Estimulação transcraniana de elétrica cerebral em roedores alertas
Summary
Este protocolo descreve uma armação cirúrgica para um soquete de eletrodo sub-fascial permanente e um eletrodo implantado no peito em roedores. Colocando um segundo eletrodo na tomada, diferentes tipos de estimulação elétrica do cérebro de transcraniana podem ser entregue para o sistema motor em animais alertas através do crânio intacto.
Abstract
Estimulação elétrica do cérebro de transcraniana pode modular a excitabilidade cortical e plasticidade em humanos e roedores. A forma mais comum de estimulação em seres humanos é a estimulação transcraniana de corrente contínua (tDCS). Menos frequentemente, estimulação transcraniana de corrente alternada (TAC) ou estimulação transcraniana de ruído aleatório (tRNS), uma forma específica de TAC usando uma corrente elétrica aplicada aleatoriamente dentro de um intervalo de frequência pré-definidos, é usada. O aumento da investigação de estimulação cerebral elétrica não invasiva em seres humanos, tanto para fins experimentais e clínicos, resultou em uma maior necessidade de estudos de segurança básico, mecanicista, em animais. Este artigo descreve um modelo para estimulação elétrica do cérebro de transcraniana (tES) através do crânio intacto como alvo o sistema motor em roedores alertas. O protocolo fornece instruções passo a passo para a instalação cirúrgica de um soquete de eletrodo permanente sub-fascial combinado com um eletrodo contador implantado no peito. Colocando um eletrodo de estimulação na tomada sub-fascial, tipos diferentes de estimulação elétrica, comparáveis a tDCS, TAC e tRNS em humanos, podem ser entregue. Além disso, os passos práticos para tES em alertas roedores são introduzidos. A densidade de corrente aplicada, estimulação duração e tipo de estimulação podem ser escolhidos dependendo das necessidades de experimentais. As advertências, vantagens e desvantagens desta montagem são discutidas, assim como aspectos de tolerabilidade e segurança.
Introduction
A administração de transcraniana de correntes elétricas para o cérebro (tES) tem sido usada por décadas para estudar a função do cérebro e para modificar o comportamento. Mais recentemente, a aplicação direta de correntes, ou menos frequentemente correntes alternas (TAC e tRNS), canaliza através do crânio intacto pelo uso de dois ou mais eletrodos (anode(s) e cathode(s)) ganhou interesse científico e clínico. Em particular, tDCS tem sido utilizado em mais de 33.200 sessões em indivíduos saudáveis e pacientes com doenças neuropsiquiátricas e emergiu como um seguro e fácil, econômica aplicação de cabeceira, com possível potencial terapêutico, bem como de longa duração efeitos comportamentais1. Isto claramente rendeu a maior necessidade e o interesse científico em estudos mecanicistas, incluindo aspectos de segurança. Este artigo enfoca a forma mais comumente utilizada de estimulação, tDCS.
Em toda a espécie, tDCS modula a excitabilidade cortical e plasticidade sináptica. Alterações de excitabilidade foram relatadas como dependente da polaridade alteração da taxa de disparo neuronal espontânea em ratos e gatos2,3,4, ou alterações no motor amplitudes de potenciais evocados (MEP) em humanos e ratos ( ambos aumentaram após anodal e diminuição após tDCS cathodal da: humano5,6; rato.7). DCS anodal aumentou a eficácia sináptica de motor cortical ou hippocampal sinapses em vitro durante várias horas após a estimulação ou potenciação de longo prazo (LTP), quando aplicado co com uma entrada sináptica fraca específica ou quando dado antes uma plasticidade induzindo a estimulação8,9,10,11,12. Em conformidade, os benefícios da estimulação na sucesso treinamento motor ou cognitivo, muitas vezes são revelados apenas se tDCS é co aplicada com formação de8,13,14,15. Enquanto estas conclusões anteriores são atribuídas principalmente às funções dos neurônios, note-se que células não-neuronais (glia) podem também contribuir para efeitos funcionais das tDCS. Por exemplo, os níveis de cálcio intracelular hamartomas aumentaram durante tDCS anodal em ratos alerta16. Da mesma forma, tDCS anodal em densidades de corrente abaixo do limiar para a neurodegeneração induzida uma ativação dependente da dose de micróglia17. No entanto, a modulação da interação neurônio-glia por tDCS precisa de maiores investigações específicas.
Tomados junto, animal pesquisa avançada claramente nossa compreensão do efeito moduladora da tDCS na excitabilidade e plasticidade. No entanto, há um observável “lacuna de translação inversa” no aumento exponencial nas publicações de estudos tDCS humana em contraste com o lento e pequeno aumento em investigações sobre os mecanismos subjacentes de tES em vitro e in vivo modelos animais. Além disso, modelos de roedores tES são realizados com alta variabilidade em laboratórios de pesquisa (variando de transdermal a estimulação sub-fascial) e procedimentos de estimulação relatado muitas vezes não são totalmente transparentes, dificultando a comparabilidade e replicabilidade de dados de pesquisa básica, bem como a interpretação dos resultados.
Aqui, descrevemos em detalhe a implementação cirúrgica de uma configuração de estimulação transcraniana cérebro visando o córtex motor primário, que permite a tradução da condição humana tDCS minimizando a variabilidade e permite a estimulação repetida sem dificultando o comportamento. É fornecido um protocolo passo a passo para tES subsequentes em ratos alertas. Aspectos metodológicos e conceituais da aplicação segura de tES em roedores alertas são discutidos.
Protocol
Representative Results
Discussion
Este protocolo descreve materiais típicos e etapas do procedimento cirúrgica realização de uma configuração de tES permanentes, bem como para estimulação subsequente em roedores alertas. Durante a preparação de um roedor tES experimentar, vários aspectos metodológicos (segurança e tolerabilidade de tES, parâmetro de resultado), bem como aspectos conceituais (comparabilidade com a condição humana, os efeitos previstos da estimulação em um cérebro particular região) precisam ser levados em conta. Do pon…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi financiado pela Fundação de pesquisa alemã (DFG RE 2740/3-1). Agradecemos Frank Huethe e Thomas Günther a produção interna do set-up feito por tES e DC-estimulador.
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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