Name: in vivo intracellular recording of type-identified rat spinal motoneurons during trans-spinal direct current stimulation
Uploaded: 2020-05-11T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about In Vivo Intracellular Recording of Type-Identified Rat Spinal Motoneurons During Trans-Spinal Direct Current Stimulation at JoVE.com

עבודה זו נתמכה על ידי מענק מרכז המדע הלאומי מס' 2017/25/B/NZ7/00373. המחברים רוצים להכיר את עבודתם של חנה Drzymała-Celichowska ו Włodzimierz Mrówczyński, אשר שניהם תרמו איסוף נתונים וניתוח של התוצאות המוצגות בעיתון זה.

כל ההליכים הקשורים לפרוטוקול זה התקבלו על ידי הרשויות המתאימות (למשל, ועדת האתיקה המקומית) ובהתאם לכללים הלאומיים והבינלאומיות בנוגע לרווחת בעלי החיים ולהנהלה.
הערה: כל משתתף המעורב בהליך צריך להיות מאומן כראוי בהליכים כירורגיים בסיסיים וצריך להיות בעל רישיון תקף לביצוע נ...

<ol>
	<li>Angius, L., Hopker, J., Mauger, A. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Ergogenic+Effects+of+Transcranial+Direct+Current+Stimulation+on+Exercise+Performance.">The Ergogenic Effects of Transcranial Direct Current Stimulation on Exercise Performance.</a> Frontiers in Physiology. 8, 90 (2017).</li><li>Berry, H. R., Tate, R. J., Conway, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transcutaneous+spinal+direct+current+stimulation+induces+lasting+fatigue+resistance+and+enhances+explosive+vertical+jump+performance.">Transcutaneous spinal direct current stimulation induces lasting fatigue resistance and enhances explosive vertical jump performance.</a> PloS One. 12 (4), 0173846 (2017).</li><li>Lenoir, C., Jankovski, A., Mouraux, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Anodal+transcutaneous+spinal+direct+current+stimulation+(tsDCS)+selectively+inhibits+the+synaptic+efficacy+of+nociceptive+transmission+at+spinal+cord+level.">Anodal transcutaneous spinal direct current stimulation (tsDCS) selectively inhibits the synaptic efficacy of nociceptive transmission at spinal cord level.</a> Neuroscience. 393, 150-163 (2018).</li><li>Parazzini, 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=Modeling+the+current+density+generated+by+transcutaneous+spinal+direct+current+stimulation+(tsDCS).">Modeling the current density generated by transcutaneous spinal direct current stimulation (tsDCS).</a> Clinical Neurophysiology: Official Journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 125 (11), 2260-2270 (2014).</li><li>Choi, Y. A., Kim, Y., Shin, H. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pilot+study+of+feasibility+and+effect+of+anodal+transcutaneous+spinal+direct+current+stimulation+on+chronic+neuropathic+pain+after+spinal+cord+injury.">Pilot study of feasibility and effect of anodal transcutaneous spinal direct current stimulation on chronic neuropathic pain after spinal cord injury.</a> Spinal Cord. 57 (6), 461-470 (2019).</li><li>G&#243;mez-Soriano, J., Meg&#237;a-Garc&#237;a, A., Serrano-Mu&#241;oz, D., Osuagwu, B., Taylor, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Non-invasive+spinal+direct+current+simulation+for+spasticity+therapy+following+spinal+cord+injury:+mechanistic+insights+contributing+to+long-term+treatment+effects.">Non-invasive spinal direct current simulation for spasticity therapy following spinal cord injury: mechanistic insights contributing to long-term treatment effects.</a> The Journal of Physiology. 597 (8), 2121-2122 (2019).</li><li>de Ara&#250;jo, A. V. L., 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=Effectiveness+of+anodal+transcranial+direct+current+stimulation+to+improve+muscle+strength+and+motor+functionality+after+incomplete+spinal+cord+injury:+a+systematic+review+and+meta-analysis.">Effectiveness of anodal transcranial direct current stimulation to improve muscle strength and motor functionality after incomplete spinal cord injury: a systematic review and meta-analysis.</a> Spinal Cord. , (2020).</li><li>de Paz, R. H., Serrano-Mu&#241;oz, D., P&#233;rez-Nombela, S., Bravo-Esteban, E., Avenda&#241;o-Coy, J., G&#243;mez-Soriano, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Combining+transcranial+direct-current+stimulation+with+gait+training+in+patients+with+neurological+disorders:+a+systematic+review.">Combining transcranial direct-current stimulation with gait training in patients with neurological disorders: a systematic review.</a> Journal of Neuroengineering and Rehabilitation. 16 (1), 114 (2019).</li><li>Ahmed, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modulation+of+gamma+and+alpha+spinal+motor+neurons+activity+by+trans-spinal+direct+current+stimulation:+effects+on+reflexive+actions+and+locomotor+activity.">Modulation of gamma and alpha spinal motor neurons activity by trans-spinal direct current stimulation: effects on reflexive actions and locomotor activity.</a> Physiological Reports. 4 (3), (2016).</li><li>Bolzoni, F., Jankowska, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Presynaptic+and+postsynaptic+effects+of+local+cathodal+DC+polarization+within+the+spinal+cord+in+anaesthetized+animal+preparations.">Presynaptic and postsynaptic effects of local cathodal DC polarization within the spinal cord in anaesthetized animal preparations.</a> The Journal of Physiology. 593 (4), 947-966 (2015).</li><li>Cogiamanian, 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=Transcutaneous+Spinal+Direct+Current+Stimulation.">Transcutaneous Spinal Direct Current Stimulation.</a> Frontiers in Psychiatry. 3, (2012).</li><li>Ahmed, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Trans-spinal+direct+current+stimulation+alters+muscle+tone+in+mice+with+and+without+spinal+cord+injury+with+spasticity.">Trans-spinal direct current stimulation alters muscle tone in mice with and without spinal cord injury with spasticity.</a> The Journal of Neuroscience: The Official Journal of the Society for Neuroscience. 34 (5), 1701-1709 (2014).</li><li>Bolzoni, F., Pettersson, L. G., Jankowska, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evidence+for+long-lasting+subcortical+facilitation+by+transcranial+direct+current+stimulation+in+the+cat.">Evidence for long-lasting subcortical facilitation by transcranial direct current stimulation in the cat.</a> The Journal of Physiology. 591 (13), 3381-3399 (2013).</li><li>Manuel, M., Zytnicki, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Alpha,+beta+and+gamma+motoneurons:+functional+diversity+in+the+motor+system's+final+pathway.">Alpha, beta and gamma motoneurons: functional diversity in the motor system's final pathway.</a> Journal of Integrative Neuroscience. 10 (3), 243-276 (2011).</li><li>Feiereisen, P., Duchateau, J., Hainaut, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Motor+unit+recruitment+order+during+voluntary+and+electrically+induced+contractions+in+the+tibialis+anterior.">Motor unit recruitment order during voluntary and electrically induced contractions in the tibialis anterior.</a> Experimental Brain Research. 114 (1), 117-123 (1997).</li><li>Van Cutsem, M., Feiereisen, P., Duchateau, J., Hainaut, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+properties+and+behaviour+of+motor+units+in+the+tibialis+anterior+during+voluntary+contractions.">Mechanical properties and behaviour of motor units in the tibialis anterior during voluntary contractions.</a> Canadian Journal of Applied Physiology = Revue Canadienne De Physiologie Appliquee. 22 (6), 585-597 (1997).</li><li>Gardiner, P. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physiological+properties+of+motoneurons+innervating+different+muscle+unit+types+in+rat+gastrocnemius.">Physiological properties of motoneurons innervating different muscle unit types in rat gastrocnemius.</a> Journal of Neurophysiology. 69 (4), 1160-1170 (1993).</li><li>Ahmed, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Trans-spinal+direct+current+stimulation+modifies+spinal+cord+excitability+through+synaptic+and+axonal+mechanisms.">Trans-spinal direct current stimulation modifies spinal cord excitability through synaptic and axonal mechanisms.</a> Physiological Reports. 2 (9), (2014).</li><li>Manuel, M., Iglesias, C., Donnet, M., Leroy, F., Heckman, C. J., Zytnicki, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fast+kinetics,+high-frequency+oscillations,+and+subprimary+firing+range+in+adult+mouse+spinal+motoneurons.">Fast kinetics, high-frequency oscillations, and subprimary firing range in adult mouse spinal motoneurons.</a> The Journal of Neuroscience: The Official Journal of the Society for Neuroscience. 29 (36), 11246-11256 (2009).</li><li>Liebetanz, D., Koch, R., Mayenfels, S., K&#246;nig, F., Paulus, W., Nitsche, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Safety+limits+of+cathodal+transcranial+direct+current+stimulation+in+rats.">Safety limits of cathodal transcranial direct current stimulation in rats.</a> Clinical Neurophysiology: Official Journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 120 (6), 1161-1167 (2009).</li><li>B&#261;czyk, M., Jankowska, 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+effects+of+direct+current+are+reproduced+by+intermittent+depolarization+of+myelinated+nerve+fibers.">Long-term effects of direct current are reproduced by intermittent depolarization of myelinated nerve fibers.</a> Journal of Neurophysiology. 120 (3), 1173-1185 (2018).</li><li>B&#261;czyk, M., Drzyma&#322;a-Celichowska, H., Mr&#243;wczy&#324;ski, W., Krutki, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Motoneuron+firing+properties+are+modified+by+trans-spinal+direct+current+stimulation+in+rats.">Motoneuron firing properties are modified by trans-spinal direct current stimulation in rats.</a> Journal of Applied Physiology. 126 (5), 1232-1241 (2019).</li><li>B&#261;czyk, M., Drzyma&#322;a-Celichowska, H., Mr&#243;wczy&#324;ski, W., Krutki, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Long-lasting+modifications+of+motoneuron+firing+properties+by+trans-spinal+direct+current+stimulation+in+rats.">Long-lasting modifications of motoneuron firing properties by trans-spinal direct current stimulation in rats.</a> European Journal of Neuroscience. , (2019).</li><li>Miranda, P. C., Faria, P., Hallett, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=What+does+the+ratio+of+injected+current+to+electrode+area+tell+us+about+current+density+in+the+brain+during+tDCS.">What does the ratio of injected current to electrode area tell us about current density in the brain during tDCS.</a> Clinical Neurophysiology: Official Journal of the International Federation of Clinical Neurophysiology. 120 (6), 1183-1187 (2009).</li><li>Rahman, A., 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=Cellular+effects+of+acute+direct+current+stimulation:+somatic+and+synaptic+terminal+effects.">Cellular effects of acute direct current stimulation: somatic and synaptic terminal effects.</a> The Journal of Physiology. 591 (10), 2563-2578 (2013).</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=Effects+of+uniform+extracellular+DC+electric+fields+on+excitability+in+rat+hippocampal+slices+in+vitro.">Effects of uniform extracellular DC electric fields on excitability in rat hippocampal slices in vitro.</a> The Journal of Physiology. 557, 175-190 (2004).</li><li>Jankowska, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spinal+control+of+motor+outputs+by+intrinsic+and+externally+induced+electric+field+potentials.">Spinal control of motor outputs by intrinsic and externally induced electric field potentials.</a> Journal of Neurophysiology. 118 (2), 1221-1234 (2017).</li><li>Button, D. C., Gardiner, K., Marqueste, T., Gardiner, P. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Frequency-current+relationships+of+rat+hindlimb+alpha-motoneurones.">Frequency-current relationships of rat hindlimb alpha-motoneurones.</a> The Journal of Physiology. 573, 663-677 (2006).</li></ol>

אם תבוצע כראוי, יש להשלים את החלק הכירורגי של הפרוטוקול המתואר בתוך כשלוש שעות. יש לנקוט טיפול מיוחד בשמירה על מצבים פיזיולוגיים יציבים של בעל חיים במהלך הניתוח, בפרט טמפרטורת הגוף ועומק ההרדמה. מלבד שיקולים אתיים ברורים, חוסר הרדמה נכונה יכול לגרום לתנועות גפיים מוגזמות במהלך כריתת עצב א?...

גירוי זרם ישיר טרנס-עמוד השדרה (tsDCS) צובר הכרה כשיטה חזקה כדי לשנות את עירור מעגל השדרה בבריאותומחלות 1,,2,,3. בטכניקה זו, זרם קבוע מועבר בין אלקטרודה פעילה הממוקמת מעל מקטעים נבחרים בעמוד השדרה, עם אלקטרודה הפניה הממוקמת באופן גחיד או יותר rostrally4. מספר מחקרים כבר אישרו כי tsDCS יכול לשמש בניהול תנאים פתולוגיים מסוימים,כגון כאב נוירופתי 5, ספסטיות6, פגיעה בחוטהשדרה 7 או כדי להקל עלשיקום 8. החוקרים מציעים כי tsDCS מעורר שינויים בהתפלגות היונים בין המרחב התוך תאי לבין החלל החוץ-תאי על פני קרום התא, וזה יכול להקל או לעכב פעילות עצבית בהתאם לכיווןהנוכחי 9,10,11. עם זאת, עד לאחרונה, היה חסר אישור ישיר להשפעה זו על המוטוניונים.
כאן, אנו מתארים פרוטוקול מפורט לנהל הקלטה תאית vivo של פוטנציאל חשמלי מmotoneurons עמוד השדרה המותני בחולדה מרדים עם יישום בו זמנית של tsDCS, על מנת לצפות בשינויים קרום motoneuron ומאפייני ירי בתגובה קיטוב anodal או קטודלי של הרשת העצבית בעמוד השדרה. הקלטות תאיות פותחות מספר תחומי חקירה של מאפייני נוירון, שאינן זמינות לטכניקות חוץ-תאיותשהיו בשימוש בעבר 9,12. לדוגמה, ניתן למדוד במדויק את תגובת מתח קרום המוטון לזרימת זרם ישירה המושרה על-ידי tsDCS, כדי לציין סף מתח עבור יצירת ספייק, או לנתח פרמטרים פוטנציאליים של פעולה. יתר על כן, טכניקה זו מאפשרת לנו לקבוע תכונות קרום פסיבי motoneuron, כגון התנגדות קלט, ולקנות את הקשר בין זרם גירוי תאי ותדירות של ירי קצבי של motoneurons. זיהוי נוגדני של מוטון מוקלט, המבוסס על גירוי של עצבים המזוהים באופן פונקציונלי (כלומר, עצבים המספקים אפרטנטים כיפוף או מורטים) מאפשר לנו לזהות בנוסף סוגים של יחידות מנוע פנימיות (מהיר לעומת איטי), אשר נותן הזדמנות לבדוק אם קיטוב משפיע באופן שונה על אלמנטים בודדים של מערכת העצבים של עמוד השדרה הבוגר. בשל ניתוח מקיף לפני ההקלטה ודרישות גבוהות על יציבות ואמינות של הקלטות, טכניקה זו היא מאתגרת מאוד אך מאפשרת הערכה ישירה וארוך טווח של מאפיינים אלקטרופיזיולוגיים של motoneuron אחד: לפני, במהלך ואחרי יישום של tsDCS, אשר חיוני כדי לקבוע הן את פעולותיה אקוטיות והשפעותמתמידות 13. כמו motoneuron ישירות מפעיל סיבי שריר extrafusal14 ולוקח חלק בשליטה משוב של התכווצות שרירים ופיתח כוח15,16 כל השפעה נצפתה של tsDCS על יחידת המנוע או תכונות שריר מתכווץ עשוי להיות קשור אפנון של מוטונורון עירור או מאפייני ירי.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Durgs and solutions</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Atropinum sulfuricum</td>
			<td>Polfa Warszawa</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glucose</td>
			<td>Merck</td>
			<td>346351</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaHCO3</td>
			<td>Merck</td>
			<td>106329</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pancuronium Jelfa</td>
			<td>PharmaSwiss/Valeant</td>
			<td>-</td>
			<td>Neuromuscular blocker</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pentobarbital sodium</td>
			<td>Biowet Pu&#322;awy Sp. z o.o</td>
			<td>-</td>
			<td>Main anesthetic agent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pottasium citrate</td>
			<td>Chempur</td>
			<td>6100-05-06</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetraspan</td>
			<td>Braun</td>
			<td>-</td>
			<td>HES solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Surgical equipment</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>21 Blade</td>
			<td>FST</td>
			<td>10021-00</td>
			<td>Scalpel blade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cauterizer</td>
			<td>FST</td>
			<td>18010-00</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chest Tubes</td>
			<td>Mila</td>
			<td>CT1215</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dumont #4 Forceps</td>
			<td>FST</td>
			<td>11241-30</td>
			<td>Muscle forceps</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dumont #5 Forceps</td>
			<td>FST</td>
			<td>11254-20</td>
			<td>Dura forceps</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dumont #5F Forceps</td>
			<td>FST</td>
			<td>11255-20</td>
			<td>Nerve forceps</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dumont #5SF Forceps</td>
			<td>FST</td>
			<td>11252-00</td>
			<td>Pia forceps</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Forceps</td>
			<td>FST</td>
			<td>11008-13</td>
			<td>Blunt forceps</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Forceps</td>
			<td>FST</td>
			<td>11053-10</td>
			<td>Skin forceps</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hemostat</td>
			<td>FST</td>
			<td>13013-14</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rongeur</td>
			<td>FST</td>
			<td>16021-14</td>
			<td>For laminectomy</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scissors</td>
			<td>FST</td>
			<td>15000-08</td>
			<td>Vein scissors</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scissors</td>
			<td>FST</td>
			<td>15002-08</td>
			<td>Dura scissors</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scissors</td>
			<td>FST</td>
			<td>14184-09</td>
			<td>For trachea cut</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scissors</td>
			<td>FST</td>
			<td>104075-11</td>
			<td>Muscle scissors</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scissors</td>
			<td>FST</td>
			<td>14002-13</td>
			<td>Skin scissors</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tracheal tube</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>Custom made</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vein catheter</td>
			<td>Vygon</td>
			<td>1261.201</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vessel cannulation forceps</td>
			<td>FST</td>
			<td>18403-11</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vessel clamp</td>
			<td>FST</td>
			<td>18320-11</td>
			<td>For vein clamping</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vessel Dilating Probe</td>
			<td>FST</td>
			<td>10160-13</td>
			<td>For vein dissection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sugrgical materials</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gel foam</td>
			<td>Pfizer</td>
			<td>GTIN 00300090315085</td>
			<td>Hemostatic agent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silk suture 4.0</td>
			<td>FST</td>
			<td>18020-40</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silk suture 6.0</td>
			<td>FST</td>
			<td>18020-60</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Equipment</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Axoclamp 2B</td>
			<td>Molecular devices</td>
			<td>discontinued</td>
			<td>Intracellular amplifier/ new model Axoclamp 900A</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CapStar-100 End-tidal CO2 Monitor</td>
			<td>CWE</td>
			<td>11-10000</td>
			<td>Gas analyzer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Grass S-88</td>
			<td>A-M Systems</td>
			<td>discontinued</td>
			<td>Constant current stimulator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Homeothermic Blanket Systems with Flexible Probe</td>
			<td>Harvard Apparatus</td>
			<td>507222F</td>
			<td>Heating system</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ISO-DAM8A</td>
			<td>WPI</td>
			<td>74020</td>
			<td>Extracellular amplifier</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microdrive</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>Custom made/replacement IVM/Scientifica</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>P-1000 Microelectrode puller</td>
			<td>Sutter Instruments</td>
			<td>P-1000</td>
			<td>Microelectrode puller</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SAR-830/AP Small Animal Ventilator</td>
			<td>CWE</td>
			<td>12-02100</td>
			<td>Respirator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Support frame</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>Custom made/replacement lab standard base 51601/Stoelting</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Spinal clamps</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>Custom made/replacement Rat spinal adaptor 51695/Stoelting</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TP-1 DC stimulator</td>
			<td>WiNUE</td>
			<td>-</td>
			<td>tsDCS stimulator</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Miscellaneous</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1B150-4 glass capillaries</td>
			<td>WPI</td>
			<td>1B150-4</td>
			<td>For microelectrodes production</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cotton wool</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>flexible tubing</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>For respirator and CO2 analyzer connection</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MicroFil</td>
			<td>WPI</td>
			<td>MF28G67-5</td>
			<td>For filling micropipettes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Silver wire</td>
			<td>-</td>
			<td>-</td>
			<td>For nerve electrodes</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

in vivo intracellular recording of type-identified rat spinal motoneurons during trans-spinal direct current stimulation

הקלטה תאית של מוטונורונים בעמוד השדרה ב-vivo מספקת "תקן זהב" לקביעת המאפיינים האלקטרופיזיולוגיים של התאים ברשת עמוד השדרה השלמה ומחזיקה ביתרונות משמעותיים ביחס לטכניקות הקלטה קלאסיות במבחנה או בהקלטה חוץ-תאית. היתרון של הקלטות תאיות vivo הוא כי שיטה זו יכולה להתבצע על בעלי חיים בוגרים עם מערכת עצבים בוגרת לחלוטין, ולכן מנגנונים פיזיולוגיים רבים שנצפו ניתן לתרגם ליישומים מעשיים. בנייר מתודולוגי זה, אנו מתארים הליך זה בשילוב עם גירוי זרם קבוע מיושם חיצונית, המחקה תהליכי קיטוב המתרחשים בתוך רשתות עצביות בעמוד השדרה. גירוי זרם ישיר טרנס-עמוד השדרה (tsDCS) היא שיטה חדשנית המשמשת יותר ויותר כהתערבות נוירומודולטיבית בשיקום לאחר פציעות נוירולוגיות שונות, כמו גם בספורט. ההשפעה של tsDCS על מערכת העצבים נותרה מובנת היטב והמנגנונים הפיזיולוגיים מאחורי פעולותיה אינם ידועים ברובם. היישום של tsDCS בו זמנית עם הקלטות תאיות מאפשר לנו לבחון ישירות שינויים של תכונות קרום motoneuron ומאפיינים של ירי קצבי בתגובה לקיטוב של הרשת העצבית בעמוד השדרה, אשר חיוני להבנת פעולות TsDCS. יתר על כן, כאשר הפרוטוקול המוצג כולל זיהוי של motoneuron ביחס לשריר הפנימי ותפקודו (flexor לעומת extensor) כמו גם את הסוג הפיזיולוגי (מהיר לעומת איטי) הוא מספק הזדמנות לחקור באופן סלקטיבי את ההשפעה של tsDCS על רכיבים מזוהים של מעגלים בעמוד השדרה, אשר נראה מושפע באופן שונה על ידי קיטוב. ההליך המוצג מתמקד בהכנה כירורגית להקלטות תאיות וגירוי בדגש על הצעדים הנחוצים להשגת יציבות הכנה ושחזור של תוצאות. הפרטים של המתודולוגיה של יישום tsDCS אנודל או קטטודלי נדונים תוך מתן תשומת לב לבעיות מעשיות ובטיחותיות.

פרמטרים של פוטנציאל פעולה ומספר מאפייני ממברנה ניתן לחשב על בסיס הקלטות תאיות כאשר תנאים יציבים של חדירה לתא מובטחים. איור 1א מציג פוטנציאל פעולה אורתודרום טיפוסי העורר על ידי גירוי תאי, אשר עומד בכל הקריטריונים להכללת נתונים (פוטנציאל קרום מנוחה של לפחות -50 mV, ומשרעת ספייק...

Watch this Scientific Journal Video about In Vivo Intracellular Recording of Type-Identified Rat Spinal Motoneurons During Trans-Spinal Direct Current Stimulation at JoVE.com

In Vivo Intracellular Recording of Type-Identified Rat Spinal Motoneurons During Trans-Spinal Direct Current Stimulation

פרוטוקול זה מתאר בהקלטה תאית vivo של motoneurons מותני חולדה עם גירוי זרם ישיר טרנס-עמוד השדרה בו זמנית. השיטה מאפשרת לנו למדוד תכונות קרום ולתעד ירי קצבי של motoneurons לפני, במהלך ואחרי קיטוב אנודל או קטודלי של חוט השדרה.

ב Vivo הקלטה תאית של מוטונורון עמוד השדרה חולדה מזוהה סוג במהלך גירוי זרם ישיר טרנס-עמוד השדרה

Intracellular recording of spinal motoneurons in vivo provides a &#8220;gold standard&#8221; for determining the cells&#8217; electrophysiological ...

פרוטוקול זה משתמש בהקלטות תאיות של motoneurons עמוד השדרה, כדי לחקור ישירות את ההשפעה של גירוי זרם ישיר חוצה עמוד השדרה על הפונקציה של רשתות עמוד השדרה. היתרון העיקרי של טכניקה זו היא שהיא מאפשרת הקלטות תאיים להתבצע על מערכת העצבים בוגרת לחלוטין. הקלת תרגום התצפיות הניסיוניות ליישומים מעשיים.לאחר אישור חוסר תגובה רפלקס הדוושה, חולדת Wistar זכר הרדמה בן שישה חודשים, להשתמש במיקרוסקופ ניתוח להב מספר 21, כדי להפוך חתך בעור האורך מעצם החזה לסנטר. ולהשתמש ניתוח קהה כדי לחשוף את וריד הצוואר הימני. מניחים שתיים, 4-0 ליגטורות מתחת לקטע של וריד ללא נקודות הסתעפות.ולעשות קשר רופף אחד בקצה הפרוקסימלי של קטע הורידים. וקשר רופף אחד בקצה הדיסטלי של הקטע. מהדקים את הוריד קרוב ללב, וממליים את הקצה הדיסטלי של הוריד.השתמש מספריים איריס לעשות חתך בין המהדק ואת קשירה דיסטלית. בנוסף, מחזיק דש של וריד, להציג קטטר מלא מראש עד לנקודה שבה וריד נחסם על ידי המהדק. לאחר מכן להסיר את המהדק ולדחוף את הקטטר כמה מילימטרים לתוך הוריד.למיקום צינור קנה הנשימה, השתמש במקלות קהות כדי להפריד בין שתי בלוטות התיחב המכסות את שרירי הסטרוהיאידים. ולהפריד את שרירי השטרנוהיואידים בקו האמצע, כדי לחשוף את קנה הנשימה. מניחים שלוש, 4-0 ליגטורות מתחת קנה הנשימה, ולעשות שני קשרים מתחת לנקודת החדרת צינור קנה הנשימה וקשר אחד מעל.ואז להכניס צינור קנה הנשימה לתוך קנה הנשימה מתחת לסחוס קנה הנשימה השלישי. ולאבטח את הצינור במקום עם הקשירה המוכנה מראש. כדי לנתח את עצבי הגפיים האחוריות, השתמש בלהב מספר 21 כדי לבצע חתך אורך בצד האחורי של האיבר האחורי השמאלי, מגיד אכילס לירך.ולהשתמש במספריים כדי לעשות חתך בין האזורים האחוריים והפוטריים של אופוסה popliteal, בחלק האחורי של מפרק הברך. חותכים שני ראשי שרירי הירך, כדי לחשוף את העצב הסיאטי. ולהפריד את הראש מצד שני מן הראש המדיאלי של שריר gastrocnemius, כדי לחשוף את העצב tibial וענפיו.ואז להשתמש במספר 55 מלקחים, כדי לנתח בזהירות את gastrocnemius המדיאלי ואת עצבי gastrocnemius ו soleus מצד שני. ניתוקם מן הרקמות שמסביב תוך שמירה על הקשר שלהם בהתאמה של השרירים. כדי לבצע את כריתת המעי הגס, השתמש בלהב מספר 21 כדי לבצע חתך אורך מן הסרום עד חוליות בית החזה.ולזהות את חוליית Th13, כמקטע בית החזה הנמוך ביותר עם החדרת צלעות. לאחר מכן השתמש rongeurs בסדר כדי להסיר את התהליכים ספינוס laminae מן Th13 לחוליות L2, כדי לחשוף את החלקים המותניים של חוט השדרה. כדי לתקן את עמוד החוליות, מקם את החולדה במסגרת מותאמת אישית על משטח חימום של 37 מעלות צלזיוס, המחובר למערכת חימום לולאה סגורה.ולהשתמש במדפים העור כדי ליצור בריכה עמוקה מעל חוט השדרה החשוף. מניחים מלחצי מתכת מתחת לתהליכים הרוחביים של Th12, ובתהליכים הסיבוביים של L3, וממלאים את הבריכה בשמן מינרלי של 37 מעלות צלזיוס. השתמש במדפים העור כדי להפוך בריכה עמוקה של שמן מינרלי על פני טיביאלי חשוף, גסטרוצנימיוס המדיאלי ו עצבי גסטרוקניוס ו soleus.ולמקם את העצבים על חוט כסף דו קוטבי מגרה אלקטרודות. לאחר מכן חבר את האלקטרודות לגירוי דופק מרובע באמצעות תעלות גירוי נפרדות לכל עצב. עבור מיקום אלקטרודה פני השטח, תחת מיקרוסקופ ניתוח, מניחים אלקטרודה כדור כסף בצד השמאלי caudal של חוט השדרה החשוף.עם אלקטרודה התייחסות מוכנס בשרירים האחוריים. ולחבר את שתי האלקטרודות למגבר DC דיפרנציאלי. השתמש ממריץ זרם קבוע כדי לעורר את gastrocnemius המדיאלי ו עצבי gastrocnemius ו soleus רוחבי, עם פולסים מרובעים של משך 0.1 אלפית שנייה חוזר בתדר שלושה הרץ ולצפות מטח afferent.בסוף הסימולציה, להזיז את האלקטרודה פני השטח rostrally, ולחזור על הגירוי כדי לזהות את מקטעי עמוד השדרה שבו משרעת של מטח הם הגבוהים ביותר עבור כל עצב. לאחר קביעת המיקום של מטח מקסימלי, לספק חוסם neuromuscular דרך הווריד כדי לשתק את החולדה. בעוד עוזר מחבר את צינור קנה הנשימה למכונת הנשמה חיצונית בקנה אחד עם מכרסם תואם כובע.כדי לפתוח את דורה ופיא מאטר, השתמש במספר 55 מדפים כדי להרים בעדינות את הדורא מאטר, וחתוך את הרקמה באופן סיבתי ממקטע L5, עד למקטע L4. לאחר מכן השתמש בזוג מדפים דקים במיוחד של 5SF, כדי ליצור טלאי קטן ב- pia, המכסה את עמוד הגב בין כלי הדם. בדיוק ברמה של מטח afferent המרבי מן gastrocnemius המדיאלי ו gastrocnemius מצדדים ועצב soleus.כדי למקם את אלקטרודות גירוי זרם ישיר חוצה עמוד השדרה, מניחים ספוג ספוג מלוחים בצד הגבי של חוליות Th12. ולהשתמש במניפולציה עדין כדי ללחוץ על הספוג עם אלקטרודה פעילה גירוי זרם ישיר חוצה עמוד השדרה. לאחר מכן הרכב מיקרו-אלקטרוד מותאם אישית, על המיקרו מניפולטור, המאפשר תנועת דריכה של מיקרון אחד עד שניים וכיול סטריאוטוקסי.ולהניע קצה micropipette לתוך תיקון נבחר ב- pia, בזווית 15 עד 20 מעלות המדיאלית. כדי להקליט את קרום motoneuron ואת תכונות הירי, במצב הגשר של מגבר תאיים, לעורר את ענפי העצבים המתאימים לזהות את motoneuron על בסיס המראה כל או כלום, של פוטנציאל פעולה antidromic. במצב מהדק זרם לא רציפ של המגבר תאי עם מצב קצב מתג זרם ארבעה עד שמונה קילוהרץ, להשתמש 0.5 אלפית שנייה דפולרי depolarizing פולסים זרם, כדי לעורר פוטנציאל פעולה אורתודונטית, ב motoneuron.כדי לחשב את ההתנגדות לקלט התא, לעורר motoneuron, עם 40 קצר 100 אלפיות שנייה פולסים של hyperpolarizing זרם ננוגרם אחד. כדי לקבוע את ערך הבסיס האמיתי כמו משרעת מינימלית של זרם depolarizing הנדרש כדי לעורר ספייק אחד, לעורר motoneuron עם פולסים גל מרובע 50 אלפיות שנייה בהגברת משרעת. ואז להזריק 500 אלפיות שנייה פולסים גל מרובע של זרם depolarizing, בהגברת משרעת.ב 0.1 כדי שני צעדים ננו אמפר, כדי לעורר הפרשות קצביות של motoneurons. עבור גירוי זרם ישיר חוצה עמוד השדרה, להתחיל את הליכי הקיטוב על ידי יישום חוצה עמוד השדרה של זרם ישיר, תוך שמירה על חדירה יציבה של motoneuron. כאן, פוטנציאל פעולה אורתוטרופי טיפוסי, עורר על ידי גירוי תאי העונה על כל הקריטריונים להכללת נתונים מוצג.בניתוח זה, תגובת תא לפעימה נוכחית היפרפולריזציה של 100 אלפיות השניה של ננוגרם אחד. שממנו ניתן לראות הן את ההתנגדות לקלט הפסגה והן את התנגדות הכניסה לרמה של מוטונורון, מהטיית המתח. זה עקבות מתח מורחב של ספייק בסיסי אמיתי, מציג סף מתח מסומן בבירור של ספייק.המציין את רמת depolarization קרום שבו תעלות נתרן מגודר מתח מופעלים ליזום את פוטנציאל הפעולה. גרפים אלה מספקים דוגמאות של עקבות מתח תאי. משני motoneurons, מגורה תאית עם 500 אלפיות שנייה פולסים מרובעים של זרם depolarizing.לפני, במהלך, ואחרי יישום גירוי זרם ישיר חוצה עמוד השדרה. נמצא כי גירוי זרם ישיר חוצה עמוד שדרה אנודיאלי פועל לקראת עירור מוטונורון מוגבר ותדרים גבוהים יותר של ירי קצבי. בעוד גירוי זרם ישיר חוצה עמוד השדרה קתודאלי, פעל לקראת עיכוב ירי.יתר על כן, ההשפעות של שני הסוגים של גירוי זרם ישיר חוצה עמוד השדרה, שרד את תקופת הקיטוב. ניתן להשיג נתונים לא מדויקים, אם קריטריוני הכללת הנתונים נפגעים עקב חדירת תאים לא מושלמת. כישלון לפצות את ההתנגדות וההתנגדות המיקרו-אלקטרונית או את חוסר היציבות בחוט השדרה.זה הכרחי כי לא נגרם נזק לחוט השדרה במהלך הניתוח כמו פציעה יכולה לגרום להלם בעמוד השדרה, מה שהופך הקלטות נוספות בלתי אפשרי. ניתן לקצור דגימות רקמה לניתוח כימי היסטולוגי או אימונו ציטו נוסף. לדוגמה, המדידה של ביטוי c-fos יכול לשמש פרוקסי של פעילות עצבית.

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Electrode Positioning and Montage in Transcranial Direct Current Stimulation

אלקטרודה מיצוב ו מונטאז גירוי ישיר Transcranial נוכחי

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

Measuring Spinal Presynaptic Inhibition in Mice By Dorsal Root Potential Recording In Vivo

Measuring Spinal Presynaptic Inhibition in Mice By Dorsal Root Potential Recording In Vivo

מדידת השדרה Presynaptic עיכוב בעכברים על ידי הקלטה פוטנציאלית הגבי רוט<em&gt; בVivo</em

Presynaptic inhibition is one of the most powerful inhibitory mechanisms in the spinal cord. The underlying physiological mechanism is a depolarization of ...

Direct-current Stimulation and Multi-electrode Array Recording of Seizure-like Activity in Mice Brain Slice Preparation

גירוי ישיר שוטף הקלטת מערך רבה-אלקטרודה של פעילות כמו-תפיסת עכברי הכנת פרוסת המוח

Cathodal transcranial direct-current stimulation (tDCS) induces suppressive effects on drug-resistant seizures. To perform effective actions, the ...

Remotely Supervised Transcranial Direct Current Stimulation: An Update on Safety and Tolerability

מרחוק תחת פיקוח ישיר טראנס גירוי נוכחי: עדכון על הבטיחות והסבילות

The remotely supervised tDCS (RS-tDCS) protocol enables participation from home through guided and monitored self-administration of tDCS treatment while ...

The Combined Use of Transcranial Direct Current Stimulation and Robotic Therapy for the Upper Limb

השימוש המשולב של גירוי הנוכחי טראנס ישיר וטיפול רובוטית עבור הגפיים העליונות

Neurologic disorders such as stroke and cerebral palsy are leading causes of long-term disability and can lead to severe incapacity and restriction of ...

Transcranial Direct Current Stimulation (tDCS) in Mice

Transcranial Direct Current Stimulation tDCS in Mice

טראנס זרם ישיר גירוי (tDCS) בעכברים

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

Direct Injection of a Lentiviral Vector Highlights Multiple Motor Pathways in the Rat Spinal Cord

הזרקה ישירה של וקטור Lentiviral מדגיש מספר מסלולים מוטוריים בחוט השדרה עכברוש

Introducing proteins of interest into cells in the nervous system is challenging due to innate biological barriers that limit access to most molecules. ...

Stimulation Location Determination using a 3D Digitizer with High-Definition Transcranial Direct Current Stimulation

הגדרת מיקום גירוי באמצעות התקן הדיגיטציה תלת-ממדי עם Transcranial High Definition הגדרה ישירה הגירוי הנוכחי

The abundance of neuroimaging data and rapid development of machine learning has made it possible to investigate brain activation patterns. However, ...

Simultaneous Application of Transcranial Direct Current Stimulation during Virtual Reality Exposure

יישום סימולטני של גירוי זרם ישיר טרנס-קדנציאלי במהלך חשיפה למציאות מדומה

Transcranial direct current stimulation (tDCS) is a form of non-invasive brain stimulation that changes the likelihood of neuronal firing through ...

Transcranial Direct Current Stimulation (tDCS) for Memory Enhancement

Transcranial Direct Current Stimulation tDCS for Memory Enhancement

גירוי זרם ישיר טרנס-תברך (tDCS) לשיפור זיכרון

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