وضع أقطاب تحفيز خارج الجمجمة وقياس تدفق الدم الدماغي والمجالات الكهربائية داخل الجمجمة في الفئران المخدرة

Summary

وصفنا بروتوكولا لتقييم منحنيات الاستجابة للجرعة للتحفيز خارج الجمجمة من حيث قياسات المجال الكهربائي للدماغ وتدفق الدم الدماغي ذي الصلة. نظرا لأن هذا البروتوكول يتضمن وضع قطب كهربائي غازي في الدماغ ، فهناك حاجة إلى تخدير عام ، مع تفضيل التنفس التلقائي بدلا من التنفس المتحكم فيه.

Abstract

يعد الكشف عن استجابات تدفق الدم الدماغي (CBF) لأشكال مختلفة من التنشيط العصبي أمرا بالغ الأهمية لفهم وظيفة الدماغ الديناميكية والاختلافات في إمداد الدماغ بالركيزة. تصف هذه الورقة بروتوكولا لقياس استجابات CBF لتحفيز التيار المتردد عبر الجمجمة (tACS). يتم تقدير منحنيات الاستجابة للجرعة من كل من تغير CBF الذي يحدث مع tACS (mA) ومن المجال الكهربائي داخل الجمجمة (mV / mm). نحن نقدر المجال الكهربائي داخل الجمجمة بناء على السعات المختلفة التي تقاس بواسطة الأقطاب الزجاجية الدقيقة داخل كل جانب من جوانب الدماغ. في هذه الورقة ، نصف الإعداد التجريبي ، والذي يتضمن استخدام مجسات دوبلر بالليزر الثنائية (LD) أو تصوير البقع بالليزر (LSI) لقياس CBF. نتيجة لذلك ، يتطلب هذا الإعداد تخديرا لوضع القطب واستقراره. نقدم علاقة بين استجابة CBF والتيار كدالة للعمر ، مما يدل على استجابة أكبر بكثير في التيارات الأعلى (1.5 مللي أمبير و 2.0 مللي أمبير) في الضابطة الصغيرة (12-14 أسبوعا) مقارنة بالحيوانات الأكبر سنا (28-32 أسبوعا) (p < 0.005 فرق). نظهر أيضا استجابة كبيرة ل CBF عند شدة المجال الكهربائي <5 مللي فولت / مم ، وهو اعتبار مهم للدراسات البشرية النهائية. تتأثر استجابات CBF هذه أيضا بشدة باستخدام التخدير مقارنة بالحيوانات المستيقظة ، والتحكم في التنفس (أي التنبيب مقابل التنفس التلقائي) ، والعوامل الجهازية (أي CO₂) ، والتوصيل الموضعي داخل الأوعية الدموية ، والذي يتم بوساطة الخلايا المحيطة والخلايا البطانية. وبالمثل ، قد تحد تقنيات التصوير / التسجيل الأكثر تفصيلا من حجم المجال من الدماغ بأكمله إلى منطقة صغيرة فقط. نصف استخدام الأقطاب الكهربائية خارج الجمجمة لتطبيق تحفيز tACS ، بما في ذلك تصميمات الأقطاب الكهربائية محلية الصنع والتجارية للقوارض ، والقياس المتزامن ل CBF والمجال الكهربائي داخل الجمجمة باستخدام أقطاب تسجيل DC الزجاجية الثنائية ، وطرق التصوير. نحن نطبق حاليا هذه التقنيات لتنفيذ تنسيق الحلقة المغلقة لزيادة CBF في النماذج الحيوانية لمرض الزهايمر والسكتة الدماغية.

Introduction

التحفيز الكهربائي عبر الجمجمة (tES ؛ مع تحفيز الموجات الجيبية ، tACS) هو نهج شائع وخارجي وغير جراحي للتعديل العصبي للدماغ ^1,2. في السابق ، افترضنا أنه في جرعات معينة ، قد يزيد tES (وخاصة tACS) من تدفق الدم الدماغي (CBF) في مناطق الدماغ الأساسية³. علاوة على ذلك ، قد توجد علاقة بين الجرعة والاستجابة بين التيار الخارجي المطبق أو المجال الكهربائي داخل الجمجمة واستجابات CBF الناتجة. ومع ذلك ، فقد ركزت معظم بروتوكولات التحفيز السريري على أقصى مستوى مريح للبشرة من التحفيز (أي ~ 2 مللي أمبير) لفترات زمنية محددة (أي 30-45 دقيقة) كبروتوكول علاج ^4,5

Protocol

تمت الموافقة على جميع الإجراءات المتعلقة بالحيوان من قبل اللجنة المؤسسية لرعاية واستخدام في جامعة ديوك أو السلطة المحلية المكافئة التي تنظم البحوث التي تشمل. راجع جدول المواد للحصول على تفاصيل حول جميع المواد والأدوات والمعدات المستخدمة في هذا البروتوكول.

1. إعداد الصك

1. تأكد من أن جميع العناصر والأدوات الجراحية المطلوبة في مكانها (الشكل 2): محلول تنظيف فروة الرأس (ضمادات الكحول) ، وشريط ، وملقط ، ومقص ، ومثقاب لوضع ثقوب النتوءات الصغيرة (0.5 مم).
2. قم بإعداد أقطاب السطح خارج الجمجمة لتطبيق الجمجمة ، وتأكد من تنظيف أي غراء جراحي منها إذا تم استخدامها مسبقا.
....

النتائج

النتائج التمثيلية موضحة في الشكل 4 والشكل 5 والشكل 6. يوضح الشكل 4 مثالا على القنوات الأربع التي تحتوي على قطبي تسجيل داخل الجمجمة على القنوات العلوية واستجابات CBF على القنوات السفلية. يكون tACS متماثلا عبر الجمجمة ، ولكن بشكل ع?.......

Discussion

يركز هذا البروتوكول على القياس المخدر في الجسم الحي لاستجابة CBF كعلامة حيوية لتقدير استجابة الدماغ ل tES¹⁴. تشمل المؤشرات الحيوية طويلة المدى لاستجابة tES تأثيرات العلاج النسيجي ، مثل الوقاية أو التغيرات في تكوين لوحة الأميلويد (أي مع تحفيز جاما عند 40 هرتز في العديد من نماذج .......

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