Chronische Transcraniële elektrische stimulatie en Intracortical opname in ratten
Summary
Dit gedetailleerde protocol beschrijft transcraniale stimulatie de plaatsing van de elektroden op het bot temporale te onderzoeken van de effecten op korte en lange termijn van de elektrische stimulatie transcranial in ratten vrij te verplaatsen.
Abstract
Elektrische stimulatie transcranial (TES) is een krachtige en relatief eenvoudige benadering te diffuus hersenactiviteit beïnvloeden willekeurig of in een kringloopsysteem gebeurtenis manier. Hoewel veel studies zijn gericht op de mogelijke voordelen en bijwerkingen van TES in gezonde en pathologische hersenen, zijn er nog vele fundamentele open vragen met betrekking tot het werkingsmechanisme van de stimulatie. Daarom is er een duidelijke behoefte aan een robuuste en reproduceerbare methode voor het testen van de acute en de chronische effecten van TES bij knaagdieren. TES kan worden gecombineerd met regelmatige gedrags, elektrofysiologische en beeldvormende technieken te onderzoeken van de neuronale netwerken in vivo. De inplanting van Transcraniële stimulatie elektroden legt geen extra beperkingen op de proefopzet terwijl het biedt een veelzijdige, flexibele tool om te manipuleren van de hersenactiviteit. Hier voorzien wij een gedetailleerde, stapsgewijze protocol implantaat transcraniale stimulatie elektroden om hersenactiviteit beïnvloeden in een stoffelijk beperkte wijze maandenlang te fabriceren.
Introduction
Transcraniële elektrische stimulatie (TES) is een waardevolle methodologische benadering hersenactiviteit beïnvloeden in een stoffelijk beperkte manier. Afhankelijk van de grootte en plaatsing van de elektroden van de stimulatie, TES kan invloed hebben op de volumes van de grote hersenen en later neuronale populaties diffuus1,2,3. Transcraniële gelijkstroom stimulatie is al medisch goedgekeurd voor de behandeling van depressieve stoornis4,5, en de vele studies focus op vertoon van de cognitieve effecten van Transcraniële stimulatie in mens6 , 7. Bovendien, veelbelovende resultaten gerapporteerd met betrekking tot het potentieel van TES beheersing van epileptische aanvallen8,9.
Ondanks de intensieve onderzoek zijn er nog veel open vragen met betrekking tot het gedetailleerde mechanisme van actie, mogelijke bijwerkingen en de lange termijn uitkomst van de toepassing van deze methode10,11,12. Daarom is het uitermate belangrijk om een robuuste, reproduceerbare protocol bij het onderzoeken van de gevolgen van TES in diermodellen. Gezien het feit dat vele aandoeningen (bijvoorbeeld, depressie, epilepsie en schizofrenie) kunnen alleen bij wakker dieren uitgebreid worden onderzocht, en de aard van deze medische aandoeningen vereisen meestal langdurige behandeling, bieden we een protocol voor chronische implantatie van Transcraniële elektroden bij ratten. De methode die hier gepresenteerd kan worden gebruikt voor behavioral studies of kan worden gecombineerd met implantatie van elektroden opname (d.w.z.draden, siliconen sondes, juxtacellular-elektroden) of met chronische craniale windows voor elektrofysiologische experimenten en beeldvorming studies, respectievelijk. Afhankelijk van de proefopzet kunnen de timing van de prikkels willekeurige of gebeurtenis naar specifieke gedragsmatige signalen of naar elektrofysiologische kenmerken van de bijzondere hersenen staten (vangsten, theta oscillaties)8, 11 , 13.
Het is belangrijk te vermelden dat in tegenstelling tot de momenteel gebruikte menselijke aanpak, die gebruik maakt van een belichaming van elektroden op de huid geplaatst, hier laten we zien een methode die gebruikmaakt van onderhuidse implantatie recht over het oppervlak van de temporale-bone wordt sinds ratten nauwelijks tolereren iets geplaatst op hun huid die gemakkelijk toegankelijk is via hun poten.
In overeenstemming met de beginselen van vervanging, vermindering en verfijning, het chronische karakter van implantatie helpt deze methode bij het verminderen van het aantal dieren, aangezien elk dier kan worden aangeworven in verschillende experimentele omstandigheden voor maanden, waardoor het gebruik van minder dieren om verschillende hypothesen te toetsen.
In de huidige studie, wij bieden een gedetailleerde, stapsgewijze protocol van Transcraniële stimulatie elektrode productie (figuur 1A-B) en de chronische inplanting van deze elektroden tonen over de temporale botten van een zes-maand-oude mannelijke Long-Evans rat.
Protocol
Representative Results
Discussion
De meest kritische stap van dit protocol is het lijmen van het elektrode-pakket op het oppervlak van bot. In geval van onjuiste afdichting, een kloof ontstaat tussen de elektroden en het bot, en secundaire littekenweefsel kan groeien in deze leemte, die de kwaliteit van stimulatie vermindert. Het oppervlak van bot moet volledig droog zijn tijdens de stappen van de steken op de verpakking, en in het geval van ervaren instabiliteit van de elektroden, het moet worden verwijderd en vervangen door een nieuw pakket te krijgen …
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd gesteund door de EU-FP7-ERC-2013-Starting grant (No.337075), het ‘Momentum’-programma van de Hongaarse Academie van Wetenschappen (LP2013-62), en de GINOP-2.3.2-15-2016-00018 grant. Wij danken Máté Kozák voor het documenteren van de stimulatie en opname van elektroden en Mihály Vöröslakos voor de vruchtbare discussies tijdens protocol ontwerp.
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 |
References
- 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).
