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In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • Representative Results
  • Discussion
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

Descriviamo un protocollo per la valutazione delle curve dose-risposta per la stimolazione extracranica in termini di misurazioni del campo elettrico cerebrale e di un rilevante biomarcatore-flusso sanguigno cerebrale. Poiché questo protocollo prevede il posizionamento invasivo di elettrodi nel cervello, è necessaria l'anestesia generale, con la respirazione spontanea preferita alla respirazione controllata.

Abstract

Il rilevamento delle risposte del flusso sanguigno cerebrale (CBF) a varie forme di attivazione neuronale è fondamentale per comprendere la funzione cerebrale dinamica e le variazioni nell'apporto di substrato al cervello. Questo documento descrive un protocollo per misurare le risposte del CBF alla stimolazione transcranica a corrente alternata (tACS). Le curve dose-risposta sono stimate sia dalla variazione del CBF che si verifica con il tACS (mA) che dal campo elettrico intracranico (mV/mm). Stimiamo il campo elettrico intracranico in base alle diverse ampiezze misurate dai microelettrodi di vetro all'interno di ciascun lato del cervello. In questo articolo, descriviamo la configurazione sperimentale, che prevede l'utilizzo di sonde laser Doppler (LD) bilaterali o di imaging laser speckle (LSI) per misurare il CBF; Di conseguenza, questa configurazione richiede l'anestesia per il posizionamento e la stabilità dell'elettrodo. Presentiamo una correlazione tra la risposta CBF e la corrente in funzione dell'età, mostrando una risposta significativamente maggiore a correnti più elevate (1,5 mA e 2,0 mA) negli animali di controllo giovani (12-14 settimane) rispetto agli animali più anziani (28-32 settimane) (differenza p < 0,005). Dimostriamo anche una significativa risposta CBF a intensità di campo elettrico <5 mV/mm, che è una considerazione importante per eventuali studi sull'uomo. Queste risposte CBF sono anche fortemente influenzate dall'uso dell'anestesia rispetto agli animali svegli, dal controllo della respirazione (cioè respirazione intubata vs. respirazione spontanea), dai fattori sistemici (cioè CO2 ) e dalla conduzione locale all'interno dei vasi sanguigni, che è mediata da periciti e cellule endoteliali. Allo stesso modo, tecniche di imaging/registrazione più dettagliate possono limitare la dimensione del campo dall'intero cervello solo a una piccola regione. Descriviamo l'uso di elettrodi extracranici per l'applicazione della stimolazione tACS, compresi i progetti di elettrodi fatti in casa e commerciali per i roditori, la misurazione simultanea del CBF e del campo elettrico intracranico utilizzando elettrodi di registrazione CC bilaterali in vetro e gli approcci di imaging. Attualmente stiamo applicando queste tecniche per implementare un formato a circuito chiuso per aumentare il CBF in modelli animali di malattia di Alzheimer e ictus.

Introduction

La stimolazione elettrica transcranica (tES; con stimolazione sinusoidale, tACS) è un approccio comune, esterno e non invasivo alla neuromodulazione cerebrale 1,2. In precedenza, abbiamo ipotizzato che a determinate dosi, il tES (e in particolare il tACS) possa aumentare il flusso sanguigno cerebrale (CBF) nelle regioni cerebrali sottostanti3. Inoltre, può esistere una relazione dose-risposta tra la corrente esterna applicata o il campo elettrico intracranico e le risposte CBF risultanti. Tuttavia, la maggior parte dei protocolli di stimolazione clinica si è concentrata su un livello ma....

Protocol

Tutte le procedure sugli animali sono state approvate dall'Institutional Animal Care and Use Committee della Duke University o dall'autorità locale equivalente che regola la ricerca sugli animali. Vedere la Tabella dei materiali per i dettagli su tutti i materiali, gli strumenti e le attrezzature utilizzati in questo protocollo.

1. Preparazione dello strumento

  1. Assicurarsi che tutti gli elementi e gli strumenti chirurgici necessari siano a posto (

Representative Results

I risultati rappresentativi sono mostrati nella Figura 4, nella Figura 5 e nella Figura 6. La Figura 4 mostra un esempio dei quattro canali con i due elettrodi di registrazione intracranica sui canali superiori e le risposte CBF sui canali inferiori. Il tACS è simmetrico in tutto il cranio, ma generalmente la risposta del campo intracranico è leggermente asimmetrica per le correnti alternate applicate.......

Discussion

Questo protocollo si concentra sulla misurazione in vivo e anestetizzata della risposta CBF come biomarcatore per stimare la risposta cerebrale a tES14. I biomarcatori a lungo termine della risposta tES includono gli effetti istologici del trattamento, come la prevenzione o i cambiamenti nella formazione della placca amiloide (ad esempio, con la stimolazione gamma a 40 Hz in diversi modelli di AD)16,17,18,19

Acknowledgements

Questo studio è stato sostenuto dalle seguenti sovvenzioni (a D.A.T.): NIA RO1 AG074999, NIA R21AG051103, VA I21RX002223 e VA I21 BX003023.

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Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
Alcohol padsHenryShein112-6131
Baby mineral oilJohnson & Johnson
BD 1 mL syringeBecton DikinsonREF 305699
C3 Flat Surface ElectrodesNeuronexus
C57BI micefrom NIH colonies 
Copper skull electrodsIn house preparation
Digidata 1440, ClampexAxon Instruments
Dumont #5 forcepsFST#5
Dumont #7 forceps curvedDumontRS-5047
Eye ointmentMajorLubiFresh P.M. NDC-0904-6488-38
Flaming/Brown micropipette pullerSutter instrument Co.Model P-87
Forceps 11.5 cm slight curve  serratedRobozRS-8254
Intramedic needle 23 GBecton DikinsonREF 427565
KCl 1 MIn house preparation
Laser Doppler ProbesMoor Instruments0.46 mm laser doppler probes
Laser Speckle Imaging DeviceRWDRFLSI-ZW
Micro curette 13 cmFST10080-05
Micro Dissecting Scissors, 11.5 cmRobozRS-5914
Mouse anesthesia fixationStoelting
Neuroconn-DSNeurocareDC-Stimulator Plus
PhysioSuite MonitoringKent Scientific
Q-tipsFisherbrand22363167
Saline 0.9% NaCl solutionBaxter281322
Sensicam QEPCO Instruments
SoftwareAxon Instruments Clampex
Surgical glueCovetrus31477
Surgical tape3M TransporeT9784

References

  1. Bestmann, S., Walsh, V. Transcranial electrical stimulation. Current Biology. 27 (23), R1258-R1262 (2017).
  2. Bikson, M., et al. Rigor and reproducibility in research with transcranial electrical stimulation: An N....

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