[Platzierung von extrakraniellen Stimulationselektroden und Messung des zerebralen Blutflusses und intrakranieller elektrischer Felder bei anästhesierten Mäusen

Summary

Wir beschreiben ein Protokoll zur Beurteilung von Dosis-Wirkungs-Kurven für extrakranielle Stimulation in Bezug auf elektrische Feldmessungen des Gehirns und einen relevanten Biomarker-zerebralen Blutfluss. Da bei diesem Protokoll eine invasive Elektrode in das Gehirn eingeführt wird, ist eine Vollnarkose erforderlich, wobei die Spontanatmung der kontrollierten Atmung vorgezogen wird.

Abstract

Der Nachweis von zerebralen Blutflussreaktionen (CBF) auf verschiedene Formen der neuronalen Aktivierung ist entscheidend für das Verständnis der dynamischen Gehirnfunktion und der Variationen in der Substratversorgung des Gehirns. In dieser Arbeit wird ein Protokoll zur Messung von CBF-Reaktionen auf transkranielle Wechselstromstimulation (tACS) beschrieben. Die Dosis-Wirkungs-Kurven werden sowohl aus der CBF-Änderung, die mit tACS (mA) auftritt, als auch aus dem intrakraniellen elektrischen Feld (mV/mm) geschätzt. Wir schätzen das intrakranielle elektrische Feld basierend auf den verschiedenen Amplituden, die von Glasmikroelektroden in jeder Seite des Gehirns gemessen werden. In dieser Arbeit beschreiben wir den Versuchsaufbau, der entweder die Verwendung von bilateralen Laser-Doppler-Sonden (LD) oder Laser-Speckle-Imaging (LSI) zur Messung des CBF beinhaltet; Daher erfordert dieser Aufbau eine Anästhesie für die Elektrodenplatzierung und -stabilität. Wir zeigen eine Korrelation zwischen der CBF-Antwort und dem Strom in Abhängigkeit vom Alter, wobei eine signifikant größere Reaktion bei höheren Strömen (1,5 mA und 2,0 mA) bei jungen Kontrolltieren (12-14 Wochen) im Vergleich zu älteren Tieren (28-32 Wochen) gezeigt wird (p < 0,005 Differenz). Wir zeigen auch eine signifikante CBF-Reaktion bei elektrischen Feldstärken <5 mV/mm, was ein wichtiger Aspekt für eventuelle Studien am Menschen ist. Diese CBF-Reaktionen werden auch stark durch den Einsatz von Anästhesie im Vergleich zu wachen Tieren, die Atmungskontrolle (d. h. intubierte vs. spontane Atmung), systemische Faktoren (d. h. CO₂) und die lokale Leitung innerhalb der Blutgefäße beeinflusst, die durch Perizyten und Endothelzellen vermittelt wird. Ebenso können detailliertere Bildgebungs-/Aufzeichnungstechniken die Feldgröße vom gesamten Gehirn auf nur eine kleine Region beschränken. Wir beschreiben die Verwendung von extrakraniellen Elektroden für die Anwendung der tACS-Stimulation, einschließlich sowohl hausgemachter als auch kommerzieller Elektrodendesigns für Nagetiere, die gleichzeitige Messung des CBF und des intrakraniellen elektrischen Feldes unter Verwendung bilateraler Glas-DC-Aufzeichnungselektroden und die bildgebenden Ansätze. Wir wenden diese Techniken derzeit an, um ein Closed-Loop-Format zur Augmentierung des CBF in Tiermodellen für Alzheimer und Schlaganfall zu implementieren.

Introduction

Die transkranielle Elektrostimulation (tES; mit Sinuswellenstimulation, tACS) ist ein gängiger, externer, nicht-invasiver Ansatz zur Neuromodulation des Gehirns ^1,2. Zuvor stellten wir die Hypothese auf, dass tES (und insbesondere tACS) bei bestimmten Dosen den zerebralen Blutfluss (CBF) in den darunter liegenden Hirnregionen erhöhen kann³. Ferner kann eine Dosis-Wirkungs-Beziehung zwischen entweder dem angelegten externen Strom oder dem intrakraniellen elektrischen Feld und den resultierenden CBF-Reaktionen bestehen. Die meisten klinischen Stimulationsprotokolle haben sich jedoch auf e....

Protocol

Alle Tierbehandlungen wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee an der Duke University oder der entsprechenden lokalen Behörde, die die Forschung mit Tieren reguliert, genehmigt. In der Materialtabelle finden Sie Details zu allen Materialien, Instrumenten und Geräten, die in diesem Protokoll verwendet werden.

1. Vorbereitung des Instruments

1. Stellen Sie sicher, dass alle erforderlichen Gegenstände und chirurgischen Instrumente vorhanden sind (Abbildung 2): Kopfhautreinigungslösung (Alkoholpads), Klebeband, Pinzette, Schere und einen Bohrer zum Platzieren d....

Results

Repräsentative Ergebnisse sind in Abbildung 4, Abbildung 5 und Abbildung 6 dargestellt. Abbildung 4 zeigt ein Beispiel für die vier Kanäle mit den beiden intrakraniellen Aufzeichnungselektroden auf den oberen Kanälen und den CBF-Antworten auf den unteren Kanälen. Das tACS ist symmetrisch über den gesamten Schädel, aber im Allgemeinen ist die intrakranielle Feldantwort bei angelegten Wechselstromströmen .......

Discussion

Dieses Protokoll konzentriert sich auf die in vivo, anästhesierte Messung der CBF-Antwort als Biomarker zur Abschätzung der Gehirnantwort auf tES¹⁴. Zu den längerfristigen Biomarkern des tES-Ansprechens gehören histologische Behandlungseffekte, wie z. B. die Verhinderung oder Veränderung der Bildung von Amyloid-Plaques (d. h. mit Gamma-Stimulation bei 40 Hz in mehreren AD-Modellen)^16,17,18,19,

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
Alkohol-Pads	HenryShein	112-6131
Baby Mineralöl	Johnson & Johnson
BD 1 mL Spritze	Becton Dikinson	REF 305699
C3 Flat Surface Electrodes	Neuronexus
C57BI Mäuse			aus NIH-Kolonien
Kupferschädelelektroden	Inhouse-Präparation
Digidata 1440, Clampex	Axon Instruments
Dumont #5 Pinzette	FST	#5
Dumont #7 Pinzette gebogen	Dumont	RS-5047
Augensalbe	Major	LubiFresh P.M. NDC-0904-6488-38
/Brauner Mikropipettenabzieher	Sutter Instrument Co.	Modell P-87
Pinzette 11,5 cm leichte Krümmung   gezahnt	Roboz	RS-8254
Intramedic Nadel 23 G	Becton Dikinson	REF 427565
KCl 1 M	Inhouse-Präparation
Laserdopplersonden	Moor Instruments	0,46 mm Laserdopplersonden
Laser Speckle Imaging Device	RWD	RFLSI-ZW
Mikrokürette 13 cm	FST	10080-05
Mikro-Präparierschere, 11,5 cm	Roboz	RS-5914
Maus-Anästhesiefixierung	Stoelting
Neuroconn-DS	Neurocare	DC-Stimulator Plus
PhysioSuite Monitoring	Kent Scientific
Wattestäbchen	Fisherbrand	22363167
Kochsalzlösung 0,9 % NaCl-Lösung	Baxter	281322
Sensicam QE	PCO Instruments
Software	Axon Instruments Clampex
Chirurgischer Kleber	Covetrus	31477
Chirurgisches Klebeband	3M Transpore	T9784