JoVE Journal > Neuroscience
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Resultados
Discussion
Declarações
Acknowledgements
Materials
Referências
Tadução automática
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Neurociência

Transkraniyal elektrik beyin stimülasyonu uyarı Rodents

Published: November 02, 2017
doi:
10.3791/56242
, ,
1Department of Neurology,Albert-Ludwigs-University Freiburg

Summary

Bu iletişim kuralı bir cerrahi kurulum için kalıcı epicranial elektrot soket ve implante göğüs Puarı Rodents açıklar. İkinci bir elektrot yuvaya yerleştirerek, Transkraniyal elektrik beyin stimülasyonu farklı türde uyarı hayvanlarda olduğu gibi kafatası ile motor sistemi teslim edilemez.

Abstract

Transkraniyal elektrik beyin stimülasyonu kortikal uyarılabilirlik ve plastisite insanlar ve kemirgenler modüle. Stimülasyon insanlarda en sık görülen Transkraniyal doğru akım stimülasyon (tDCS) olduğunu. Daha az sıklıkla Transkraniyal alternatif akım stimülasyon (şeker) veya Transkraniyal rasgele gürültü stimülasyon (tRNS), önceden tanımlanmış frekans aralığı içinde rastgele uygulanan bir elektrik akımı kullanarak tACS belirli bir form kullanılır. İnvaziv olmayan elektrik beyin stimülasyonu araştırma insanlarda, deneysel ve klinik amaçlar için her ikisi de artış hayvan çalışmalarında temel, mekanik, emniyet için artan bir ihtiyaç vermiştir. Bu makalede Transkraniyal elektrik beyin stimülasyonu (tES) için bir model olduğu gibi kafatası uyarı Rodents motor sistemi hedefleme üzerinden anlatılmaktadır. İletişim kuralı göğüs üzerinde bir implant sayaç elektrot ile birlikte kalıcı epicranial elektrot soket cerrahi set-up için adım adım yönergeler sağlar. Stimülasyon elektrot epicranial yuvaya yerleştirerek, farklı elektriksel stimülasyon türleri, tDCS, şeker ve insanlarda, tRNS karşılaştırılabilir teslim edilebilir. Ayrıca, uyarı Rodents tES için pratik adımlar tanıtılmaktadır. Uygulanan akım yoğunluğu, stimülasyon süresi ve stimülasyon türü deneysel gereksinimlerine bağlı olarak seçmiş olabilirsiniz. Uyarılar, avantajları ve dezavantajları Bu tuzak, yanı sıra Emanet ve tolerabilite yönleri ele alınmıştır.

Introduction

Beyin (tES) elektrik akımları Transkraniyal yönetiminin yıllardır beyin fonksiyonu çalışmaya ve davranışını değiştirmek için kullanılmıştır. Daha yakın, uygulama akımları doğrudan veya daha az sıklıkla alternatif akımlar (şeker ve tRNS), Noninvazif sağlam kafatası ile kullanmak ile iki veya daha fazla elektrotlar (anode(s) ve cathode(s)) klinik ve bilimsel açıdan ilgi kazanmıştır. Özellikle, tDCS sağlıklı konular ve nöropsikiyatrik hastalıkları olan hastalar daha fazla 33,200 oturumlarında kullanılan ve güvenli olarak ve kolay, uzun ömürlü yanı sıra olası tedavi potansiyeli ile düşük maliyetli başucu uygulama ortaya çıkmıştır davranışsal etkileri1. Bu açıkça artan ihtiyaç ve mekanik çalışmaları, Emanet yönleri de dahil olmak üzere bilimsel ilgi vermiştir. Bu makale stimülasyon, tDCS en yaygın olarak kullanılan form üzerinde duruluyor.

Türler arasında tDCS kortikal uyarılabilirlik ve sinaptik plastisite modüle. Uyarılabilirlik değişiklikleri polarite bağımlı değişiklik spontan nöronal ateş oranı kediler ve fareler2,3,4veya motor uyarılmış potansiyel (MEP) genlikleri insan ve fare () içinde değişimler olarak bildirilmiştir her ikisi de anodal ve azalmış sonra cathodal tDCS sonra arttı: insan5,6; fare7). Anodal DCS motor kortikal sinaptik etkinliğinin artırılması veya Hipokampal vitro birkaç saat sonra stimülasyon ya da uzun vadeli kullanılmasının muhtemelen (LTP), ne zaman synapses belirli bir zayıf sinaptik girişi gerektirerek veya ne zaman bir plastisite daha önce verilen ortak uygulanan stimülasyon8,9,10,11,12inducing. Uygun olarak, motor veya bilişsel eğitim başarı stimülasyon faydaları kez sadece ortaya çıkar tDCS8,13,14,15eğitim ile birlikte uygulanan olup olmadığını. Bu önceki bulgular esas olarak nöronlar toplantılarına isnat ederken, nöronal olmayan hücreleri (glia) da tDCS fonksiyonel etkileri katkıda bulunabilir belirtmek gerekir. Örneğin, uyarı fareler16anodal tDCS sırasında astrositik hücre içi kalsiyum düzeyleri artmış. Benzer şekilde, ateş için eşiğin akım yoğunluğu, anodal tDCS microglia17bir doz bağımlı Etkinleştirme indüklenen. Ancak, modülasyon nöron-glia etkileşim tDCS tarafından daha fazla belirli araştırma gerekir.

Alınan birlikte, hayvan araştırma açıkça tDCS düzenleyici etkisi uyarılabilirlik ve plastisite anlayışımızı gelişmiş. Ancak, içeride bir “ters çevirim boşluğu” observable yayınlarda yavaş aksine insan tDCS çalışmaların üstel artış ve in vitro ve içinde vivo tES temel mekanizmaları araştırmalarda küçük artış hayvan modelleri. Ayrıca, kemirgen tES modelleri (transdermal epicranial uyarmaya) çeşitli araştırma laboratuvarları arasında yüksek değişkenliği ile gerçekleştirilen ve bildirilen stimülasyon yordamlar genellikle değildir karşılaştırılabilir engelleyen tamamen şeffaf ve Yinelenebilirlik temel araştırma verilerini hem de sonuçları yorumlanması.

Burada, biz birincil motor korteks çeviri insan tDCS durumuna değişkenlik en aza indirirken sağlar ve olmadan tekrarlanan stimülasyon sağlar hedefleme bir Transkraniyal beyin stimülasyonu tuzak cerrahi uygulama ayrıntılı olarak tarif davranış engelleyen. Uyarı Sıçanlarda sonraki tES için adım adım bir protokol sağlanır. TES uyarı Rodents güvenli uygulama metodolojik ve kavramsal açıdan ele alınmıştır.

Protocol

hayvanları içeren araştırma için deneyler başlamadan önce ilgili (ülkeye özgü) onay alınması gerekir. Rapor burada tüm hayvan deneyleri EU Direktifi 2010/63/AB göre Güncellenme Zamanı Alman hayvanları Koruma Kanunu gerçekleştirilir (" Tierschutzgesetz ") Temmuz 2013 ve Ağustos 2013 Güncellenme Zamanı Alman hayvan araştırma Yönetmeliği. Hayvan iletişim kuralları yerel makamlar tarafından onaylanmış " komisyon Freiburg Bölgesel Konseyi hayvan deney için " ve " Üniversi…

Representative Results

Bir tuzak için uyarı Rodents güvenilir tekrarlanan tES açıklanan uygulama kolayca mekanik deneyler, doz-yanıt çalışmalar veya davranışsal görevler de dahil olmak üzere deneyler entegre edilebilir. Bugüne kadar hayvan çalışmaları (invaziv) tES kullanarak verileri karşılaştırılabilir tES stimülasyon set-up laboratuvarlar arasında değişkenlik ve stimülasyon parametreleri (çeşitli akım yoğunluğu, uygulananÖrneğin, farklılıkları tarafından engel …

Discussion

Bu iletişim kuralı tipik malzeme ve bir kalıcı tES tuzak cerrahi gerçekleşmesi için hem de uyarı Rodents sonraki uyarılması için yordam adımları açıklar. TES deneme, bir kemirgen kavramsal açıdan (insan koşulu, belirli bir beyin stimülasyonu beklenen etkileri ile karşılaştırılabilir yanı sıra birkaç metodolojik açıdan (Emanet ve tolerabilite tES, sonuç parametresi) hazırlanması sırasında bölge) dikkate alınması gerek. Metodolojik açıdan uygulamasının serbestçe hareket kemirgenler…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Bu eser Alman Araştırma Vakfı (DFG RE 2740/3-1) tarafından desteklenmiştir. Frank Huethe ve Thomas Günther ısmarlama tES kurulum ve DC-uyarıcı içi üretimi için teşekkür ederiz.

Materials

Softasept N B. Braun Melsungen AG,
Melsungen, Deutschland		 3887138 antiseptic agent
Ethanol 70 % Carl Roth GmbH & Co. KG, Karlsruhe, Deutschland T913.1
arched tip forceps FST Fine science tools, Heidelberg, Deutschland 11071-10
Iris Forceps, 10cm, Straight, Serrated World Precision Instruments, Inc, Sarasota, FL, USA, Inc, Sarasota, FL, USA 15914
Scalpel Handle #3, 13cm World Precision Instruments, Inc, Sarasota, FL, USA, Inc, Sarasota, FL, USA 500236
Standard Scalpel Blade #10 World Precision Instruments, Inc, Sarasota, FL, USA, Inc, Sarasota, FL, USA 500239
Zelletten cellulose swabs Lohmann und Rauscher, Neuwied, Deutschland 13349 5 x 4 cm 
Isoflurane AbbVie Deutschland GmbH & Co N01AB06
Iris Scissors, 11.5cm, Straight World Precision Instruments, Inc, Sarasota, FL, USA, Inc, Sarasota, FL, USA 501758 small scissors
cotton swab/cotton buds Carl Roth GmbH & Co. KG, Karlsruhe, Deutschland EH12.1 Rotilabo
Kelly Hemostatic Forceps, 14cm, Straight World Precision Instruments, Inc, Sarasota, FL, USA, Inc, Sarasota, FL, USA 501241 surgical clamp
electrode plate (platinum) custom made Wissenschaftliche Werkstatt Neurozentrum Uniklinik Freiburg, Deutschland 10×6 mm, 0.15 mm thickness
insulated copper strands (~1 mm diameter) Reichelt elektronik GmbH & Co. KG, Sande, Germany LITZE BL electrode cable
Weller EC 2002 M soldering station Weller Tools GmbH, Besigheim, Germany EC2002M1D
Iso-Core EL 0,5 mm FELDER GMBH Löttechnik, Oberhausen, Deutschland 20970510 lead free solder
MERSILENE Polyester Fiber Suture Johnson & Johnson Medical GmbH, Ethicon Deutschland, Norderstedt, Germany R871H nonabsorbable braided suture, 4-0
Histoacryl B. Braun Melsungen AG,
Melsungen, Deutschland		 9381104 cyanoacrylate
Ketamin 10% Medistar GmbH, Germany n/a anesthetics
Rompun 2% (Xylazine) Bayer GmbH, Germany n/a anesthetics
DOWNLOAD MATERIALS LIST

Referências

  1. Bikson, M., et al. Safety of Transcranial Direct Current Stimulation: Evidence Based Update 2016. Brain Stimul. 9 (5), 641-661 (2016).
  2. Bindman, L. J., Lippold, O. C., Redfearn, J. W. The action of brief polarizing currents on the cerebral cortex of the rat (1) during current flow and (2) in the production of long-lasting after-effects. J Physiol. 172, 369-382 (1964).
  3. Gartside, I. B. Mechanisms of sustained increases of firing rate of neurones in the rat cerebral cortex after polarization: role of protein synthesis. Nature. 220 (5165), 382-383 (1968).
  4. Purpura, D. P., McMurtry, J. G. Intracellular activities and potential changes during polarization of motor cortex. Neurophysiol. 28 (1), 166-185 (1965).
  5. Nitsche, M., Paulus, W. Excitability changes induced in the human motor cortex by weak transcranial direct current stimulation. J Physiol. 527 (Pt 3), 633-639 (2000).
  6. Nitsche, M. A., Paulus, W. Sustained excitability elevations induced by transcranial DC motor cortex stimulation in humans. Neurology. 57 (10), 1899-1901 (2001).
  7. Cambiaghi, M., et al. Brain transcranial direct current stimulation modulates motor excitability in mice. Eur J Neuro. 31 (4), 704-709 (2010).
  8. Fritsch, B., et al. Direct current stimulation promotes BDNF-dependent synaptic plasticity: potential implications for motor learning. Neuron. 66 (2), 198-204 (2010).
  9. Ranieri, F., et al. Modulation of LTP at rat hippocampal CA3-CA1 synapses by direct current stimulation. J Neurophysiol. 107 (7), 1868-1880 (2012).
  10. Kronberg, G., Bridi, M., Abel, T., Bikson, M., Parra, L. C. Direct Current Stimulation Modulates LTP and LTD: Activity Dependence and Dendritic Effects. Brain Stimul. 10 (November), 51-58 (2016).
  11. Sun, Y., et al. Direct current stimulation induces mGluR5-dependent neocortical plasticity. Ann Neurol. 80 (2), 233-246 (2016).
  12. Podda, M. V., et al. Anodal transcranial direct current stimulation boosts synaptic plasticity and memory in mice via epigenetic regulation of Bdnf expression. Sci Rep. 6, 22180 (2016).
  13. Reis, J., Fritsch, B. Modulation of motor performance and motor learning by transcranial direct current stimulation. Curr opin Neurology. 24 (6), 590-596 (2011).
  14. Buch, E. R., et al. Effects of tDCS on motor learning and memory formation a consensus and critical position paper. Clin Neurophysiol. 128 (4), 589-603 (2017).
  15. Reis, J., Fischer, J. T., Prichard, G., Weiller, C., Cohen, L. G., Fritsch, B. Time- but not sleep-dependent consolidation of tDCS-enhanced visuomotor skills. Cerebral cortex. 25 (1), 109-117 (2015).
  16. Monai, H., et al. Calcium imaging reveals glial involvement in transcranial direct current stimulation-induced plasticity in mouse brain. Nature Comm. 7, 11100 (2016).
  17. Gellner, A. -. K., Reis, J., Fritsch, B. Glia: A Neglected Player in Non-invasive Direct Current Brain Stimulation. Front Cell Neurosci. 10, 188 (2016).
  18. Takano, Y., Yokawa, T., Masuda, A., Niimi, J., Tanaka, S., Hironaka, N. A rat model for measuring the effectiveness of transcranial direct current stimulation using fMRI. Neurosci Lett. 491 (1), 40-43 (2011).
  19. Islam, N., Moriwaki, A., Hattori, Y., Hori, Y. Anodal polarization induces protein kinase C gamma (PKC gamma)-like immunoreactivity in the rat cerebral cortex. Neurosci Res. 21, 169-172 (1994).
  20. Islam, N., Aftabuddin, M., Moriwaki, A., Hattori, Y., Hori, Y. Increase in the calcium level following anodal polarization in the rat brain. Brain Res. 684 (2), 206-208 (1995).
  21. Rohan, J. G., Carhuatanta, K. A., McInturf, S. M., Miklasevich, M. K., Jankord, R. Modulating Hippocampal Plasticity with In Vivo Brain Stimulation. J Neurosci. 35 (37), 12824-12832 (2015).
  22. Wachter, D., et al. Transcranial direct current stimulation induces polarity-specific changes of cortical blood perfusion in the rat. Exp Neurol. 227 (2), 322-327 (2011).
  23. Koo, H., et al. After-effects of anodal transcranial direct current stimulation on the excitability of the motor cortex in rats. Rest Neurol Neurosci. 34 (5), 859-868 (2016).
  24. Liebetanz, D., et al. After-effects of transcranial direct current stimulation (tDCS) on cortical spreading depression. Neurosci Lett. 398 (1-2), 85-90 (2006).
  25. Fregni, F., et al. Effects of transcranial direct current stimulation coupled with repetitive electrical stimulation on cortical spreading depression. Exp Neurol. 204 (1), 462-466 (2007).
  26. Cambiaghi, M., et al. Flash visual evoked potentials in mice can be modulated by transcranial direct current stimulation. Neurosci. 185, 161-165 (2011).
  27. Dockery, C. A., Liebetanz, D., Birbaumer, N., Malinowska, M., Wesierska, M. J. Cumulative benefits of frontal transcranial direct current stimulation on visuospatial working memory training and skill learning in rats. Neurobiol Learn Mem. 96 (3), 452-460 (2011).
  28. Faraji, J., Gomez-Palacio-Schjetnan, A., Luczak, A., Metz, G. A. Beyond the silence: Bilateral somatosensory stimulation enhances skilled movement quality and neural density in intact behaving rats. Behav Brain Res. 253, 78-89 (2013).
  29. Pikhovych, A., et al. Transcranial Direct Current Stimulation Modulates Neurogenesis and Microglia Activation in the Mouse Brain. Stem Cells In. , 1-10 (2016).
  30. Rueger, M. A., et al. Multi-session transcranial direct current stimulation (tDCS) elicits inflammatory and regenerative processes in the rat brain. PloS one. 7 (8), e43776 (2012).
  31. Liebetanz, D., Koch, R., Mayenfels, S., König, F., Paulus, W., Nitsche, M. A. Safety limits of cathodal transcranial direct current stimulation in rats. Clinical Neurophysiol. 120 (6), 1161-1167 (2009).
  32. Yoon, K. J., Oh, B. -. M., Kim, D. -. Y. Functional improvement and neuroplastic effects of anodal transcranial direct current stimulation (tDCS) delivered 1 day vs. 1 week after cerebral ischemia in rats. Brain Res. 1452, 61-72 (2012).
  33. Spezia Adachi, L. N., et al. Exogenously induced brain activation regulates neuronal activity by top-down modulation: conceptualized model for electrical brain stimulation. Exp Brain Res. 233 (5), 1377-1389 (2015).
  34. Jackson, M. P., et al. Safety parameter considerations of anodal transcranial Direct Current Stimulation in rats. Brain, behavior, and immunity. , (2017).
  35. Ordek, G., Groth, J. D., Sahin, M. Differential effects of ketamine/xylazine anesthesia on the cerebral and cerebellar cortical activities in the rat. J Neurophysiol. 109 (5), 1435-1443 (2013).
  36. Sykes, M., et al. Differences in Motor Evoked Potentials Induced in Rats by Transcranial Magnetic Stimulation under Two Separate Anesthetics: Implications for Plasticity Studies. Front Neural Circ. 10, 80 (2016).
  37. Zhang, D. X., Levy, W. B. Ketamine blocks the induction of LTP at the lateral entorhinal cortex-dentate gyrus synapses. Brain Res. 593 (1), 124-127 (1992).

Tags

Keywords: Transcranial Electrical Brain StimulationAlert RodentsNeuromodulationNeuroplasticityNon-invasive StimulationElectrode Socket PlacementNEBS ProceduresSubcutaneous PouchElectrode CablePlatinum Electrode
check_url/pt/56242?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citar este artigo
Fritsch, B., Gellner, A., Reis, J. Transcranial Electrical Brain Stimulation in Alert Rodents. J. Vis. Exp. (129), e56242, doi:10.3791/56242 (2017).
Baixar citação
Reimpressões e Permissões

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image