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Neuroscience

Stimulation transcrânienne électrique cérébrale chez les rongeurs alertes

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

Summary

Ce protocole décrit un montage chirurgical pour une prise d’électrode permanente epicranial et une électrode de poitrine implanté chez les rongeurs. En plaçant une deuxième électrode dans la douille, différents types de stimulation électrique cérébrale transcrânienne peuvent être livrés au système moteur chez les animaux alerte à travers le crâne intact.

Abstract

La stimulation transcrânienne électrique cérébrale peut moduler excitabilité corticale et la plasticité chez les humains et les rongeurs. La forme la plus courante de stimulation chez l’être humain est la stimulation transcrânienne courant continu (CDV). Moins fréquemment, la stimulation transcrânienne courant alternatif (TAC) ou la stimulation transcrânienne bruit aléatoire (tRNS), une forme spécifique de TAC à l’aide d’un courant électrique appliqué au hasard dans une plage de fréquences prédéfinies, est utilisée. L’augmentation de la recherche de stimulation de cerveau électrique non invasive chez l’homme, tous deux à des fins expérimentales et cliniques, a donné un besoin accru d’études de sécurité de base, mécaniste, chez les animaux. Cet article décrit un modèle pour la stimulation transcrânienne électrique cérébrale (tES) à travers le crâne intact ciblant le système moteur chez les rongeurs alertes. Le protocole fournit des instructions détaillées pour la mise en place chirurgicale d’une prise d’électrode permanente epicranial combiné avec une contre-électrode implantés sur la poitrine. En plaçant une électrode de stimulation dans la prise d’epicranial, des types différents de stimulation électrique, comparables au CDV, TAC et tRNS chez l’homme, peuvent être livrés. En outre, des mesures concrètes pour tES rongeurs alerte sont introduites. La densité de courant appliquée, la durée de la stimulation et type de stimulation peuvent être choisies selon les besoins expérimentaux. Les mises en garde, les avantages et les inconvénients de cette configuration sont discutés, ainsi que les aspects sécuritaires et tolérabilité.

Introduction

L’administration transcrânienne de courants électriques dans le cerveau (tES) a été utilisée pendant des décennies d’étudier le fonctionnement du cerveau et de modifier le comportement. Plus récemment, appliquer directement des courants, ou moins fréquemment des courants alternatifs (TAC et tRNS), non invasive à travers le crâne intact par l’utilisation de deux ou plusieurs électrodes (anodes et cathode(s)) a acquis un intérêt scientifique et clinique. En particulier, STD a été utilisé dans plus de 33 200 sessions de sujets sains et des patients atteints de maladies neuropsychiatriques et a émergé comme un coffre-fort et facile, application de chevet rentable, avec potentiel thérapeutique possible mais aussi de longue durée effets sur le comportement1. Cela a clairement donné le besoin accru et l’intérêt scientifique pour des études mécanistes, y compris les aspects de sécurité. Cet article se concentre sur la forme plus couramment utilisée de la stimulation, Std.

Selon les espèces, tDCS module excitabilité corticale et la plasticité synaptique. Changements d’excitabilité ont été signalés comme dépendante de polarité altération du taux de décharge neuronale spontanée dans les rats et les chats2,3,4, ou comme des changements de moteurs amplitudes de (MEP) des potentiels évoqués chez les humains et les souris ( tous deux augmenté après anodiques et une diminution après tDCS cathodiques : humain5,6; souris7). DCS anodiques ont augmenté l’efficacité synaptique du cortex moteur ou hippocampe synapses in vitro pendant plusieurs heures après stimulation ou potentialisation de long terme (LTP), lorsque appliquées conjointement avec un apport spécifique de synaptique faible ou lorsqu’il est administré avant une plasticité induire la stimulation8,9,10,11,12. En conformité, les avantages de la stimulation sur la réussite de la formation motrice ou cognitive sont révèlent souvent seulement si STD est appliquée conjointement avec formation8,13,14,15. Bien que ces résultats antérieurs sont attribués principalement aux fonctions des neurones, il convient de noter que les cellules non neuronales (glia) peuvent aussi contribuer à effets fonctionnels du CDV. Par exemple, taux de calcium intracellulaire astrocytaires augmentent tDCS anodique en alerte souris16. De même, tDCS anodique à des densités de courant inférieures au seuil pour la neurodégénérescence induite par une activation de dose dépendante des microglies17. Toutefois, la modulation des interactions neurone-glie par tDCS doit être une enquête spécifique.

Prises ensemble, animale recherche avancée clairement notre compréhension de l’effet modulatrice de TDC sur l’excitabilité et de la plasticité. Cependant, il y a une observable « écart translationnel inverse » à l’augmentation exponentielle des publications d’études tDCS humaine contraste avec la lenteur et la légère augmentation dans les enquêtes sur les mécanismes sous-jacents de tES dans in vitro et in vivo des modèles animaux. En outre, rongeurs tES modèles sont effectuées avec une variabilité élevée dans l’ensemble des laboratoires de recherche (allant de transdermal epicranial stimulation) et procédures de stimulation signalés ne sont souvent pas totalement transparents qui entravent la comparabilité et reproductibilité des données de la recherche fondamentale ainsi que l’interprétation des résultats.

Ici, nous décrivons en détail la mise en œuvre chirurgicale d’une machination de stimulation transcranienne cerveau ciblant le cortex moteur primaire, ce qui permet la traduction de la condition humaine tDCS tout en minimisant la variabilité et permet une stimulation répétée sans comportement gênant. Un protocole étape par étape pour tES ultérieurs chez les rats alertes est fourni. Les auteurs discutent des aspects méthodologiques et conceptuels d’application sûre de tES rongeurs alerte.

Protocol

pour la recherche impliquant des animaux, les approbations (spécifique au pays) pertinentes doivent être obtenues avant d’entreprendre des expériences. Toutes les expériences sur des animaux présentés ici sont effectuées selon la directive 2010/63/UE, la Loi sur la protection animale allemand mis à jour (" Tierschutzgesetz ") de juillet 2013 et les règlements de la recherche animale allemand mise à jour d’août 2013. Protocoles animales ont été approuvés par les autorités locales " Commissi…

Representative Results

La mise en œuvre décrit d’un set-up pour fiable tES répétées chez les rongeurs alertes peut être intégré facilement dans expériences mécanistes, études dose-réponse ou des expériences, y compris des tâches comportementales. A ce jour, la comparabilité des données provenant d’études animales à l’aide de tES (non invasif) est entravée par la variabilité des configurations de stimulation tES entre laboratoires et par des différences dans les paramètres de stimulat…

Discussion

Ce protocole décrit les matériaux typiques et les étapes de la procédure chirurgicale réalisation d’une installation permanente de tES, ainsi que pour la stimulation ultérieure chez les rongeurs alertes. Au cours de la préparation d’un rongeur tES expériences, plusieurs aspects méthodologiques (innocuité et la tolérabilité du tES, paramètre de résultat) ainsi que des aspects conceptuels (comparaison avec la condition humaine, les effets attendus de la stimulation sur un cerveau particulière région) il…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Ce travail a été soutenu par la Fondation de recherche allemande (DFG RE 2740/3-1). Nous remercions Frank Huethe et Günther de Thomas de la production interne de la configuration de tES faits sur mesure et le DC-stimulateur.

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
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Fritsch, B., Gellner, A., Reis, J. Transcranial Electrical Brain Stimulation in Alert Rodents. J. Vis. Exp. (129), e56242, doi:10.3791/56242 (2017).
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