La Stimulation électrique chronique transcrânienne et Intracortical enregistrement chez le rat
Summary
Ce protocole détaillé décrit le placement des électrodes stimulation transcrânienne sur l’OS temporal afin d’étudier les effets à court et à long terme de stimulation électrique transcranienne en se déplaçant librement des rats.
Abstract
La stimulation transcrânienne électrique (TES) est une approche relativement simple et puissante pour diffusément influent sur l’activité cérébrale au hasard ou de façon boucle fermée a déclenché l’événement. Bien que de nombreuses études mettent l’accent sur les avantages et les effets secondaires de TES dans les cerveaux sains et pathologiques, il existe encore de nombreuses questions en suspens fondamentale concernant le mécanisme d’action de la stimulation. Par conséquent, il est clairement nécessaire pour une méthode fiable et reproductible pour tester les aigus et les effets chroniques de TES chez les rongeurs. TES est cumulable avec les techniques comportementales et électrophysiologiques d’imagerie réguliers d’enquêter sur les réseaux neuronaux en vivo. L’implantation d’électrodes de stimulation transcrânienne n’impose pas des contraintes supplémentaires sur la conception expérimentale, alors qu’il offre un outil polyvalent et flexible pour manipuler l’activité cérébrale. Ici, nous fournissons un protocole détaillé, étape par étape pour fabriquer et implanter des électrodes de stimulation transcranienne pour influencer l’activité cérébrale de façon limitée dans le temps pendant des mois.
Introduction
La stimulation transcrânienne électrique (TES) est une approche méthodologique précieuse d’influencer l’activité cérébrale de façon limitée dans le temps. Selon la taille et le positionnement des électrodes de stimulation, TES peut affecter les volumes gros cerveau et monter les populations neuronales diffusément1,2,3. La stimulation transcrânienne courant continu est déjà médicalement approuvée pour le traitement du trouble dépressif majeur4,5et de nombreuses études mettant l’accent sur montrant les effets cognitifs de la stimulation transcrânienne dans les humains6 , 7. en outre, promettant des résultats ont été rapportés concernant le potentiel de TES dans le contrôle des crises d’épilepsie8,9.
Malgré les recherches intensives, il existe encore de nombreuses questions en suspens concernant les modalités d’action, effets secondaires et les résultats à long terme de l’application de cette méthode10,11,12. Par conséquent, il est extrêmement important d’avoir un protocole fiable et reproductible pour étudier les effets de TES dans des modèles animaux. Étant donné que de nombreux troubles (par exemple, la dépression, l’épilepsie et la schizophrénie) peuvent seulement être étudiées chez des animaux éveillés, et la nature de ces conditions médicales nécessitent généralement le traitement à long terme, nous fournissons un protocole pour la chronique implantation d’électrodes transcrânienne chez les rats. La méthode présentée ici peut être utilisée pour les études comportementales ou peut être combinée avec l’implantation d’électrodes d’enregistrement(p. ex., fils, silicone sondes, électrodes juxtacellular) ou avec des fenêtres crâniennes chroniques pour des expériences électrophysiologiques et imagerie, respectivement. Selon le protocole expérimental, le timing des stimuli peut être aléatoire ou déclenchés par l’événement aux signaux comportements spécifiques, ou pour les marques électrophysiologiques du cerveau particulier États (convulsions, oscillations thêta)8, 11 , 13.
Il est important de mentionner que contrairement à l’approche humaine utilisé actuellement, qui utilise un mode de réalisation d’électrodes placées sur la peau, nous montrons ici une méthode qui utilise le droit de l’implantation sous-cutanée sur la surface de l’OS temporal, depuis des rats à peine tolérer quoi que ce soit placé sur leur peau qui est facilement accessible à l’aide de leurs pattes.
Conformément aux principes de remplacement, réduction et raffinement, en raison de la chronicité de l’implantation, cette méthode permet de réduire le nombre d’animaux, étant donné que chaque animal peut être recruté dans différentes conditions expérimentales pendant des mois, ce qui permet l’utilisation de moins d’animaux pour tester différentes hypothèses.
Dans la présente étude, nous fournissons un protocole détaillé, étape par étape de l’électrode de stimulation transcranienne fabrication (Figure 1 a-B) et démontrer l’implantation chronique de ces électrodes sur l’OS temporal d’un six-month-old rats Long-Evans mâles.
Protocol
Representative Results
Discussion
L’étape la plus critique du présent protocole est le collage de l’ensemble de l’électrode sur la surface osseuse. Dans le cas d’une mauvaise étanchéité, un espace se forme entre les électrodes et l’os et du tissu cicatriciel secondaire peut se transformer en cet écart, ce qui diminue la qualité de la stimulation. La surface osseuse doit être complètement sec au cours des étapes de coller sur le colis, et dans le cas touchés par l’instabilité des électrodes, il doit être supprimé et remplacé …
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par les EU-FP7-ERC-2013-Starting grant (No.337075), le programme « Momentum » de l’Académie hongroise des Sciences (LP2013-62) et la subvention de GINOP-2.3.2-15-2016-00018. Nous remercions Máté Kozák pour documenter la stimulation et l’enregistrement des électrodes et Mihály Vöröslakos des échanges fructueux lors de la conception du protocole.
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).
