大鼠慢性经颅电刺激及 Intracortical 记录
Summary
本详细的协议描述经颅刺激电极在颞骨上的放置, 以研究经颅电刺激在自由运动大鼠中的短期和远期效果。
Abstract
经颅电刺激 (工商业污水附加费) 是一种强有力的和相对简单的方法来弥漫影响大脑活动, 无论是随机或以闭环事件触发方式。尽管许多研究集中在健康和病理脑中的附加费可能带来的好处和副作用, 但对于刺激的作用机制仍然存在许多基本的开放性问题。因此, 显然需要一种稳健和可重复的方法来检测啮齿动物的急性和慢性附加费的影响。工商业污水附加费可以与常规的行为, 电生理和成像技术结合, 以调查神经网络在体内。经颅内刺激电极的植入不会对实验设计施加额外的限制, 同时它提供了一种多功能的、灵活的工具来操纵大脑活动。在这里, 我们提供了一个详细的, 循序渐进的协议, 以制造和植入经颅刺激电极, 以影响大脑活动在一个世俗的约束方式, 几个月。
Introduction
经颅电刺激 (工商业污水附加费) 是一种有价值的方法, 以影响大脑活动的世俗约束方式。根据刺激电极的大小和位置, 附加费会影响大的脑容量和 entrain 神经元的数量弥漫1,2,3。经颅直接电流刺激已经医学上批准的治疗主要抑郁障碍4,5, 和许多研究的重点是显示经颅刺激的认知效果的人6,7. 此外, 据报, 有关工商业污水附加费在控制癫痫发作的潜力方面有很有希望的结果89。
尽管进行了深入的研究, 但对于详细的操作机制、潜在的副作用以及应用此方法10、11、12的长期结果, 仍然存在许多公开的问题。因此, 有一个健壮的, 可重现的协议, 以研究附加费的影响, 在动物模型是至关重要的。鉴于许多疾病 (例如、抑郁症、癫痫和精神分裂症) 只能在清醒的动物中进行广泛的调查, 这些病症的性质通常需要长期治疗, 我们为慢性大鼠经颅电极植入术。这里提出的方法可以用于行为研究, 也可以结合记录电极植入 (即, 电线, 硅胶探头, juxtacellular 电极) 或与慢性颅窗的电生理实验和影像学研究, 分别。根据实验设计, 刺激的时间可以是随机的或事件触发特定的行为线索, 或特定的大脑状态 (癫痫发作, θ振荡) 的电生理标志8,11,13。
值得一提的是, 与目前使用的人类方法相比, 这是使用电极放置在皮肤上, 在这里我们显示一种方法, 采用皮下植入在颞骨表面, 因为老鼠勉强容忍任何放置在他们的皮肤上, 这是容易接近使用他们的爪子。
根据置换、还原和细化的原则, 由于植入的慢性性质, 这种方法有助于减少动物数量, 因为每种动物可以在不同的实验条件下进行几个月的招募, 允许使用更少的动物来测试各种假说。
在本研究中, 我们提供了一个详细的, 循序渐进的协议, 经颅刺激电极制造 (图 1A-B), 并证明这些电极慢性植入六月大的颞骨雄性长埃文斯鼠。
Protocol
Representative Results
Discussion
该协议最关键的步骤是在骨骼表面上粘附电极包。在封堵不当的情况下, 电极与骨之间形成间隙, 二次瘢痕组织可发育成间隙, 降低刺激质量。在粘附在包裹的步骤中, 骨表面必须是完全干燥的, 在遇到电极不稳定的情况下, 必须将其移除并用新的包替换, 以获得最佳效果。
这种方法的局限性是, 由于手术后皮肤没有完全闭合, 感染的风险相对较高。术后护理在头 4-5 天的恢复期间…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
这项工作得到了 EU-FP7-ERC-2013-Starting 赠款 (337075 号) 的支持, 匈牙利科学院的 “动量” 计划 (LP2013-62) 和 GINOP-2.3. 2-15-2016-00018 赠款。我们感谢 Máté Kozák 记录的刺激和记录电极和 Mihály Vöröslakos 在协议设计期间卓有成效的讨论。
Materials
| Cyanoacrylate liquid | Henkel | Loctite 401 | |
| Cyanoacrylate gel | Henkel | Loctite 454 | |
| Wire for stimulation electrodes | Phoenix Wire Inc. | 36744MHW – PTFE Microminiature Hook-Up Wire | |
| Board spacer | E-tec Interconnect | SP1-020-S378/01-55 | |
| Connector | E-tec Interconnect | P2510I-02 | |
| Tape packaging for stimulation electrodes | Nexperia | 74HC1G00GW | Tape packaging of any integrated circuit with SOT-353 case can be used |
| Grip Cement Industrial Grade | Caulk Dentsply | 675571 (powder) 675572 (solvent) | |
| Electroconductive gel | Rextra | ECG Gel | |
| Recording electrode wire | California Fine Wire Co. | .002 (50 micron) Tungsten 99.95% (CFW Material #: 100-211), HMl-Natural, cut to 3.0 inch pieces, Round, Cut length piece wire | |
| Ultrafine scissors | Hammacher Instrumente | Stainless HSB 544-09 | |
| Stainless steel tube | Vita Needle Company | 29 RW, 304SS Tubing, T.I.G. Welded and Plug | |
| High speed rotary saw | Dremel | Model # 395 | |
| Rotary saw holder | Dremel | Model # 220 | |
| Rotary saw cut-off wheel | Dremel | Model # 409 | |
| Ocular sticks | Lohmann-Rauscher | Pro-ophta Ocular Sticks | |
| Wet disinfectant | Egis | Betadine | |
| Dry disinfectant | Wagner Pharma | Reseptyl-urea | |
| Drilling machine | NSK-Nakanishi United Kingdom | Vmax35RV Pack | |
| Anchoring screws | Antrin Miniature Specialties, Inc. | 000-120×1/16 SL BIND MS SS |
Referencias
- Ozen, S., et al. Transcranial electric stimulation entrains cortical neuronal populations in rats. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 30 (34), 11476-11485 (2010).
- Ali, M. M., Sellers, K. K., Frohlich, F. Transcranial alternating current stimulation modulates large-scale cortical network activity by network resonance. The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 33 (27), 11262-11275 (2013).
- Helfrich, R. F., et al. Entrainment of brain oscillations by transcranial alternating current stimulation. Current biology : CB. 24 (3), 333-339 (2014).
- Bikson, M., et al. Transcranial direct current stimulation for major depression: a general system for quantifying transcranial electrotherapy dosage. Current treatment options in neurology. 10 (5), 377-385 (2008).
- Lefaucheur, J. P., et al. Evidence-based guidelines on the therapeutic use of transcranial direct current stimulation (tDCS). Clinical neurophysiology : official journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 128 (1), 56-92 (2017).
- Kuo, M. F., Nitsche, M. A. Effects of transcranial electrical stimulation on cognition. Clinical EEG and neuroscience. 43 (3), 192-199 (2012).
- Sandrini, M., Fertonani, A., Cohen, L. G., Miniussi, C. Double dissociation of working memory load effects induced by bilateral parietal modulation. Neuropsychologia. 50 (3), 396-402 (2012).
- Berenyi, A., Belluscio, M., Mao, D., Buzsaki, G. Closed-loop control of epilepsy by transcranial electrical stimulation. Science. 337 (6095), 735-737 (2012).
- Kozak, G., Berenyi, A. Sustained efficacy of closed loop electrical stimulation for long-term treatment of absence epilepsy in rats. Scientific reports. 7 (1), 6300 (2017).
- Fertonani, A., Ferrari, C., Miniussi, C. What do you feel if I apply transcranial electric stimulation? Safety, sensations and secondary induced effects. Clinical neurophysiology : official journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 126 (11), 2181-2188 (2015).
- Marshall, L., Binder, S. Contribution of transcranial oscillatory stimulation to research on neural networks: an emphasis on hippocampo-neocortical rhythms. Frontiers in human neuroscience. 7, 614 (2013).
- Reato, D., Rahman, A., Bikson, M., Parra, L. C. Effects of weak transcranial alternating current stimulation on brain activity-a review of known mechanisms from animal studies. Frontiers in human neuroscience. 7, 687 (2013).
- Thut, G., Miniussi, C. New insights into rhythmic brain activity from TMS-EEG studies. Trends in cognitive sciences. 13 (4), 182-189 (2009).
- Gage, G. J., et al. Surgical implantation of chronic neural electrodes for recording single unit activity and electrocorticographic signals. Journal of visualized experiments : JoVE. (60), (2012).
- Vandecasteele, M., et al. Large-scale recording of neurons by movable silicon probes in behaving rodents. Journal of visualized experiments : JoVE. (61), e3568 (2012).
- Zayachkivsky, A., Lehmkuhle, M. J., Dudek, F. E. Long-term Continuous EEG Monitoring in Small Rodent Models of Human Disease Using the Epoch Wireless Transmitter System. Journal of visualized experiments : JoVE. (101), e52554 (2015).
- Ung, K., Arenkiel, B. R. Fiber-optic implantation for chronic optogenetic stimulation of brain tissue. Journal of visualized experiments : JoVE. (68), e50004 (2012).
- Mostany, R., Portera-Cailliau, C. A craniotomy surgery procedure for chronic brain imaging. Journal of visualized experiments : JoVE. (12), (2008).
