Billigt elektroencefalografisk registreringssystem kombineret med en millimeterstor spole til transkranielt at stimulere musehjernen in vivo

Transkraniel magnetisk stimulering (TMS) er et lovende værktøj til menneskelig hjernevidenskab, klinisk anvendelse og dyremodelforskning på grund af dets ikke-/lave invasivitet. I den tidlige fase af TMS-applikationer var måling af den kortikale effekt som reaktion på enkelt- og parpuls-TMS hos mennesker og dyr begrænset til den motoriske cortex; Let målbar ydelse var begrænset til motorfremkaldte potentialer og inducerede myoelektriske potentialer, der involverede motorcortex ^1,2. For at udvide hjerneområderne, der kan måles ved TMS-modulation, blev elektroencefalografisk (EEG) optagelse integreret med enkelt- og parpuls-TMS som en nyttig metode til direkte at undersøge excitabilitet, forbindelse og rumlig tidsmæssig dynamik i områder i hele hjernen ^3,4,5. Således er samtidig anvendelse af TMS- og EEG-optagelse (TMS-EEG) til hjernen blevet brugt til at undersøge forskellige overfladiske kortikale hjerneområder hos mennesker og dyr for at undersøge intrakortikale neurale kredsløb (se Tremblay et ^al.6). Desuden kan TMS-EEG-systemer anvendes til at undersøge yderligere kortikale spatiotemporale egenskaber, herunder udbredelse af signaler til andre kortikale områder og generering af oscillerende aktivitet ^7,8.

Imidlertid forbliver virkningsmekanismen for TMS i hjernen spekulativ på grund af TMS’s ikke-invasivitet, hvilket begrænser vores viden om, hvordan hjernen fungerer under TMS-applikationer. Derfor er invasive translationelle undersøgelser hos dyr, der spænder fra gnavere til mennesker, af afgørende betydning for at forstå mekanismen for virkningerne af TMS på neurale kredsløb og deres aktivitet. Navnlig for kombinerede TMS-EEG-forsøg på dyr er der ikke udviklet et samtidigt stimulerings- og målesystem intensivt for små dyr. Derfor er eksperimentalister forpligtet til at konstruere et sådant system ved forsøg og fejl i henhold til deres specifikke eksperimentelle krav. Derudover er musemodeller nyttige blandt andre de vivo-dyreartsmodeller, fordi mange transgene og stammeisolerede musestammer er tilgængelige som biologiske ressourcer. Således ville en bekvem metode til at opbygge et TMS-EEG-kombineret målesystem til mus være ønskeligt for mange neurovidenskabsforskere.

Denne undersøgelse foreslår en TMS-EEG-kombineret metode, der kan anvendes til samtidig stimulering og registrering af musehjernen, som er den vigtigste type transgene dyr, der anvendes i forskning, og som let kan konstrueres i typiske neurovidenskabelige laboratorier. For det første beskrives et billigt EEG-registreringssystem ved hjælp af konventionelle skrueelektroder og et fleksibelt substrat til reproducerbart at tildele en elektrodearray-position i hvert eksperiment. For det andet er et magnetisk stimuleringssystem konstrueret ved hjælp af en millimeterstor spole, som let kan skræddersys i typiske laboratorier. For det tredje registrerer det TMS-EEG-kombinerede system neural aktivitet som reaktion på lyd og magnetisk stimulering. Metoden præsenteret i denne undersøgelse kan afsløre de mekanismer, der genererer specifikke lidelser hos små dyr, og resultaterne opnået i dyremodellerne kan oversættes for at forstå de tilsvarende menneskelige lidelser.