno del Mcamera di EA. Se non ci sono problemi, il DCS rimane tra 0,5 e 2 mA.
  2. Spegnere il DCS, e posizionare un elettrodo di tungsteno per stimolare il talamo (± 150 μA, 200 msec di durata). Per ottenere risposte sinaptiche massime nella ACC, fare 10-20 spazza e la media delle risposte.
  3. Contemporaneamente accendere il DCS (2 mV / mm forza DCS) e la stimolazione talamica (350 μA, 200 msec durata). Valutare le variazioni di ampiezza della risposta ACC stimolazione evocata talamica durante DCS.
  4. Spegnere il DCS, e aggiungere 4-AP (250 micron) e bicucullina (5 micron) alla soluzione di perfusione. Quindi attendere 2-3 ore. Quando i farmaci influenzano la fetta cervello, la fetta produce risposte sequestro corticali.
  5. Fare 10-20 spazza di risposte ACC, e quindi misurare l'ampiezza e la durata delle risposte sequestro corticali evocate elettrici.
  6. Dopo il punto 7.5, girare contemporaneamente sul DCS (2 forza mV / mm DCS) e la stimolazione talamica (150 μA, 200 duratisu msec). Valutare le variazioni di ampiezza e durata di risposte sequestro corticali evocate durante l'applicazione DCS.
  7. Sostituire la soluzione di perfusione con fresco aCSF per lavare i farmaci, e ripetere i passaggi 7.2 e 7.3.
  8. Raccogliere tutti i dati di registrazione, e raggruppare i dati nelle diverse condizioni sperimentali. Valutare l'ampiezza e la durata delle risposte corticali sequestro in diverse condizioni sperimentali.

Analisi 8. Dati

  1. Utilizzare un software (ad esempio, MC software Rack) per la media automaticamente le risposte registrate, ed esportare i dati grezzi di un foglio di calcolo. Analizzare l'ampiezza e la durata dei dati grezzi e generare figure a colori.
  2. Per rilevare gli eventi convulsivi oscillatori, utilizzare il software per misurare il valore della linea di base e le deviazioni standard (SD). Set 3 SD del livello di rumore come soglia. Ampiezze dei picchi durante un evento di oscillazione che superano questa soglia vengono rilevano automaticamenteed.
  3. Eseguire l'analisi statistica usando t-test di Student.
  4. Misurazioni espresso e analisi della varianza ad una via (ANOVA) risultati nel testo come media ± SE, con n che indicano il numero di fette studiati 12.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Preparazione del Setup Thalamocingulate Slice e MEA sistema di registrazione

La fetta MT-ACC da topi è una speciale preparazione slice che permette l'esplorazione delle proprietà elettrofisiologiche del percorso thalamocingulate. Figura 1A mostra il modo in cui è stato preparato il fetta MT-ACC. Il cervello di topo è stato rapidamente rimosso e conservato in luogo fresco aCSF ossigenato (Figura 1A, a, b). Per rivelare l'anatomia sottocorticale, il cervello è stato tagliato 2,0 millimetri lateralmente dalla linea mediana in ciascun emisfero acquisire blocchi cerebrali sagittali (Figura 1A, c, d). Due tagli angolati ventrali sono stati effettuati nei blocchi cerebrali per mantenere il percorso thalamocingulate. Il primo cross-cut è stata fatta nella parte anteriore del blocco cervello, parallelo al tratto di fibra visibile nello striato. Il secondo taglio incrociato è stata fatta nella parte posteriore del blocco cervello dal scommessa collegamentoween il cervelletto e corteccia visiva al punto medio tra la commessura anteriore e del tratto ottico. Dopo i tagli sono stati fatti, il blocco cervello è stato incollato su un piatto di plastica angolare (120 °), e un taglio è stata fatta sul lato dorsale direttamente attraverso la corteccia (Figura 1A, ad esempio). La piastra di blocco cervello è stato incollato un vibratome e immerso in aCSF fresco ossigenato. Infine, qualche fetta (500 micron di spessore) sono stati presi dal blocco cervello e incubate in aCSF ossigenato (Figura 1A, H, I).

Figura 1B mostra la configurazione del sistema di registrazione MEA. Lo schema mostra i sistemi di perfusione e MEA collegati ad un computer di registrazione. Una sonda MEA vuota è stata posta all'interno dell'amplificatore e perfusione iniziò a una portata di 8 ml / min. La fetta cervello MT-ACC è stata posta sulla sonda MEA garantendo nel contempo che l'area di registrazione era il più vicino possibile al centro. Uno stimolatore era usod per stimolare la fetta cervello e generare il campo elettrico. Dopo tutti i passaggi sono stati completati, il sistema registra le proprietà elettrofisiologiche del percorso thalamocingulate.

Figura 1C mostra il diagramma area di registrazione e il modo in cui la fetta cervello MT-ACC è stata posta sulla sonda MEA. Figura 1C-a mostra l'aspetto della sonda MEA. La linea nera (freccia rossa) sulla sonda ha aiutato l'utente a determinare la direzione corretta della sonda all'interno dell'amplificatore. Figura 1C-B mostra il maggiore circuito della sonda MEA. Figura 1C-C mostra la matrice elettrica che è stato sovrapposto al tessuto corticale.

Test risposte evocate

Per confermare conservazione del pathway thalamocingulate nella preparazione fetta, questo studio stimolato latalamo e registrato presso l'ACC negli esperimenti di elettrofisiologia. Solo fette con potenziale postsinaptico nella ACC offrendo allo stesso tempo una piccola quantità di corrente nella MT sono stati utilizzati nella sperimentazione. La figura 2a mostra le posizioni degli elettrodi di stimolazione e di registrazione e le risposte di stimolo-evocata tipiche del talamo nella ACC. Per indurre l'attività di sequestro simile, 4-AP (250 micron) e bicucullina (5 micron) sono stati utilizzati per indurre l'attività epilettiforme. Typical 4-AP con spontanea attività convulsiva-like bicucullina indotta era composta da un esordio ictal, seguita da una fase tonica e lunga durata. Le tracce sono stati selezionati per l'ingrandimento nella figura 2B. Questo studio ha anche cercato di fornire stimoli nella MT dopo indurre convulsioni indotte dal farmaco. 4-Aminopiridina / attività epilettiforme bicucullina evocata è stato indotto dopo stimolazione elettrica (Figura 2C).

analisiOrientamento di DCS e Slice

Precedenti studi clinici hanno mostrato che l'orientamento del campo elettrico di catodica DCS influisce sull'attività stimolazione evocata talamica. La Figura 3A mostra i diversi orientamenti del campo elettrico, che è stato organizzato parallelo o perpendicolare all'orientamento del dendrite e soma compartimenti del ACC. Quando il campo elettrico è stato organizzato parallelamente alle cellule neuronali, stimolazione catodica soppressa talamo risposte stimolazione evocati nella parte mediale della ACC (figura 3B, pannello superiore). Quando il campo elettrico è stato organizzato perpendicolare cellule neuronali, effetti significativi sulle risposte di stimolo-evocata talamo sono stati osservati (Figura 3B, pannello inferiore). Catodica parallelo DCS anche soppresso 4-AP-e attività di sequestro simile bicucullina indotta nella parte mediale della ACC (Figura 3C, pannello superiore).Si accorcia la durata di attività di sequestro-like, e nessun effetto significativo di perpendicolare catodica DCS è stato osservato (Figura 3C, pannello inferiore). Questi risultati hanno confermato che l'orientamento del campo elettrico è importante nella regolazione della trasmissione sinaptica nel percorso thalamocingulate.

Effetto del DCS su attività di sequestro

L'applicazione clinica di stimolazione magnetica transcranica, tDCS, e DCS fornisce un approccio non invasivo per il trattamento delle crisi farmaco-resistenti. Precedenti studi hanno dimostrato che la stimolazione campo modulato plasticità sinaptica e attività epilettiforme influenzato in diverse regioni del cervello. Gli attuali risultati hanno mostrato che tDCS catodica depresso thalamocingulate trasmissione sinaptica. L'ampiezza delle risposte stimolazione evocati e la durata di attività di sequestro come sono stati depressi (9 su 11 fette, 81.82%; Figure 4A, pannello di sinistra). Figura 4A (pannello di destra) mostra che il 15 min di catodica DCS efficacemente indotto la depressione a lungo termine (LTD) nella via MT-ACC e depresso risposte evocate (N = 11, p <0.05). Figura 4B (pannello di sinistra) mostra che la stimolazione talamica evocato robusta attività di sequestro simile nella corteccia cingolata. Trenta minuti dopo 15 min catodica applicazione DCS, la durata delle attività di sequestro come talamo stimolo-evocato è stato accorciato. I risultati hanno anche mostrato che la durata sequestro è stato significativamente diminuita dopo 15 min DCS catodica rispetto alcuna applicazione DCS (N = 9, p <0,05; la figura 4B, pannello di destra).

Figura 1
Figura 1:. Preparazione del Setup Thalamocingulate Slice e MEA sistema di registrazione (A) MT-ACC fetta proprocedura (a) Togliere il cervello e (b) il trasferimento a raffreddare aCSF ossigenato. (C) Fare due tagli parasagittali dalla linea mediana. Vista (d) laterale della parte mediale del blocco cervello. (E) fare due tagli angolati ventrali del blocco cervello. (F) Incollare il blocco del cervello su un piatto di plastica ad angolo. (G) Fare un taglio dorsale e aprire il blocco cervello. (H) Incollare il blocco cervello in un vibratome. (I) Raccogliere le fette dal blocco cervello. Configurazione del sistema (B) la registrazione MEA. (C) MEA area di registrazione. (A) della sonda MEA. (B) del circuito MEA. (C) L'ACC della fetta cervello è stato orientato soprattutto le sonde degli elettrodi. Cliccate qui per vedere una versione più grande di questa figura.

e = "1"> figura 2
Figura 2: risposte diverse evocati per talamiche stimolazione e stimolazione indotta da farmaci (A) talamiche risposte stimolazione evocati nella ACC.. (B) 4 Aminopyridine- e attività di sequestro simile bicucullina-indotta. (C) stimulation- talamiche e farmaco-indotta attività di sequestro-like. Fai clic qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 3
Figura 3:. Effetto di diversi orientamenti di DCS (A) differenti orientamenti del campo elettrico. (B) le risposte di stimolo-evocata talamiche con DCS. (C) Effetto della catodica DCS su attività di sequestro-like.: //www.jove.com/files/ftp_upload/53709/53709fig3large.jpg "Target =" _ blank "> Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Figura 4
Figura 4: Effetto del catodica tDCS sul sequestro di attività (A) Quindici minuti catodica DCS-indotta LTD e depresso l'attività evocata.. (B) La presenza di attività di sequestro simile è diminuita durante la stimolazione catodica. La soppressione di attività di sequestro simile da 15 min DCS catodica sopportato anche quando l'applicazione di DCS è stato terminato. Clicca qui per vedere una versione più grande di questa figura.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Nel presente studio, gli effetti della durata e orientamento DCS sull'attività convulsivo ACC sono stati testati. Per ottenere dati stabili in sezioni di cervello di topo, come mantenere l'integrità del pathway MT-ACC e per evitare danni è fondamentale, specialmente i passaggi in cui sono effettuati due tagli angolati ventrali e un taglio dorsale della corteccia. Inoltre, il tempo di preparare la fetta cervello può anche influenzare l'attività della fetta cervello, che dovrebbe essere il più breve tempo possibile per mantenere il cervello fresco e forte. Un precedente studio ha dimostrato che i danni al tessuto elettrochimico mirata può verificarsi in una preparazione in vivo 15. Un cervello preparazione fetta in vitro può essere utilizzato per evitare questo problema. In una preparazione in vitro, il tessuto non contatta direttamente l'elettrodo, minimizzando così gli effetti elettrochimici 16. Gli effetti di DCS sono stati confrontati con elettrodi che sono state orientate in direzioni diverse. Quando l'elettrodoes erano orientate a 90 ° e 270 °, DCS non influenza l'attività evocata (Figura 3). Così, questo esperimento controllato escluso la possibilità di eventuali effetti collaterali di reazioni elettrochimiche a DCS che hanno danneggiato il tessuto nel nostro studio. Il metodo di recupero di protezione delle fette di cervello è un'altra chiave; la formula aCSF in questo studio fornisce un'alternativa al metodo di taglio di protezione ed è altamente efficace per la conservazione dei neuroni in fettine cerebrali da 4 ad animali da 8 settimane di età. Il metodo non è stato progettato per l'uso con gli animali di tutte le età; l'uso di Tris aCSF sembra essere efficace nei topi giovani così come l'utilizzo del metodo di recupero protettivo NMDG nei topi dai 6 settimane e anziani. Pertanto, gli utenti devono tenere a mente le equivalenze età relativa tra le specie di scegliere il metodo migliore per l'esperimento.

Utilizzo di un MEA per registrare fettine di cervello è una tecnica comune, ma la combinazione di un campo elettrico, con una registrazione MEA sysTEM non è generalmente fatto. Che interessano un campo DC in soluzione conduttiva del sistema di registrazione MEA è un approccio interessante, soprattutto per periodi di molti secondi a minuti. Uno studio precedente ha mostrato che l'applicazione DCS non ha modificato il pH nella soluzione aCSF, indicando che il pH della soluzione conduttiva era stabile in questa configurazione sperimentale 12. Un tasso di perfusione relativamente veloce (8 ml / min) è stata mantenuta per facilitare attività convulsiva simili, e tutti i prodotti del cambiamento chimico nella sonda MEA sono stati lavati dalla perfusione, evitando così la formazione di un gradiente di pH. tecnologia di registrazione matrice multielettrodico è spesso limitata dal tipo di fetta cervello e gamma dell'elettrodo registrazione. Il tipo di fetta cerebrale determina quale percorso circuito viene registrato, e la gamma di l'elettrodo di registrazione determina se nuclei singoli o multipli del cervello sono registrate. Queste condizioni devono essere confermate prima dell'esperimento.

Pre studi cedenti hanno dimostrato che gli effetti a lungo termine di DCS avvengono attraverso la modulazione della trasmissione sinaptica 17. Nel presente studio, catodica DCS causato LTD nella via MT-ACC. Il LTD o depotenziamento di potenziamento sequestro legati stato proposto di far parte del meccanismo alla base della soppressione sequestro, il che suggerisce che il miglioramento dei risultati del trattamento tDCS può essere possibile. Tuttavia, nessuno studio pubblicato si è concentrata sulla forza del campo alla corteccia cingolata. La posizione profonda della corteccia cingolata nella parte mediale della corteccia è difficile da test. Ad esempio, è inevitabile che il flusso di corrente può influenzare i tessuti e vasi che sono più vicini alla superficie. La difficoltà di colpire profondo del tessuto da tDCS può limitare l'applicazione di tDCS per studio in vivo. Pertanto, per capire come DCS colpisce le attività neuronali, una preparazione fetta cervello dovrebbe essere utilizzato, come effetti vascolari non specifici devono essere esclusi.

jove_content "> Al fine di stabilire un modello sperimentale, il sequestro descritto è indotta in un cervello sano. Le attività sequestro-simili sono stati ulteriormente indotte da un impulso elettrico. La temporizzazione del verificarsi sequestro potrebbe essere controllato con precisione quando è stato applicato il DCS . I risultati possono fornire ulteriori informazioni per il trattamento tDCS. Un altro dato degno di nota è stata la lunga durata cambiamenti di eccitabilità corticale regionale che sono stati indotta da tDCS. in futuro, se il meccanismo alla base della tDCS può essere chiarito, allora la combinazione di DCS e la terapia farmacologica per migliorare LTD nel trattamento di epilessia può essere uno sviluppo molto interessante.

In conclusione, è stata fornita una metodologia per lo studio degli effetti di DCS su thalamocingulate e transcallosali plasticità sinaptica e convulsioni acute. Gli effetti a lungo termine di DCS di attività di sequestro simile nella nostra preparazione fetta cervello si è verificato attraverso un meccanismo LTD-like.

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).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics