Установка экстракраниальных стимулирующих электродов и измерение мозгового кровотока и внутричерепных электрических полей у мышей под наркозом

Резюме

Описан протокол оценки кривых «доза-реакция» при экстракраниальной стимуляции с точки зрения измерений электрического поля мозга и соответствующего биомаркера – мозгового кровотока. Поскольку этот протокол включает в себя инвазивное размещение электродов в головном мозге, необходима общая анестезия, при этом предпочтение отдается спонтанному дыханию, а не контролируемому дыханию.

Аннотация

Обнаружение ответов мозгового кровотока (КБФ) на различные формы активации нейронов имеет решающее значение для понимания динамической функции мозга и вариаций в снабжении мозга субстратом. В данной работе описан протокол измерения ответов КБФ на транскраниальную стимуляцию переменным током (тОКС). Кривые «доза-реакция» оцениваются как по изменению КБФ, происходящему при тОКС (мА), так и по внутричерепному электрическому полю (мВ/мм). Мы оцениваем внутричерепное электрическое поле на основе различных амплитуд, измеряемых стеклянными микроэлектродами в каждой стороне мозга. В этой статье мы описываем экспериментальную установку, которая включает в себя использование либо билатеральных лазерных допплеровских зондов (LD), либо лазерной спекл-визуализации (LSI) для измерения CBF; В результате, эта установка требует анестезии для установки и стабильности электрода. Мы представляем корреляцию между реакцией CBF и током в зависимости от возраста, показывая значительно больший отклик при более высоких токах (1,5 мА и 2,0 мА) у молодых контрольных животных (12-14 недель) по сравнению с более старыми животными (28-32 недели) (p < разница 0,005). Мы также продемонстрировали значительный отклик CBF при напряженности электрического поля <5 мВ/мм, что является важным фактором для возможных исследований на людях. На эти реакции CBF также сильно влияет использование анестезии по сравнению с бодрствующими животными, контроль дыхания (т.е. интубированное или спонтанное дыхание), системные факторы (например, CO₂) и местная проводимость в кровеносных сосудах, которая опосредована перицитами и эндотелиальными клетками. Кроме того, более детальные методы визуализации/регистрации могут ограничить размер поля всего мозга только небольшой областью. Описано использование экстракраниальных электродов для применения стимуляции tACS, включая как самодельные, так и коммерческие конструкции электродов для грызунов, одновременное измерение КБВ и внутричерепного электрического поля с помощью двусторонних стеклянных регистрирующих электродов постоянного тока, а также подходы к визуализации. В настоящее время мы применяем эти методы для реализации формата замкнутого цикла для увеличения CBF на животных моделях болезни Альцгеймера и инсульта.

Введение

Транскраниальная электростимуляция (tES; с синусоидальной стимуляцией, tACS) является распространенным внешним, неинвазивным подходом к нейромодуляции головного мозга ^1,2. Ранее мы предположили, что в определенных дозах tES (и особенно tACS) может увеличивать мозговой кровоток (CBF) в нижележащих областях мозга³. Кроме того, может существовать зависимость «доза-эффект» между внешним током или внутричерепным электрическим полем и результирующими реакциями КБФ. Тем не менее, большинство протоколов клинической стимуляции сосредоточены на максимально комфортном уровне стимуляции кожи (т.е. ....

протокол

Все процедуры с животными были одобрены Комитетом по уходу за животными и их использованию в Университете Дьюка или аналогичным местным органом власти, регулирующим исследования с участием животных. Подробные сведения обо всех материалах, инструментах и оборудовании, используемых в этом протоколе, см. в таблице материалов .

1. Подготовка инструмента

1. Убедитесь, что все необходимые предметы и хирургические инструменты на месте (рис. 2): раствор для чистки кожи головы (спиртовые салфетки), скотч, щипцы, ножницы и дрель для установки небольших (0,5 мм) отверстий от заусен....

Результаты

Репрезентативные результаты показаны на рисунках 4, 5 и 6. На рисунке 4 показан пример четырех каналов с двумя внутричерепными регистрирующими электродами на верхних каналах и ответами КБФ на нижних каналах. tACS симметрична.......

Обсуждение

Этот протокол фокусируется на измерении in vivo под наркозом ответа CBF в качестве биомаркера для оценки реакции мозга на tES¹⁴. Долгосрочные биомаркеры ответа на тЭС включают гистологические эффекты лечения, такие как предотвращение или изменение образования амилоидных б?.......

Материалы

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