Stimolazione elettrica transcranica cronica e registrazione intracorticale in ratti
Summary
Questo protocollo dettagliato descrive il posizionamento di elettrodo stimolazione transcranica su osso temporale al fine di studiare gli effetti a breve e a lungo termine della stimolazione elettrica transcranica in liberi di muoversi.
Abstract
Stimolazione elettrica transcranica (TES) è un approccio relativamente semplice e potente per influenzare diffuso attività cerebrale in modo casuale o in modo attivati da un evento di circuito chiuso. Anche se molti studi si stanno concentrando sui possibili benefici e gli effetti collaterali di TES in cervelli sani e patologici, ci sono ancora molte questioni aperte fondamentali per quanto riguarda il meccanismo di azione della stimolazione. Perciò, vi è un chiaro bisogno di per un metodo affidabile e riproducibile per testare l’acuta e gli effetti cronici di TES in roditori. TES possono essere combinati con normali tecniche comportamentali, elettrofisiologiche e di formazione immagine per studiare reti neuronali in vivo. L’impianto di elettrodi di stimolazione transcranica non impongono vincoli supplementari sul disegno sperimentale, mentre offre uno strumento versatile, flessibile per manipolare l’attività cerebrale. Qui forniamo un protocollo dettagliate per fabbricare ed impiantare elettrodi di stimolazione transcranica per influenzare l’attività cerebrale in modo temporalmente limitato per mesi.
Introduction
Stimolazione elettrica transcranica (TES) è un approccio metodologico prezioso per influenzare l’attività cerebrale in modo temporalmente limitato. A seconda delle dimensioni e il posizionamento degli elettrodi di stimolazione, TES può interessare volumi cervello grande e salire sul treno popolazioni neuronali diffuso1,2,3. La stimolazione transcranica diretta corrente è già medicamente approvata per il trattamento del disturbo depressivo maggiore4,5e molti si concentrano studi per mostrare gli effetti cognitivi della stimolazione transcranica in esseri umani6 , 7. Inoltre, promettenti risultati sono stati segnalati per quanto riguarda il potenziale di TES nel controllare i grippaggi epilettici8,9.
Nonostante l’intensa attività di ricerca, ci sono ancora molte questioni aperte per quanto riguarda il meccanismo dettagliato della azione, effetti collaterali e il risultato a lungo termine dell’applicazione di questo metodo10,11,12. Di conseguenza, è estremamente importante avere un protocollo affidabile, riproducibile per studiare gli effetti di TES in modelli animali. Dato che molti disturbi (ad es., depressione, epilessia e schizofrenia) possono solo essere estesamente studiati in animali svegli, e la natura di queste condizioni mediche solitamente richiedono il trattamento a lungo termine, forniamo un protocollo per la cronica impianto di elettrodi di transcranial in ratti. Il metodo qui presentato può essere utilizzato per studi comportamentali o può essere combinato con l’impianto di elettrodi di registrazione (cioè, fili, sonde in silicone, juxtacellular elettrodi) o con windows cronica cranica per esperimenti elettrofisiologici e formazione immagine studia, rispettivamente. Secondo il disegno sperimentale, la tempistica degli stimoli può essere casuale o attivati da un evento per spunti comportamentali specifiche, o per le caratteristiche elettrofisiologiche del cervello particolare Stati (sequestri, oscillazioni di teta)8, 11 , 13.
È importante ricordare che in contrasto con l’approccio umano attualmente utilizzato, che utilizza un incorporamento di elettrodi posizionati sulla pelle, qui vi mostriamo un metodo che utilizza la destra l’impianto sottocutaneo sopra la superficie dell’osso temporale, dal ratti a malapena tollerare qualsiasi elemento posizionato sulla loro pelle che è facilmente raggiungibile utilizzando le zampe.
In linea con i principi della sostituzione, riduzione e raffinatezza, a causa della natura cronica dell’impianto, questo metodo aiuta a ridurre il numero di animali, dal momento che ogni animale possa essere reclutati in differenti condizioni sperimentali per mesi, consentendo l’uso di meno animali per testare varie ipotesi.
Nello studio presente, forniamo un protocollo dettagliate dell’elettrodo di stimolazione transcranica (Figura 1A-B) di produzione e dimostrare l’impianto cronico di questi elettrodi su ossa temporali di un six-month-old ratto maschio lungo Evans.
Protocol
Representative Results
Discussion
La fase più critica del presente protocollo è l’incollaggio del pacchetto degli elettrodi sulla superficie dell’osso. In caso di impropria tenuta, un gap si forma tra gli elettrodi e l’osso e tessuto cicatriziale secondaria può crescere in questa lacuna, che diminuisce la qualità della stimolazione. La superficie dell’osso deve essere completamente asciutta durante la procedura di incollaggio sulla confezione, e nel caso di verifica di instabilità degli elettrodi, deve essere rimosso e sostituito con un nuovo pacche…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Questo lavoro è stato supportato da EU-FP7-ERC-2013-a partire grant (No.337075), il programma ‘Slancio’ dell’Accademia ungherese delle scienze (LP2013-62) e la concessione di GINOP-2.3.2-15-2016-00018. Ringraziamo Máté Kozák per documentare la stimolazione e la registrazione di elettrodi e Mihály Vöröslakos per le discussioni fruttuose durante la progettazione del protocollo.
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).
