Sistema di registrazione elettroencefalografica a basso costo combinato con una bobina di dimensioni millimetriche per stimolare transcranicamente il cervello del topo in vivo

La stimolazione magnetica transcranica (TMS) è uno strumento promettente per la scienza del cervello umano, l’applicazione clinica e la ricerca su modelli animali a causa della sua non/bassa invasività. Durante la fase iniziale delle applicazioni della TMS, la misurazione dell’effetto corticale in risposta alla TMS a impulso singolo e accoppiato nell’uomo e negli animali era limitata alla corteccia motoria; L’output facilmente misurabile era limitato ai potenziali evocati motori e ai potenziali mioelettrici indotti che coinvolgevano la corteccia motoria ^1,2. Per espandere le regioni cerebrali che possono essere misurate dalla modulazione TMS, la registrazione elettroencefalografica (EEG) è stata integrata con TMS a impulso singolo e accoppiato come metodo utile per esaminare direttamente l’eccitabilità, la connettività e le dinamiche spaziotemporali delle aree in tutto il cervello ^3,4,5. Pertanto, l’applicazione simultanea della registrazione TMS e EEG (TMS-EEG) al cervello è stata utilizzata per sondare varie aree cerebrali corticali superficiali di esseri umani e animali per studiare i circuiti neurali intracorticali (vedi Tremblay et ^al.6). Inoltre, i sistemi TMS-EEG possono essere utilizzati per esaminare ulteriori caratteristiche spaziotemporali corticali, tra cui la propagazione di segnali ad altre aree corticali e la generazione di attività oscillatoria ^7,8.

Tuttavia, il meccanismo d’azione della TMS nel cervello rimane speculativo a causa della non invasività della TMS, che limita la nostra conoscenza di come funziona il cervello durante le applicazioni della TMS. Pertanto, gli studi traslazionali invasivi in animali che vanno dai roditori all’uomo sono di cruciale importanza per comprendere il meccanismo degli effetti della TMS sui circuiti neurali e la loro attività. In particolare, per gli esperimenti combinati TMS-EEG negli animali, non è stato sviluppato in modo intensivo un sistema di stimolazione e misurazione simultanea per i piccoli animali. Pertanto, gli sperimentatori sono tenuti a costruire un tale sistema per tentativi ed errori in base alle loro specifiche esigenze sperimentali. Inoltre, i modelli murini sono utili tra gli altri modelli di specie animali in vivo perché molti ceppi di topi transgenici e isolati dal ceppo sono disponibili come risorse biologiche. Pertanto, un metodo conveniente per costruire un sistema di misurazione combinato TMS-EEG per topi sarebbe auspicabile per molti ricercatori di neuroscienze.

Questo studio propone un metodo combinato TMS-EEG che può essere applicato per la stimolazione simultanea e la registrazione del cervello del topo, che è il principale tipo di animale transgenico utilizzato nella ricerca e che può essere facilmente costruito nei tipici laboratori di neuroscienze. In primo luogo, viene descritto un sistema di registrazione EEG a basso costo utilizzando elettrodi a vite convenzionali e un substrato flessibile per assegnare in modo riproducibile una posizione di array di elettrodi in ogni esperimento. In secondo luogo, un sistema di stimolazione magnetica è costruito utilizzando una bobina di dimensioni millimetriche, che può essere facilmente realizzata su misura nei laboratori tipici. In terzo luogo, il sistema combinato TMS-EEG registra l’attività neurale in risposta alla stimolazione sonora e magnetica. Il metodo presentato in questo studio può rivelare i meccanismi che generano disturbi specifici nei piccoli animali e i risultati ottenuti nei modelli animali possono essere tradotti per comprendere i corrispondenti disturbi umani.