Colocação de eletrodos estimuladores extracranianos e mensuração do fluxo sanguíneo cerebral e campos elétricos intracranianos em camundongos anestesiados

Summary

Descrevemos um protocolo para avaliação de curvas dose-resposta para estimulação extracraniana em termos de medidas de campo elétrico cerebral e um biomarcador relevante de fluxo sanguíneo cerebral. Como esse protocolo envolve a colocação invasiva de eletrodos no cérebro, a anestesia geral é necessária, com respiração espontânea preferida em vez de respiração controlada.

Abstract

A detecção de respostas do fluxo sanguíneo cerebral (FSC) a várias formas de ativação neuronal é crítica para a compreensão da função cerebral dinâmica e das variações no fornecimento de substrato para o cérebro. Este trabalho descreve um protocolo para medir as respostas do FSC à estimulação transcraniana por corrente alternada (tACS). As curvas dose-resposta são estimadas tanto a partir da alteração do FSC ocorrida com a tACS (mA) quanto do campo elétrico intracraniano (mV/mm). Estimamos o campo elétrico intracraniano com base nas diferentes amplitudes medidas por microeletrodos de vidro dentro de cada lado do cérebro. Neste trabalho, descrevemos o arranjo experimental, que envolve o uso de sondas bilaterais com laser Doppler (LD) ou laser speckle imaging (LSI) para medir o FSC; Como resultado, essa configuração requer anestesia para a colocação e estabilidade do eletrodo. Apresentamos uma correlação entre a resposta do FSC e a corrente em função da idade, mostrando uma resposta significativamente maior em correntes mais altas (1,5 mA e 2,0 mA) em animais controles jovens (12-14 semanas) em comparação com animais mais velhos (28-32 semanas) (p < diferença de 0,005). Também demonstramos uma resposta significativa do FSC em intensidades de campo elétrico <5 mV/mm, o que é uma consideração importante para estudos em humanos eventuais. Essas respostas do FSC também são fortemente influenciadas pelo uso de anestesia em comparação com animais acordados, pelo controle da respiração (i.e., respiração intubada vs. espontânea), fatores sistêmicos (i.e., CO₂) e condução local dentro dos vasos sanguíneos, que é mediada por pericitos e células endoteliais. Da mesma forma, técnicas de imagem/gravação mais detalhadas podem limitar o tamanho do campo de todo o cérebro a apenas uma pequena região. Descrevemos o uso de eletrodos extracranianos para a aplicação da estimulação tACS, incluindo desenhos de eletrodos caseiros e comerciais para roedores, a medição concomitante do FSC e do campo elétrico intracraniano usando eletrodos de gravação DC de vidro bilateral e as abordagens de imagem. Atualmente, estamos aplicando essas técnicas para implementar um formato de circuito fechado para aumentar a FBC em modelos animais de doença de Alzheimer e acidente vascular cerebral.

Introduction

A estimulação elétrica transcraniana (tES; com estimulação por onda senoidal, tACS) é uma abordagem comum, externa e não invasiva da neuromodulação cerebral ^1,2. Previamente, levantamos a hipótese de que, em determinadas doses, a tES (e particularmente a tACS) poderia aumentar o fluxo sanguíneo cerebral (FSC) nas regiões cerebrais^{subjacentes 3}. Além disso, pode existir uma relação dose-resposta entre a corrente externa aplicada ou o campo elétrico intracraniano e as respostas resultantes do FSC. No entanto, a maioria dos protocolos de estimulação clínica tem focado em um nível máximo de....

Protocol

Todos os procedimentos com animais foram aprovados pelo Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais da Duke University ou pela autoridade local equivalente que regulamenta pesquisas envolvendo animais. Consulte a Tabela de Materiais para obter detalhes sobre todos os materiais, instrumentos e equipamentos utilizados neste protocolo.

1. Preparação do instrumento

1. Certifique-se de que todos os itens necessários e instrumentos cirúrgicos estej.......

Discussion

Este protocolo concentra-se na medida in vivo e anestesiada da resposta do FSC como um biomarcador para estimar a resposta cerebral à tES¹⁴. Biomarcadores de longo prazo da resposta à tES incluem efeitos histológicos do tratamento, como a prevenção ou alterações na formação de placa amiloide (isto é, com estimulação gama a 40 Hz em vários modelos de DA)^{16,17,18,19,<.......}

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