Summary
頭蓋外刺激の用量反応曲線を脳電界測定と関連するバイオマーカー-脳血流の観点から評価するためのプロトコルについて説明します。このプロトコルは脳への侵襲的な電極の配置を含むので、全身麻酔が、制御された呼吸よりもむしろ自発呼吸が好まれる必要である。
Abstract
さまざまな形態のニューロンの活性化に対する脳血流(CBF)応答の検出は、動的な脳機能と脳への基質供給の変動を理解するために重要です。この論文では、経頭蓋交流刺激(tACS)に対するCBF応答を測定するためのプロトコルについて説明します。線量反応曲線は、tACS(mA)で発生するCBFの変化と頭蓋内電界(mV / mm)の両方から推定されます。.頭蓋内電界は、脳の両側にあるガラス微小電極によって測定された異なる振幅に基づいて推定されます。この論文では、両側レーザードップラー(LD)プローブまたはレーザースペックルイメージング(LSI)を使用してCBFを測定する実験セットアップについて説明します。その結果、このセットアップでは、電極の配置と安定性のために麻酔が必要です。CBF応答と電流の相関関係を年齢の関数として提示し、高齢の動物(28〜32週)と比較して、若い対照動物(12〜14週)の高電流(1.5mAおよび2.0mA)で有意に大きな応答を示しました(p <0.005差)。また、電界強度<5 mV/mmで有意なCBF応答を示しており、これは最終的なヒト研究にとって重要な考慮事項です。これらのCBF反応は、覚醒動物と比較した麻酔の使用、呼吸制御(すなわち、挿管呼吸と自発呼吸)、全身的要因(すなわち、CO2)、および周皮細胞および内皮細胞によって媒介される血管内の局所伝導によっても強く影響を受ける。同様に、より詳細なイメージング/記録技術により、脳全体からの視野サイズを小さな領域のみに制限する可能性があります。げっ歯類用の自家製電極と市販電極の両方の設計、両側ガラスDC記録電極を使用したCBFと頭蓋内電界の同時測定、およびイメージングアプローチを含む、tACS刺激を適用するための頭蓋外電極の使用について説明します。現在、これらの技術を応用して、アルツハイマー病や脳卒中の動物モデルでCBFを増強するためのクローズドループフォーマットを実装しています。
Introduction
経頭蓋電気刺激(tES;正弦波刺激を伴う、tACS)は、脳の神経調節に対する一般的な外部非侵襲的アプローチです1,2。以前、特定の用量で、tES(特にtACS)が下にある脳領域の脳血流(CBF)を増加させる可能性があるという仮説を立てました3。さらに、線量反応関係は、印加された外部電流または頭蓋内電界のいずれかと、結果として生じるCBF応答との間に存在し得る。ただし、ほとんどの臨床刺激プロトコルは、治療プロトコルとして、予定された期間(つまり、30〜45分)の最大快適な皮膚レベルの刺激(つまり、~2 mA)に焦点を当てています4,5。げっ歯類では、頭蓋骨に直接適用された侵襲的な頭蓋外脳電極を使用して、tES6によって誘導される脳内の電界を調べることができます。したがって、このアプローチの目標は、用量反応関係の観点から、関連する周波数でのtACSの強度がCBFの変化に及ぼす影響を決定することです。この線量反応曲線は、脳に課せられた電界に関連するCBFの短期生理学的バイオマーカー直接測定に基づいている3。我々は以前、tACSによって臨床的に誘導される脳内の電界の範囲を典型的に超える、より大きな振幅で、誘導された電界と皮質のCBFとの間にほぼ線形の相関関係があることを示した3。ただし、より小さな磁場刺激(すなわち、1〜5 mV / mmの強度)は、ヒトでの使用により適切で実行可能な場合があります。そのため、より小さなCBFの変化を検出するように手法を変更しました。
この論文では、覚醒したげっ歯類が許容できるCBF(すなわち、0.5-2.0mA電流、1-5mV / mm電界)に対する低電界強度tES交流正弦波(tACS)の影響を分析するためのプロトコルについて説明します5。このプロトコルは、tACS中の新しいレーザースペックルイメージング、およびデュアル頭蓋内ガラス電極を使用して、脳内のアクティブなtACSの広がり(CBFによって監視される)と、図と実際の実験写真(図1)の両方として示されている頭蓋内電界強度の両方を決定します。脳内のtESには、直接的な神経細胞の変調、神経可塑性、アストロサイトの活性化など、多くの生理学的影響が考えられます7,8。CBFはtDCS 9,10で測定されているが、これらの測定は遅く、間接的であり、脳の線量反応機能を評価するには不十分であった。したがって、適切な短期バイオマーカー(CBF、電界など)とtACSの高速オン/オフシーケンスを用いることで、より正確に線量反応関数を推定できるようになりました。さらに、焦点レーザードップラープローブ(LD)とレーザースペックルイメージング(LSI)の両方を含む、CBFの測定には、関心領域が定義されたさまざまな手法を適用できます。
図1:経頭蓋刺激図と写真例。 (A)経頭蓋刺激セットアップの図。この図は、冠状縫合糸と矢状縫合糸を備えたマウスの頭蓋骨を示しています。経頭蓋電極は、頭蓋骨に横方向および対称的に配置され、電極と頭蓋骨の間に外科用接着剤と導電性ペーストで取り付けられます。これらの電極は、人間と互換性のある定電流刺激デバイスに接続され、刺激の周波数、振幅、および持続時間を指定できます。頭蓋内電界の評価のために、両側ガラス電極(~2MΩ)を大脳皮質(すなわち、頭蓋骨の内側から小さなバリ穴を通して1mm以内)に配置し、これらを鉱物油で密封し、頸部筋にAgCl接地を有する(皮下頸部組織に埋め込まれた中央の太いワイヤーとして示されている)。これらのガラス電極はDCアンプに接続され、その出力は少なくとも4つのチャネルを備えたデジタイザを介して記録されます。また、両側レーザードップラープローブを頭蓋骨に装着して記録します。頭蓋骨全体は、レーザースペックルイメージングデバイスまたは高解像度(少なくとも1,024 x 1,024ピクセル、12〜14ビットピクセル深度)の冷却カメラで画像化され、固有の光信号を検出します。ヘモグロビン等石酸周波数は、通常、血流イメージング用の照明用に選択されます(すなわち、562 nm)。(B)実際の実験のクローズアップ画像で、両側レーザードップラープローブ(左)、バリ穴から配置された(両側の)頭蓋内ガラス記録微小電極、およびtACS刺激電極を横方向に示す。略語:tACS =経頭蓋交流刺激。この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。
メカニズムを評価する方法として、K+誘導拡散脱分極など、CBFを変化させる他の生理学的プロセスとの相互作用を調べることもできます11。さらに、定期的に予定されたセッションではなく、てんかん治療12 (すなわち、臨床用ニューロペースデバイス)について提案されているように、様々な疾患に対する追加のバイオマーカーに基づくクローズドループシステムを開発することも可能である。例えば、パーキンソン病の閉ループ脳刺激は、通常、十分なドーパミン(典型的にはβバンドLFP)がない場合に、この疾患に内在する固有の異常な局所電界電位(LFP)に基づいている13。
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Protocol
すべての動物実験は、デューク大学の動物管理・利用委員会、または動物を含む研究を規制する同等の地方自治体によって承認されました。このプロトコルで使用されるすべての材料、機器、および機器の詳細については、 部品表 を参照してください。
1. 機器の準備
- 頭皮洗浄液(アルコールパッド)、テープ、鉗子、はさみ、小さな(0.5mm)バリ穴を埋めるためのドリルなど、必要なアイテムと手術器具がすべて揃っていることを確認します(図2)。
- 頭蓋骨に装着するための頭蓋外表面電極を準備し、以前に使用したことがある場合は、外科用接着剤が取り除かれていることを確認してください。
- これらのtACS電極を頭蓋骨に当てる前に、直接インピーダンスを確認してください。これには、両方の電極を生理食塩水浴に入れた状態で、tACS刺激装置の内蔵測定機能を使用します。
注:頭蓋骨に十分な電流を流すために、電極ペアあたり<5KΩが推奨されます。刺激装置は、定電流パルスを流す前にインピーダンスをチェックし、値を直接与えます。
図2:頭蓋外刺激を準備するために必要な器具(解剖器具やハサミなど)の写真。 1.マイクロ解剖ハサミ、11.5cm。2.鉗子、11.5 cm、わずかな曲線、鋸歯状。3. Dumont #7鉗子、湾曲;4.デュモン#5鉗子;5.マイクロキュレット、13cm。6. Qヒント;7.サージカルテープ;8.アルコールパッド。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。
2.手術のための動物の準備
注:これらの実験では、12週齢から33週齢までの14匹のC57BL/6対照マウスを使用し、そのうち5匹が雄、9匹が雌でした。
- 誘導室で30%O2 のイソフルランを~1.5 L / minで麻酔し、最初に~4%を誘発し、~1.25%-1.5%で自発呼吸を伴う麻酔のレベルを維持し、尾のつまみ反応を排除するのに十分です。.
- 誘導後に動物を脳定位固定装置フレームに移し、その後の電極の適用とバリ穴の手順のために頭をノーズコーンとイヤーバーに固定します(図1 および 図3)。
- 脳定位固定装置フレームのノーズコーンを入口と出口を介して気化器に接続し、スカベンジャーシステム(木炭や真空など) を介して イソフルランの残留物を除去します。イソフルオランとの麻酔レベルを維持し、室内空気への偶発的な漏れを防ぐために、ノーズコーンからの空気漏れがないことを確認してください(図3)。
- 鼻錐の位置を含む脳定位固定装置フレーム内のマウスの位置を確認し、挿管なしで自発呼吸できるようにし、適切な麻酔の回復と清掃を行い、研究者を保護します(図3)。
- 脈拍、脈拍酸素飽和度(パルスOX)、血圧、および体温を測定するためのプローブを動物に配置します。最小パルス酸素化が90%で、パルスが>450 / minであることを確認します(アラームの下限は380パルス/ minと表示されます)。これらのパラメータは、記録システムに応じて、手順中に定期的に、または連続的に記録します(図3)。
- 処置を開始する前に、(例えば)つま先をつまんで反射神経をチェックすることで、動物の鎮静レベルをチェックします。反射がない場合、動物が自発呼吸と適切なパルス酸素供給を維持している限り、鎮静のレベルは最適です。反射がある場合は、イソフルランの送達を増やして麻酔のレベルを深めてから、反射を再確認します。.動物の呼吸頻度を継続的に観察および監視し、それに応じてイソフルラン送達を調整します。
- 頭皮の毛を剃るか、脱毛クリームで髪を取り除きます(アルコールパッドの通路で残りのクリームをきれいにします)。
- 眼軟膏を塗布し、ハサミを使用して切除する前に、ヨウ素とアルコールの3回の通過で頭皮を無菌的に洗浄します。
図3:頭蓋骨を露出させ、tACS刺激装置電極のみを所定の位置に取り付けた定位フレーム内の動物の画像(バリ穴の配置前)。 尻尾の周りの血圧計と足のパルスオキシメーターに注目してください。ノーズコーンの周りにイソフルラン用の掃気チューブがあります。略語:tACS =経頭蓋交流刺激。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。
3.外科的処置:刺激電極を適用し、バリ穴を開ける
- 終末期の研究では、外科用ハサミを使用して頭皮を取り除き、頭蓋骨をラムドイド縫合糸から~3mm尾側に露出させ、~3mmの正面をブレグマに露出させて、後頭前頭縫合糸の一部を露出させます。頭皮を頭頂部に切除して、側頭筋の最初の部分を両側に露出させます(図3)。
- 刺激電極を装着するために頭蓋骨が清潔で乾燥しているように、残っている皮下結合組織を取り除きます。
- 頭蓋骨に接触する電極の側面に導電性ゲルまたはペーストを塗布し、断続的なスポットの端の周りに外科用瞬間接着剤で電極を固定します。
注意: 頭蓋骨表面への接着を改善するために、導電性ゲルが外科用瞬間接着剤に干渉しないようにしてください。電極の外面は、外科用瞬間接着剤を使用して(サバイバル手術中に閉じている場合は頭皮から)絶縁することもできます。 - 市販の平らな電極を使用するか、直径100μmの絶縁ワイヤ(プレートにはんだ付け)と、頭蓋骨のサイズに応じて切断された1mm x 3mmの柔軟な絶縁銅板(片面)を使用して社内電極を作成します。
- 側頭筋と両側の頭皮にリドカインペーストを塗布し、電極を乱さずに筋肉と末梢神経の活性化を抑えます。
- 頭蓋外刺激電極が頭蓋骨の両側(ブレグマとラムダの間)に横方向に4mm配置されたら、正中線の両側に2mmのガラス電極用の0.5mmのバリ穴を2つ開け、互いに4mm離して、矢状縫合糸に直交します(図1)。これらのバリ穴を滅菌鉱物油で満たして、頭蓋外電極から頭蓋骨への電流の侵入を防ぎます。
- 特定の実験で延展うつ病を誘発したい場合は(すなわち、カリウム誘発性拡がりうつ病[K +-SD])、頭蓋骨の右側に、冠状縫合糸の吻側~1.5 mm、後頭前頭縫合糸の外側に~1 mmの3番目の0.5 mmのバリ穴を追加します。このバリ穴を生理食塩水で埋め、後で1 M KClを塗布してK+-SDを誘導します。
- 頭蓋外刺激電極のインピーダンスをバリ穴の配置前(および生理食塩水浴に配置した同じ電極と比較)とバリ穴の配置後の両方でテストして、バリ穴が脳への電流の流れを妨げないことを確認します(つまり、抵抗が変化していないことを確認します)。
注意: インピーダンス測定は、刺激装置によって直接行われます。一般に、システム全体のインピーダンス(すなわち、頭蓋骨/脳経路を横切る頭蓋外電極から、通常は~3KΩ)は、バリ穴やガラス微小電極に関係なく比較的一定であり、バリ穴を介して脳に直接電流が漏れることが最小限であることを示しています。 - 慢性刺激用の慢性経頭蓋刺激電極も同様の方法で配置します。この場合、電極の外面を絶縁し、頭皮を閉じ、絶縁ワイヤを頭皮からトンネルで抜くか、頭蓋骨に取り付けられた固定ヘッドステージに配線します。
4.生理学的処置
- 動物が非生存の生理学的実験に完全に備えたら、実験の生理学的側面から始めます。自発呼吸と適切なパルスオックス、呼吸、およびパルスレベルの両方に十分な麻酔レベルを維持します。.
- 頭蓋外刺激によるCBFは、以下の2つの方法のいずれかで測定します。
- 頭蓋内記録電極の有無にかかわらず、レーザースペックルイメージング装置の下にマウスを置き、刺激エピソード中の頭蓋内電界を測定します(図3)。
- 動物を生理学的製剤に移し、両側レーザードップラープローブと頭蓋内電極を配置して、刺激エピソード中の頭蓋内電界を測定します(図1)。
5. 両側レーザードップラー電極とガラス電極の配置
- 動物を顕微鏡ステージに移し、両側レーザードップラープローブを塗布します。両側のバリ穴と冠状縫合糸の間の頭蓋骨表面の上部にプローブを配置します(図1)。
- 引っ張ったガラス微小電極(~0.1 μM、2-6 MΩインピーダンス)に0.2 M NaClを充填し、矢状縫合糸に横方向に配置された2つのバリ穴にマイクロマニピュレーターを使用して配置します3,14(図1)。
注:これらのバリ穴は、2つの対称的な頭蓋外刺激電極の間にあります(図1)。 - 脳に挿入したら、これらのガラス微小電極が大脳皮質内に~1mmあることを確認します。さまざまな対称深さで深度プロファイルを実行します。バリ穴に滅菌鉱物油を補充して、電流の流れのためにこの経路を絶縁します。
6.刺激手順と経頭蓋交流刺激(tACS)または経頭蓋直流刺激(tDCS)の強度の測定
- 少なくとも4つのチャンネル(サンプリングレート1KHz)を備えたデジタル化システムとソフトウェアを使用して、頭蓋骨のデュアルレーザードップラープローブと2つの頭蓋内微小電極出力(ヘッドステージ付きのDCアンプを使用して記録)からの連続データを記録します。十分に安定したベースライン期間(つまり、>10分)ですべての値が記録されたら、頭蓋外刺激をテストします。
注: 図 4は、上チャンネルに2つの頭蓋内記録電極、下チャンネルにCBF応答を備えた4つのチャンネルの例を示しています。 - さまざまな振幅(つまり、20〜30秒、0.5〜2.0mA、許容範囲内)で短時間のオン/オフ刺激を適用して、刺激の前後に明確なベースラインを取得します(図4)。定電流を供給する市販のヒト互換刺激デバイスを使用して、両側の2つの頭蓋骨tACS電極間に刺激を加えます(図1)。
- 筋のけいれんや、脈拍や呼吸の変化など、tACSに対するその他の反応がないかマウスを注意深く観察し、忍容性の上限(通常は~2 mA)を作成します。
- 電極間のインピーダンスを刺激エポックで監視し続け、これが一定であることを確認します。
- 少量(2〜3μL)の1M KClを前バリ穴14 に添加して、自発的なK+-SDイベントを誘発する。これらは、大きなCBF応答と、K+-SD誘導CBF応答とCBF応答の間の相互作用を生成します。SDの発生前と発生後の両方でtACS刺激を適用して、tACS CBF応答を推定します。
- 実験の最後に、イソフルラン(5%)の過剰摂取による安楽死を行い、呼吸と心拍が止まったら首を切ります。
図4:低強度tACSに応答した4チャンネルの生データを示すデータ。データは、上 2 行を頭蓋内直接 DC 電気記録 (入力 1 [IN0] および入力 2 [IN1] とラベル付け) として配置し、下 2 行を脳血流の両側レーザー ドップラー記録として配置します。応答は、右(上)と左(下)の電気および脳の血流トレースの間で非対称であることに注意してください。(A)1.2 mV/mm 20 sの刺激(0.75 mA)に対する小さな反応(血流の16%増加)。(B)1.4 mV/mmの刺激(1.0 mA)に対するより大きな応答(血流の21%増加)。略語:tACS =経頭蓋交流刺激。この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。
7.電界の計算
- 記録された2つの正弦波(図4の上の2つのトレース)の半波(1サイクル)の差を使用して、2つの頭蓋内電極からの出力の差を測定します。この差(mV)を2つの電極間の距離(mm、ここでは~4mmですが、いずれの場合も直接測定)で割ると、電界強度(mV/mm)が得られます3,6。
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Representative Results
代表的な結果を図4、図5、図6に示します。図4は、上チャンネルに2つの頭蓋内記録電極、下チャンネルにCBF応答を備えた4つのチャンネルの例を示しています。tACSは頭蓋骨全体で対称的ですが、一般に、頭蓋内野応答は、印加されたAC電流に対してわずかに非対称であり、一方の側が他方よりも大きな応答を示します(図4)。tACS電気刺激3に対するCBF応答は、一般に、より高い振幅(すなわち、0.75-2.0 mA、図4B)で位相性であり、より低い振幅(0.5-0.75 mA、図4A)でより一定である。 CBF記録(LSIまたはLD測定)はノイズが多く、自発的な変動を示すため、振幅が小さい場合、自発的な変動を減らすために、tACSの平均5〜10エポックを使用しました(図4)。
図5 は、レーザースペックルイメージングを用いた脳血流応答を示しています。左上の画像は減算されていないビューを示しており、左側の後続の画像はレーザースペックルイメージングデバイスの直接出力です。右の画像は刺激前と刺激後を比較した差分画像です。右中段の画像は、刺激による脳血流のびまん性差を示しています。右上のグラフは、刺激時に強度が明らかに上昇した刺激電極間の関心領域を示しています。
図5:1.0mAのtACS中の脳血流の両側性レーザースペックル頭蓋骨イメージングと、脳血流増強の程度を示す一連の画像。 左上の画像は、ベースラインでのマウスの頭蓋骨のカラー画像を示しています。スケールバー= 5mm。右上の系列は、1.2 mV/mmの刺激に対する応答を経時的に示しています。画像の中でかなりノイズの多い関心領域に注目してください。左の画像は、レーザースペックルイメージングからの直接色束画像です。上のカラー画像は刺激前、中央の画像は刺激のピーク時、下の画像はベースラインに戻った後です。右の画像は、刺激に反応して増加したCBFのびまん性を示す差分画像(ベースラインを差し引いたもの)で、皮質全体に均等に見られます(中央の画像の赤、+15%)。その後のベースラインへの復帰は、下の画像に示されています。カラースケールバーには、±15%の違いの変化が表示されます。略語:tACS =経頭蓋交流刺激。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。
図6A は、脳血流応答を年齢の関数として比較したもので、若い動物では反応が有意に増加しています。 図6B は、これが特に大きな電流に当てはまり、若い動物は高齢の動物よりもはるかに強い応答を示すことを示しています。
図6:脳血流応答 。 (A)マウスの年齢による脳血流の変化。若い動物(12〜14週間)では、高齢の動物(28〜33週間)よりも有意に大きな反応があることに注目してください。.(B)これらの違いは、tACS刺激のより高い電流レベルにも及びます。実際、1.5mAと2.0mAでは、若い動物では脳血流反応がはるかに大きくなります。使用した統計的検定はノンパラメトリック比較(順位合計;n = 13の代表的な実験)で、若年群と高齢群の差は p <0.005であった。略語:tACS =経頭蓋交流刺激;CBF = 脳血流。 この図の拡大版をご覧になるには、ここをクリックしてください。
多くの慢性刺激研究で使用されているように、tACS周波数に基づくCBF応答も評価でき、周波数は5〜6Hzから40Hzまで変化します。ピークCBF応答は10〜20Hzで発生します。
これらは、2つの異なる年齢層(12-14週対28-33週)のマウスを用いて、定電流tACS刺激装置とレーザースペックルイメージング装置の両方を評価した13の実験の初期結果である。これらのデータは、Turnerらが示した結果よりも大幅に改善されていることを浮き彫りにしています3。臨床サンプル(すなわち、ヒト)では、頭皮電流の制限と不快感のために、可能な電界強度は非常に小さい(すなわち、<0.2-0.5 mV / mm)ですが、げっ歯類では、通常1〜5 mV / mmが能動的で許容可能な反応であると推定されています(図5)。
これらの結果には、tACSに対する過渡的なCBF応答を含む、より感度の高いLSI CBF応答(図5)が含まれます。 図4 は、デュアル頭蓋内電極を使用して(電場勾配を測定することにより)直接的な脳応答を測定する場合のtACSに対する応答と、大小のCBF応答を示しています。現在、低電界強度tACSの実験を行い、私たちが好むアルツハイマー病のマウスモデル(CVN-ADモデル15)を対照動物と比較しています。
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Discussion
このプロトコルはtES14への頭脳の応答を推定するbiomarkerとして生体内の生体内の、CBFの応答の麻酔をかけられた測定に焦点を合わせる。tES反応の長期的なバイオマーカーには、アミロイドプラーク形成の予防や変化(すなわち、いくつかのADモデルでは40Hzでのガンマ線刺激)などの組織学的治療効果が含まれます16,17,18,19が、短期的なバイオマーカーは、即時の生理学的効果を推定し、用量反応曲線を計算するのにも役立ちます3.この同じプロトコルは、頭蓋骨全体の慢性的なtES刺激にも使用できますが、覚醒刺激のために刺激ワイヤーを便利で断続的な接続に配線する必要があります。
プロトコルの最初の重要なステップは、両側刺激電極の低インピーダンスを維持し、各刺激エポックでこのインピーダンスを測定することです。低インピーダンスは、十分な導電性ペースト、頭蓋骨全体の断熱材、およびバリ穴に鉱物油を使用することで達成できます(頭蓋骨への代替経路を防ぐため)。市販の刺激電極と自家製の刺激電極の両方をいくつかのバージョンで試しましたが、自家製のアプローチにより、インピーダンスをより細かく制御できます。定電流刺激装置は、電極間の再現性のために重要です。さらに重要なステップとしては、脳内の頭蓋内野を推定するために、脳内の測定距離を一定の深さで経時的に最小限のドリフトでDC記録を維持することや、レーザードップラープローブまたはレーザースペックルベースのイメージングシステムを使用して脳血流を評価することが含まれます。
電界強度と頭蓋内電界の同時測定のために、角度付きマニピュレータを用いたレーザースペックルイメージング装置の微小電極挿入技術も追加しました。レーザースペックルデバイスは、頭蓋骨全体のより包括的なビューを可能にしますが、レーザードップラープローブは焦点が高く、特に血管の真上から代表的な測定値が得られない場合があります。
これらのより侵襲的な実験は麻酔をかけたマウスで行われますが、私たちの計画では、刺激振幅の下限(つまり、0.5〜1.0 mA、1〜3 mV / mmの電界強度)で覚醒した動物でスケジュールされたtACSまたは閉ループtACSのいずれかを実行する予定です。臨床tESは通常、皮膚電極を用いて実施されてきましたが、刺激レベルは皮膚の副作用や頭痛によって~ 2mAに厳しく制限されています4。ヒトにおける同等の電極は、直接的な皮膚刺激の少ない胆汁下電極である。
皮膚に埋め込まれた電極を使用するよりも、脳卒中患者における改善を実証することが容易であり、例えば、協調的に埋め込まれた迷走神経刺激電極と腕の活動を伴うオンデマンド刺激を用いる20。実際、何らかの形態の埋め込み電極の使用は、日々一貫した再現性のある治療効果を示します。さらに、刺激はいつでも適用でき(すなわち、予定的ではなく、活動に関連して)、副作用が予測または誘発されれば、副作用を減らすことができ、刺激は必要なだけ(すなわち、数ヶ月から数年)延長することができる。これは、例えば、長期移植が非常に実現可能であり、忍容性が高いパーキンソン病の脳深部刺激療法のすべてに当てはまります21。
埋め込まれた頭蓋電極の別のオプションは、胆管下刺激である可能性があります(げっ歯類で行っているように)。実際、これは長期てんかんモニタリングのために提案されています22,23。胆汁下刺激は、頭蓋骨と脳により焦点を当てており、皮膚刺激の多くの副作用を排除する可能性があり、より広い範囲の電流(したがって、頭蓋内電界の大きさ)を使用できるようにし、(埋め込まれた電極と同様に)毎日再現可能であり、低インピーダンスを示します(すなわち、皮膚電極の場合、500 Ω対5〜10KΩ)。したがって、慢性的なtES刺激に関しては、げっ歯類に典型的に実装されるいくつかのtESオプションがあり、臨床的には、テスト可能な生理学的バイオマーカーを持つことは、より長い期間の治療効果を可能にするために非常に重要である可能性があります。
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Disclosures
著者は、宣言すべき利益相反を持っていません。
Acknowledgments
この研究は、NIA RO1 AG074999、NIA R21AG051103、VA I21RX002223、およびVA I21 BX003023の助成金(D.A.T.への)によって支援されました。
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Alcohol pads | HenryShein | 112-6131 | |
| Baby mineral oil | Johnson & Johnson | ||
| BD 1 mL syringe | Becton Dikinson | REF 305699 | |
| C3 Flat Surface Electrodes | Neuronexus | ||
| C57BI mice | from NIH colonies | ||
| Copper skull electrods | In house preparation | ||
| Digidata 1440, Clampex | Axon Instruments | ||
| Dumont #5 forceps | FST | #5 | |
| Dumont #7 forceps curved | Dumont | RS-5047 | |
| Eye ointment | Major | LubiFresh P.M. NDC-0904-6488-38 | |
| Flaming/Brown micropipette puller | Sutter instrument Co. | Model P-87 | |
| Forceps 11.5 cm slight curve serrated | Roboz | RS-8254 | |
| Intramedic needle 23 G | Becton Dikinson | REF 427565 | |
| KCl 1 M | In house preparation | ||
| Laser Doppler Probes | Moor Instruments | 0.46 mm laser doppler probes | |
| Laser Speckle Imaging Device | RWD | RFLSI-ZW | |
| Micro curette 13 cm | FST | 10080-05 | |
| Micro Dissecting Scissors, 11.5 cm | Roboz | RS-5914 | |
| Mouse anesthesia fixation | Stoelting | ||
| Neuroconn-DS | Neurocare | DC-Stimulator Plus | |
| PhysioSuite Monitoring | Kent Scientific | ||
| Q-tips | Fisherbrand | 22363167 | |
| Saline 0.9% NaCl solution | Baxter | 281322 | |
| Sensicam QE | PCO Instruments | ||
| Software | Axon Instruments Clampex | ||
| Surgical glue | Covetrus | 31477 | |
| Surgical tape | 3M Transpore | T9784 |
References
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