この作品が支持された EU-FP7-ERC-2013-開始 '勢い' ハンガリー科学アカデミー (LP2013-62)、GINOP-2.3.2-15-2016-00018 助成プログラム助成金 (No.337075) による。ありがとう Máté Kozák 刺激を文書化し、有意義な議論のプロトコル設計時に電極と Mihály Vöröslakos を記録します。

ここで説明するすべての方法は、コミュニティの欧州理事会の指令に従って (86/609 ECC) アルバート ・ セント ・ イシュトバーン Györgyi 医療薬学の大学センターで動物研究の倫理委員会によって承認されているとセゲド (XIV/218/2016)。
1. 刺激電極の作製
<ol><li>1 つの刺激電極、ミニチュアのフックアップ ワイヤの六つの 10 cm 長い部分をカット削除の一端にクラッドともう一方の端に 1 cm 2 cm します。</li>
	<li>2 本のケーブルを撚り合わせて、皮をむいた短辺で半田付け。</li>
	<li>SOT 353 ケースとあらゆる集積回路の 3 つのテープ包装のストリップを取得します。</li>
	<li>パッケージの 3 つの穴を介してツイスト線をステッチします。ワイヤの長い皮をむいたセグメントはパッケージの空洞にする必要があります。断熱材の端が穴の縁に沿ったようにケーブルを配置します。</li>
	<li>ワイヤーを固定する穴に歯科用セメントを置きます。 注意: 歯科用セメントをパッケージのキャビティに漏出を避けるために十分な高密度にする必要があります。</li>
	<li>セメントが固化 (最小 10 分) と、パッケージを反転し、セメント系多孔質に向かって水密シールを形成する穴に瞬間接着剤の薄い層を置きます。皮をむいた線を接着しないでください。</li>
	<li>短い皮をむいた側のケーブルを一緒にねじるし、半田付け (図 1 a)。</li>
	<li>もはや皮をむいたセグメント線の高級ピンセットの先端をつかんで、それらをロールバック空洞 (図 1 b) にそれらをラップします。必要な場合は、余分なケーブルをカットします。</li>
</ol>2. 記録電極の作製
<ol><li>1 つの記録を作成するには、トリプレット電極 (図 1D)、高速ロータリーを使用してステンレス鋼チューブの 1 センチの部分をカットを見た。鋭い針とチューブの端からフィンを削除し、チューブが残骸のきれい、完全に透過性であることを確認します。 注: 彼らはチューブを歪めるが、ペンチを使用しないでください。</li>
	<li>J 形のホルダーを形成する 3 cm の長さの最小な金メッキ基板スペーサー ピンを曲げます。「J」形状の長い脚をカットし、、電極を保持し、アンカリング ポイントとして 'U' 形状と脳定位固定装置によって開催される、長い直線部分の取り外し可能なジョイントさせる元の形を取り戻すため一緒にはんだ付け.チューブで一緒に 'J' ホルダーの短い足を接着します。安定性のため、必要に応じていくつかの追加の 1 cm 長い棒を接着します。</li>
	<li>ステンレス鋼、超はさみで 2.5 cm 長い電極線の 3 の部分をカットします。クリアでシャープなカット、断熱材、電極ワイヤーの円形の面でそのままになっていることを確認します。また適用される力のためカットの先端が曲がっていないことを確認します。1、2 mm (例えば、1 つの左ストレート 1 45 °、1 つ直角) それらを区別する別の角度で線のそれぞれの一方の端を曲げます。</li>
	<li>ワイヤーと管を埋める、実験用電極の適切な間隔を選択 (例えば、皮質のローカル フィールド ポテンシャル (LFP) と現在ソース密度 (CSD) 登録からワイヤーの先端の推奨の突出のため、チューブを開く: 4.5 mm 4.1 〜 3.7 mm、それぞれ)。どの線が適切なチャネルの順序を維持するための深さに対応するメモ。</li>
	<li>一度ワイヤーは隣同士に右揃え、チューブに平行、電極ワイヤを修正する配置液体接着剤で一滴チューブの両端に鋭い針で。接着剤が管毛細管効果によりは突出の端に記録サイトない方に流れることを確認します。</li>
	<li>使用する記録システムと互換性のある適切な自電極インター フェース ボードを準備します。</li>
	<li>目的の記録のチャネルに対応する電極のインタ フェース ボードの穴にワイヤの非記録、曲がった先端をご紹介します。すべてのワイヤが位置、ピンセットで、金色のピンを穴に押し込みます。 注: 歯科用セメントを使ってその場で金のピンを修正可能性がありますが、ほとんどの場合、それは十分に安定してなくてもこの安全手順。</li>
</ol>3. 麻酔
<ol><li>シール麻酔誘導室に動物を置き、イソフルラン 2 L/分医療空気中の 4-5% でそれを埋めます。</li>
	<li>ラットがリカンベント、商工会議所から動物を削除し、適切な換気の鼻部分を固定フレームに置きます。</li>
	<li>気流の率は同じままですが、2% にイソフルラン レベルを設定します。麻酔のレベルを確認します。つまんでに応えて足引っ込め反射がない場合、続行、麻酔の深さが増加します。</li>
	<li>監視し、37 ± 0.5 ° C 恒温監視システムでラットの体温を維持します。角膜の乾燥を防ぐために目にパラフィン軟膏の滴を適用します。この手順、手術中に数回、必要に応じて繰り返します。</li>
	<li>気道における粘液形成を避けるためにアトロピンを 0.3 mg/kg を皮下注入します。この長い手術の場合は 4 時間ごとに繰り返します。呼吸を監視し、必要な場合、気化器を調整します。</li>
</ol>4. 刺激と記録電極の注入
注: オートクレーブ外科すべての必要な機器および慎重に全体の手順中に無菌と消毒の一般的な規則に従います。外科領域以外の非滅菌の分野を触れないでください。移植前に 30 分のエチルアルコール溶液 (70%) 電極を浸します。
<ol><li>髪クリッパーで頭皮から髪の毛のほとんどを削除します。頭皮に脱毛クリームを適用、表面に均等に広げ、数分待ってから。ヘラを使用すると、クリーム、残りの髪を慎重に取り外します。消毒し、水で皮膚を洗い流します。</li>
	<li>1-2% リドカインを注入する (7 mg/kg の総線量を超えない) 皮下に皮膚を麻痺させます。獣医軟膏 (例えばパラフィン) 目の一滴を適用します。</li>
	<li>首に額から、メスに正中線で徹底したと長い (~ 2 cm) 矢状切開を行います。頭蓋骨の骨膜を含む組織を解剖し、2 つの側頭骨の稜間区域をきれいに彫刻刀や歯のピンセットを使用しています。4 ブルドッグを使用して切り裂かれた皮膚の取り消しによって公開される頭蓋骨をしてください。</li>
	<li>優しく頭骨の急な端と筋の間の高級ピンセットを置き、それらを分離します。筋肉を損傷することがなく、好ましくは冠状縫合の平面に後頭骨の端から、できるだけ側頭骨の大規模な表面の多くとして公開するジグの動きを確認します。</li>
	<li>リトラクター公開側頭骨を保つために bitemporally を配置します。</li>
	<li>リンスと 1-2 の mL 3% H2O2頭蓋骨の表面、1-2 mL の水で洗ってください。</li>
	<li>側頭骨の表面を非常に慎重に空気乾燥、眼の棒で水分をモップでふきます。(刺激電極の上部の縁は側頭骨の稜の端に沿ってする必要があります) 洗浄垂直頭蓋骨表面上に刺激電極に適合する場合をテストします。ブルドッグと、リトラクターを再調整または必要に応じてハサミでは、刺激電極の形状します。</li>
	<li>導電性電極ゲルし、電極の縁に接着剤の薄い層を置く刺激の空洞を埋めます。</li>
	<li>1 つの正確な動きと側頭骨の乾燥表面刺激電極を配置、しっかりと場所に保持 1 分の高級ピンセットで。水分が接着剤との接触がないことを確認してください。必要に応じて眼棒をモップします。 注意: 電極の任意の不安定を経験した場合、それを削除します。骨を洗浄後新しい刺激電極でこの手順を繰り返します。</li>
	<li>組織の漏れの水分は継続的に眼の棒で乾燥する間、刺激電極のエッジ上歯科用セメントを置きます。セメントを用いた全体刺激電極をカバーします。</li>
	<li>セメントが完全に硬化すると、側でこれらの手順を繰り返します。</li>
	<li>すべてのネジをアンカーのため頭蓋骨のいくつかの穴をドリルします。穴にミニチュアねじをドライブし、それらを歯科用セメントを置きます。~ 10% 小径ドリルねじ径と比較して頭を使用します。</li>
	<li>実験の目的に応じてケーブルの両端にコネクタをはんだ付け、セメントでカバーして、表面の上に置きます記録電極と光ファイバーを植え付けることを続行または頭蓋骨の頭蓋ウィンドウを準備します。後者の場合、コネクタをはんだ付けし、終了時にのみ構築にそれらを固定します。長期同時 TES と LFP 録音の必要な場合インプラントの単一ケーブルの代わりに前述の電極三つ子を実行します。 注: このセットアップは、共通モード刺激工芸品8の除去のためことができます。電極注入の記録の詳細については、以前のプロトコル14,15を参照してください。</li>
	<li>消毒剤と豊富露出した組織を洗浄します。1-2% リドカインを注入する (7 mg/kg の総線量を超えない) 皮下。</li>
	<li>傷のエッジを創傷清拭し、コネクタ/インプラント周囲の簡単な縫合で閉じる。ポビドン ヨードで傷口を消毒します。</li>
	<li>Carprofene 5 mg/kg を皮下注入します。必要に応じて、この手順を繰り返します。 注: 他の鎮痛薬は、ローカル倫理許可委員会によって設定された要件と一致する使用可能性があります。</li>
	<li>麻酔を中断、earbars とノーズピース、解放および意識を取り戻すために術後の回復ケージに動物を置きます。</li>
	<li>最初の術後の時間中に近い監督の下で動物が確実します。インプラント領域を定期的に監視し続けます。 注: 動物残さないように無人までそれは胸骨の横臥を維持するために十分な意識を取り戻しました。プロシージャから完全復旧まで個別に動物の家。</li>
</ol>

<ol>
	<li>Ozen, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcranial+electric+stimulation+entrains+cortical+neuronal+populations+in+rats.">Transcranial electric stimulation entrains cortical neuronal populations in rats.</a> The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 30 (34), 11476-11485 (2010).</li><li>Ali, M. M., Sellers, K. K., Frohlich, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcranial+alternating+current+stimulation+modulates+large-scale+cortical+network+activity+by+network+resonance.">Transcranial alternating current stimulation modulates large-scale cortical network activity by network resonance.</a> The Journal of neuroscience : the official journal of the Society for Neuroscience. 33 (27), 11262-11275 (2013).</li><li>Helfrich, R. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Entrainment+of+brain+oscillations+by+transcranial+alternating+current+stimulation.">Entrainment of brain oscillations by transcranial alternating current stimulation.</a> Current biology : CB. 24 (3), 333-339 (2014).</li><li>Bikson, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcranial+direct+current+stimulation+for+major+depression:+a+general+system+for+quantifying+transcranial+electrotherapy+dosage.">Transcranial direct current stimulation for major depression: a general system for quantifying transcranial electrotherapy dosage.</a> Current treatment options in neurology. 10 (5), 377-385 (2008).</li><li>Lefaucheur, J. 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Safety, sensations and secondary induced effects.</a> Clinical neurophysiology : official journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 126 (11), 2181-2188 (2015).</li><li>Marshall, L., Binder, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Contribution+of+transcranial+oscillatory+stimulation+to+research+on+neural+networks:+an+emphasis+on+hippocampo-neocortical+rhythms.">Contribution of transcranial oscillatory stimulation to research on neural networks: an emphasis on hippocampo-neocortical rhythms.</a> Frontiers in human neuroscience. 7, 614 (2013).</li><li>Reato, D., Rahman, A., Bikson, M., Parra, L. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+weak+transcranial+alternating+current+stimulation+on+brain+activity-a+review+of+known+mechanisms+from+animal+studies.">Effects of weak transcranial alternating current stimulation on brain activity-a review of known mechanisms from animal studies.</a> Frontiers in human neuroscience. 7, 687 (2013).</li><li>Thut, G., Miniussi, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+insights+into+rhythmic+brain+activity+from+TMS-EEG+studies.">New insights into rhythmic brain activity from TMS-EEG studies.</a> Trends in cognitive sciences. 13 (4), 182-189 (2009).</li><li>Gage, G. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surgical+implantation+of+chronic+neural+electrodes+for+recording+single+unit+activity+and+electrocorticographic+signals.">Surgical implantation of chronic neural electrodes for recording single unit activity and electrocorticographic signals.</a> Journal of visualized experiments : JoVE. (60), (2012).</li><li>Vandecasteele, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-scale+recording+of+neurons+by+movable+silicon+probes+in+behaving+rodents.">Large-scale recording of neurons by movable silicon probes in behaving rodents.</a> Journal of visualized experiments : JoVE. (61), e3568 (2012).</li><li>Zayachkivsky, A., Lehmkuhle, M. J., Dudek, F. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-term+Continuous+EEG+Monitoring+in+Small+Rodent+Models+of+Human+Disease+Using+the+Epoch+Wireless+Transmitter+System.">Long-term Continuous EEG Monitoring in Small Rodent Models of Human Disease Using the Epoch Wireless Transmitter System.</a> Journal of visualized experiments : JoVE. (101), e52554 (2015).</li><li>Ung, K., Arenkiel, B. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fiber-optic+implantation+for+chronic+optogenetic+stimulation+of+brain+tissue.">Fiber-optic implantation for chronic optogenetic stimulation of brain tissue.</a> Journal of visualized experiments : JoVE. (68), e50004 (2012).</li><li>Mostany, R., Portera-Cailliau, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+craniotomy+surgery+procedure+for+chronic+brain+imaging.">A craniotomy surgery procedure for chronic brain imaging.</a> Journal of visualized experiments : JoVE. (12), (2008).</li></ol>

Berényi、所有者と Amplipex 株式会社は、大規模な多重生体アンプを製造会社の創始者です。日時: Kozák とタマス Földi 開示するものがあります。

このプロトコルの最も重要なステップは、骨表面に電極パッケージの接着です。不適切なシーリングの場合、骨と電極のギャップが形成され、二次瘢痕組織は刺激性を軽減このギャップに育てることができます。パッケージにこだわりの手順中に骨表面が完全に乾燥する必要があり、電極の不安定性が発生している場合にする必要があります削除して最良の結果を得るために新しいパッケー?...

経頭蓋電気刺激 (TES) は一時的に拘束された方法で脳の活動に影響を与える貴重な方法論的アプローチです。サイズ、刺激電極の配置に応じて TES が大脳のボリュームに影響を与えるし、びまん性神経集団を同調1,2,3。経頭蓋直流電流刺激が大鬱病性障害の4、5と多くの研究は人間6経頭蓋刺激の認知的効果を示す焦点の治療のため既に医学的に承認されました。,7します。 さらに、有望な結果をてんかん発作8,9を制御する TES の可能性について報告しました。
集中的な研究にもかかわらずまだこの方法10、11,12を適用する長期的な結果、潜在的な副作用は、アクションの詳細なメカニズムについて多くの未解決の問題があります。したがって、動物モデルでの TES の効果を調査するため、再現性のある堅牢なプロトコルを持っている非常に重要です。ためのプロトコルを提供我々 目を覚まし動物 (例えばうつ病、てんかん、統合失調症) の多くの疾患が広く調査のみ、これらの医療条件の本質は、通常長期の治療を必要と、慢性的なラット頭蓋電極の注入。ここで紹介した方法は行動研究のため使用することができます。 または (すなわちワイヤー、シリコン プローブの、juxtacellular 電極) 記録電極の注入したり、電気生理学的実験のため慢性頭蓋ウィンドウに結合することができます。イメージング研究、それぞれ。実験的なデザインによって刺激のタイミングはランダムまたはイベントによってトリガーされる特定の行動キューまたは特定の頭脳の状態 (発作、シータ)8,の電気生理学的特徴をすることができます。11,13。
それは、皮膚に装着した電極の形態を使用して、現在使用されている人間のアプローチと対照をなしてを示すラットから側頭骨の表面に皮下注入右をほとんど採用方法を言及することが重要彼らの足を使用して簡単にアクセス可能である彼らの皮膚上に配置何かに耐えます。
注入の慢性的な性質のため交換、削減、および改良の原則に則り、このメソッドは、使用できるようにヶ月間、さまざまな実験条件で各動物を募ることができますので、動物の数を減らすのに役立ちます少ない動物の様々 な仮説をテストします。
本研究では、経頭蓋刺激電極 (図 1 aB) 製造の詳細なステップバイ ステップのプロトコルを提供し、6 ヶ月歳の頭骨上これらの電極の慢性的な注入を実証男性のロング ・ ラット。

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Cyanoacrylate liquid</td>
			<td>Henkel</td>
			<td>Loctite 401</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cyanoacrylate gel</td>
			<td>Henkel</td>
			<td>Loctite 454</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wire for stimulation electrodes</td>
			<td>Phoenix Wire Inc.</td>
			<td>36744MHW - PTFE Microminiature Hook-Up Wire</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Board spacer</td>
			<td>E-tec Interconnect</td>
			<td>SP1-020-S378/01-55</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Connector</td>
			<td>E-tec Interconnect</td>
			<td>P2510I-02</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tape packaging for stimulation electrodes</td>
			<td>Nexperia</td>
			<td>74HC1G00GW</td>
			<td>Tape packaging of any integrated circuit with SOT-353 case can be used</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Grip Cement Industrial Grade</td>
			<td>Caulk Dentsply</td>
			<td>675571 (powder) 675572 (solvent)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electroconductive gel</td>
			<td>Rextra</td>
			<td>ECG Gel</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Recording electrode wire</td>
			<td>California Fine Wire Co.</td>
			<td>.002 (50 micron) Tungsten 99.95% (CFW Material #: 100-211), HMl-Natural, cut to 3.0 inch pieces, Round, Cut length piece wire</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ultrafine scissors</td>
			<td>Hammacher Instrumente</td>
			<td>Stainless HSB 544-09</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stainless steel tube</td>
			<td>Vita Needle Company</td>
			<td>29 RW, 304SS Tubing, T.I.G. Welded and Plug</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>High speed rotary saw</td>
			<td>Dremel</td>
			<td>Model # 395</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rotary saw holder</td>
			<td>Dremel</td>
			<td>Model # 220</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rotary saw cut-off wheel</td>
			<td>Dremel</td>
			<td>Model # 409</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ocular sticks</td>
			<td>Lohmann-Rauscher</td>
			<td>Pro-ophta Ocular Sticks</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wet disinfectant</td>
			<td>Egis</td>
			<td>Betadine</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dry disinfectant</td>
			<td>Wagner Pharma</td>
			<td>Reseptyl-urea</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Drilling machine</td>
			<td>NSK-Nakanishi United Kingdom</td>
			<td>Vmax35RV Pack</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Anchoring screws</td>
			<td>Antrin Miniature Specialties, Inc.</td>
			<td>000-120x1/16 SL BIND MS SS</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

chronic transcranial electrical stimulation and intracortical recording in rats

経頭蓋電気刺激 (TES) は、ランダムまたは閉ループ イベント発生方法でびまん性脳活動に影響を与える強力な比較的簡単なアプローチです。多くの研究が可能な利点および健康および病理学的頭脳の TES の副作用を中心に、まだ刺激の作用機序に関する多くの基本的な未解決の問題があります。したがって、明確がある急性をテストする堅牢で再現可能な方法および齧歯動物の TES の慢性効果のため必要があります。TES は、神経ネットワークの体内を調べる正規行動、イメージング、電気生理学的手法と組み合わせることができます。脳の活動を操作するための汎用性の高い、柔軟なツールを提供しながら、経頭蓋刺激電極の注入は実験的なデザインで余分な制約を課しません。ここでを作製し、インプラントの経頭蓋刺激電極ヶ月拘束された一時的な脳の活動に影響を与える詳細なステップバイ ステップのプロトコルを提供します。

慢性刺激電極 (図 1 b) の注入は、電極 (図 1D) の追加注入と組み合わせることができます。このような設定は、オン ・ デマンド記録と特定の脳の活動を妨害する刺激システムを形成する適しています。閉ループてんかん検出と介入システム、ロング ・ ラット自発性発作 (図 2 a)<sup class="xre...

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Chronic Transcranial Electrical Stimulation and Intracortical Recording in Rats

この詳細なプロトコルは、自由行動ラットの経頭蓋電気刺激の短期および長期効果を調査するために、側頭骨に経頭蓋刺激電極配置をについて説明します。

慢性的な経頭蓋電気刺激およびラットの皮質内の記録

Transcranial electrical stimulation (TES) is a powerful and relatively simple approach to diffusely influence brain activity either randomly or in a ...

chronic-transcranial-electrical-stimulation-intracortical-recording

Research

JoVE Journal

Neuroscience

8.6K ビュー.  University of Szeged. この詳細なプロトコルは、自由行動ラットの経頭蓋電気刺激の短期および長期効果を調査するために、側頭骨に経頭蓋刺激電極配置をについて説明します。

ビデオ: Chronic Transcranial Electrical Stimulation and Intracortical Recording in Rats

Combining Transcranial Magnetic Stimulation and fMRI to Examine the Default Mode Network

The default mode network is a group of brain regions that are active when an individual is not focused on the outside world and the brain is at "wakeful rest."1,2,3 It is thought the default mode network corresponds to self-referential or "internal mentation".2,3
It has been hypothesized that, in humans, activity within the default mode network is correlated with certain pathologies (for instance, hyper-activation has been linked to schizophrenia 4,5,6 and autism spectrum disorders 7 whilst hypo-activation of the network has been linked to Alzheimer's and other neurodegenerative diseases 8). As such, noninvasive modulation of this network may represent a potential therapeutic intervention for a number of neurological and psychiatric pathologies linked to abnormal network activation. One possible tool to effect this modulation is Transcranial Magnetic Stimulation: a non-invasive neurostimulatory and neuromodulatory technique that can transiently or lastingly modulate cortical excitability (either increasing or decreasing it) via the application of localized magnetic field pulses.9
In order to explore the default mode network's propensity towards and tolerance of modulation, we will be combining TMS (to the left inferior parietal lobe) with functional magnetic resonance imaging (fMRI). Through this article, we will examine the protocol and considerations necessary to successfully combine these two neuroscientific tools.

In this article, we examine the methodology and considerations relevant to the combination of TMS and fMRI to examine the effects of brain stimulation on the default network.

デフォルトモードのネットワークを検査する経頭蓋磁気刺激とfMRIを組み合わせ

The default mode network is a group of brain regions that are active when an individual is not focused on the outside world and the brain is at "wakeful ...

神経科学

Electrode Positioning and Montage in Transcranial Direct Current Stimulation

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a technique that has been intensively investigated in the past decade as this method offers a non-invasive and safe alternative to change cortical excitability2. The effects of one session of tDCS can last for several minutes, and its effects depend on polarity of stimulation, such as that cathodal stimulation induces a decrease in cortical excitability, and anodal stimulation induces an increase in cortical excitability that may last beyond the duration of stimulation6. These effects have been explored in cognitive neuroscience and also clinically in a variety of neuropsychiatric disorders &#x2013; especially when applied over several consecutive sessions4. One area that has been attracting attention of neuroscientists and clinicians is the use of tDCS for modulation of pain-related neural networks3,5. Modulation of two main cortical areas in pain research has been explored: primary motor cortex and dorsolateral prefrontal cortex7. Due to the critical role of electrode montage, in this article, we show different alternatives for electrode placement for tDCS clinical trials on pain; discussing advantages and disadvantages of each method of stimulation.

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is an established technique to modulate cortical excitability1,2. It has been used as an investigative tool in neuroscience due to its effects on cortical plasticity, easy operation, and safe profile. One area that tDCS has been showing encouraging results is pain alleviation 3-5.

経頭蓋直流電流刺激で電極の位置とモンタージュ

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a technique that has been intensively investigated in the past decade as this method offers a ...

Assessment of Neuromuscular Function Using Percutaneous Electrical Nerve Stimulation

Percutaneous electrical nerve stimulation is a non-invasive method commonly used to evaluate neuromuscular function from brain to muscle (supra-spinal, spinal and peripheral levels). The present protocol describes how this method can be used to stimulate the posterior tibial nerve that activates plantar flexor muscles. Percutaneous electrical nerve stimulation consists of inducing an electrical stimulus to a motor nerve to evoke a muscular response. Direct (M-wave) and/or indirect (H-reflex) electrophysiological responses can be recorded at rest using surface electromyography. Mechanical (twitch torque) responses can be quantified with a force/torque ergometer. M-wave and twitch torque reflect neuromuscular transmission and excitation-contraction coupling, whereas H-reflex provides an index of spinal excitability. EMG activity and mechanical (superimposed twitch) responses can also be recorded during maximal voluntary contractions to evaluate voluntary activation level. Percutaneous nerve stimulation provides an assessment of neuromuscular function in humans, and is highly beneficial especially for studies evaluating neuromuscular plasticity following acute (fatigue) or chronic (training/detraining) exercise.

We present a protocol to assess changes in neuromuscular function. Percutaneous electrical nerve stimulation is a non-invasive method that evokes muscular responses. Electrophysiological and mechanical properties of these responses permit the evaluation of neuromuscular function from brain to muscle (supra-spinal, spinal and peripheral levels).

経皮的電気神経刺激を使用した神経筋機能の評価

Percutaneous electrical nerve stimulation is a non-invasive method commonly used to evaluate neuromuscular function from brain to muscle (supra-spinal, ...

Simultaneous Recording of Electroretinography and Visual Evoked Potentials in Anesthetized Rats

The electroretinogram (ERG) and visual evoked potential (VEP) are commonly used to assess the integrity of the visual pathway. The ERG measures the electrical responses of the retina to light stimulation, while the VEP measures the corresponding functional integrity of the visual pathways from the retina to the primary visual cortex following the same light event. The ERG waveform can be broken down into components that reflect responses from different retinal neuronal and glial cell classes. The early components of the VEP waveform represent the integrity of the optic nerve and higher cortical centers. These recordings can be conducted in isolation or together, depending on the application. The methodology described in this paper allows simultaneous assessment of retinal and cortical visual evoked electrophysiology from both eyes and both hemispheres. This is a useful way to more comprehensively assess retinal function and the upstream effects that changes in retinal function can have on visual evoked cortical function.

This protocol describes simultaneous measurement of electroretinogram and visual evoked potentials in anesthetized rats.

麻酔ラットにおける電図および視覚誘発電位の同時記録

The electroretinogram (ERG) and visual evoked potential (VEP) are commonly used to assess the integrity of the visual pathway. The ERG measures the ...

Effects of Transcranial Alternating Current Stimulation on the Primary Motor Cortex by Online Combined Approach with Transcranial Magnetic Stimulation

Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) is a neuromodulatory technique able to act through sinusoidal electrical waveforms in a specific frequency and in turn modulate ongoing cortical oscillatory activity. This neurotool allows the establishment of a causal link between endogenous oscillatory activity and behavior. Most of the tACS studies have shown online effects of tACS. However, little is known about the underlying action mechanisms of this technique because of the AC-induced artifacts on Electroencephalography (EEG) signals. Here we show a unique approach to investigate online physiological frequency-specific effects of tACS of the primary motor cortex (M1) by using single pulse Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) to probe cortical excitability changes. In our setup, the TMS coil is placed over the tACS electrode while Motor Evoked Potentials (MEPs) are collected to test the effects of the ongoing M1-tACS. So far, this approach has mainly been used to study the visual and motor systems. However, the current tACS-TMS setup can pave the way for future investigations of cognitive functions. Therefore, we provide a step-by-step manual and video guidelines for the procedure.

Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) allows the modulation of cortical excitability in a frequency-specific fashion. Here we show a unique approach which combines online tACS with single pulse Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) in order to "probe" cortical excitability by means of Motor Evoked Potentials.

経頭蓋交流電流刺激オンライン結合による一次運動野の経頭蓋磁気刺激の効果

Transcranial Alternating Current Stimulation (tACS) is a neuromodulatory technique able to act through sinusoidal electrical waveforms in a specific ...

Transcranial Electrical Brain Stimulation in Alert Rodents

Transcranial electrical brain stimulation can modulate cortical excitability and plasticity in humans and rodents. The most common form of stimulation in humans is transcranial direct current stimulation (tDCS). Less frequently, transcranial alternating current stimulation (tACS) or transcranial random noise stimulation (tRNS), a specific form of tACS using an electrical current applied randomly within a pre-defined frequency range, is used. The increase of noninvasive electrical brain stimulation research in humans, both for experimental and clinical purposes, has yielded an increased need for basic, mechanistic, safety studies in animals. This article describes a model for transcranial electrical brain stimulation (tES) through the intact skull targeting the motor system in alert rodents. The protocol provides step-by-step instructions for the surgical set-up of a permanent epicranial electrode socket combined with an implanted counter electrode on the chest. By placing a stimulation electrode into the epicranial socket, different electrical stimulation types, comparable to tDCS, tACS, and tRNS in humans, can be delivered. Moreover, the practical steps for tES in alert rodents are introduced. The applied current density, stimulation duration, and stimulation type may be chosen depending on the experimental needs. The caveats, advantages, and disadvantages of this set-up are discussed, as well as safety and tolerability aspects.

This protocol describes a surgical set-up for a permanent epicranial electrode socket and an implanted chest electrode in rodents. By placing a second electrode into the socket, different types of transcranial electrical brain stimulation can be delivered to the motor system in alert animals through the intact skull.

警告齧歯動物で経頭蓋脳の電気的刺激

Transcranial electrical brain stimulation can modulate cortical excitability and plasticity in humans and rodents. The most common form of stimulation in ...

Transcranial Direct Current Stimulation (tDCS) in Mice

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a non-invasive neuromodulation technique proposed as an alternative or complementary treatment for several neuropsychiatric diseases. The biological effects of tDCS are not fully understood, which is in part explained due to the difficulty in obtaining human brain tissue. This protocol describes a tDCS mouse model that uses a chronically implanted electrode allowing the study of the long-lasting biological effects of tDCS. In this experimental model, tDCS changes the cortical gene expression and offers a prominent contribution to the understanding of the rationale for its therapeutic use.

Transcranial Direct Current Stimulation tDCS in Mice

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a therapeutic technique proposed to treat psychiatric diseases. An animal model is essential for understanding the specific biological alterations evoked by tDCS. This protocol describes a tDCS mouse model that uses a chronically implanted electrode.

マウスにおける経頭蓋直流電流刺激 (tDCS)

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a non-invasive neuromodulation technique proposed as an alternative or complementary treatment for ...

Establishment of Acute Pontine Infarction in Rats by Electrical Stimulation

Pontine infarction is the most common stroke subtype in the posterior circulation, while there lacks a rodent model mimicking pontine infarction. Provided here is a protocol for successfully establishing a rat model of acute pontine infarction. Rats weighing about 250 g are used, and a probe with an insulated sheath is injected into the pons using a stereotaxic apparatus. A lesion is produced by the electrical stimulation with a single pulse. The Longa score, Berderson score, and beam balance test are used to assess neurological deficits. Additionally, the adhesive-removal somatosensory test is used to determine sensorimotor function, and the limb placement test is used to evaluate proprioception. MRI scans are then used to assess the infarction in vivo, and TTC staining is used to confirm the infarction in vitro. Here, a successful infarction is identified that is located in the anterolateral basis of the rostral pons. In conclusion, a new method is described to establish an acute pontine infarction rat model.

Presented here is a protocol for establishing acute pontine infarction in a rat model via electrical stimulation with a single pulse.

電気刺激によるラットにおける急性ポンチン梗塞の確立

Pontine infarction is the most common stroke subtype in the posterior circulation, while there lacks a rodent model mimicking pontine infarction. Provided ...

Preparation of Peripheral Nerve Stimulation Electrodes for Chronic Implantation in Rats

Peripheral nerve cuff electrodes have long been used in the neurosciences and related fields for stimulation of, for example, vagus or sciatic nerves. Several recent studies have demonstrated the effectiveness of chronic VNS in enhancing central nervous system plasticity to improve motor rehabilitation, extinction learning, and sensory discrimination. Construction of chronically implantable devices for use in such studies is challenging due to rats&#8217; small size, and typical protocols require extensive training of personnel and time-consuming microfabrication methods. Alternatively, commercially available implantable cuff electrodes can be purchased at a significantly higher cost. In this protocol, we present a simple, low-cost method for construction of small, chronically implantable peripheral nerve cuff electrodes for use in rats. We validate the short and long-term reliability of our cuff electrodes by demonstrating that VNS in ketamine/xylazine anesthetized rats produces decreases in breathing rate consistent with activation of the Hering-Breuer reflex, both at the time of implantation and up to 10 weeks after device implantation. We further demonstrate the suitability of the cuff electrodes for use in chronic stimulation studies by pairing VNS with skilled lever press performance to induce motor cortical map plasticity.

Existing approaches for constructing chronically implantable peripheral nerve cuff electrodes for use in small rodents often require specialized equipment and/or highly trained personnel. In this protocol we demonstrate a simple, low-cost approach for fabricating chronically implantable cuff electrodes, and demonstrate their effectiveness for vagus nerve stimulation (VNS) in rats.

ラットの慢性移植のための末梢神経刺激電極の調製

Peripheral nerve cuff electrodes have long been used in the neurosciences and related fields for stimulation of, for example, vagus or sciatic nerves. ...

Transcranial Direct Current Stimulation (tDCS) for Memory Enhancement

Memory enhancement is one of the great challenges in cognitive neuroscience and neurorehabilitation. Among various techniques used for memory enhancement, transcranial direct current stimulation (tDCS) is emerging as an especially promising tool for improvement of memory functions in a non-invasive manner. Here, we present a tDCS protocol that can be applied for memory enhancement in healthy-participant studies as well as in aging and dementia research. The protocol uses weak constant anodal current to stimulate cortical targets within cortico-hippocampal functional network engaged in memory processes. The target electrode is placed either on the posterior parietal cortex (PPC) or the dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC), while the return electrode is placed extracranially (i.e., on the contralateral cheek). In addition, we outline a more advanced method of oscillatory tDCS, mimicking a natural brain rhythm to promote hippocampus-dependent memory functions, which can be applied in a personalized and non-personalized manner. We present illustrative results of associative and working memory improvement following single tDCS sessions (20 minutes) in which the described electrode montages were used with current intensities between 1.5 mA and 1.8 mA. Finally, we discuss crucial steps in the protocol and methodological decisions that must be made when designing a tDCS study on memory.

Transcranial Direct Current Stimulation tDCS for Memory Enhancement

A protocol for memory enhancement by using transcranial direct current stimulation (tDCS) targeting dorsolateral prefrontal and posterior parietal cortices, as core cortical nodes within hippocampo-cortical network, is presented. The protocol has been well evaluated in healthy-participant studies and is applicable to aging and dementia research as well.

メモリ強化のための経頭蓋直流刺激(tDCS)

Memory enhancement is one of the great challenges in cognitive neuroscience and neurorehabilitation. Among various techniques used for memory enhancement, ...