Intermittent KHz-frequency electrical stimulation selectively engages small unmyelinated vagal afferents

传出的 神经科学 刺激 脑干 迷走神经 传入的 刺激(心理学) 感觉系统 传出神经 化学 心理学 心理治疗师
作者
Yao-Chuan Chang,Umair Ahmed,Naveen Jayaprakash,Ibrahim T. Mughrabi,Qihang Lin,Yi-Chen Wu,Michael Gerber,Adam Abbas,Anna Daytz,Arielle Gabalski,Jason Ashville,Socrates Dokos,Loren Rieth,Timir Datta,Kevin J. Tracey,Tianruo Guo,Yousef Al‐Abed,Stavros Zanos
出处
期刊: [Cold Spring Harbor Laboratory]
被引量:1
标识
DOI:10.1101/2021.01.30.428827
摘要

Abstract Afferent and efferent vagal fibers mediate bidirectional communication between the brain and visceral organs. Small, unmyelinated C-afferents constitute the majority of vagal fibers, play critical roles in numerous interoceptive circuits and autonomic reflexes in health and disease and may contribute to the efficacy and safety of vagus nerve stimulation (VNS). Selective engagement of C-afferents with electrical stimuli has not been feasible, due to the default fiber recruitment order: larger fibers first, smaller fibers last. Here, we determine and optimize an electrical stimulus that selectively engages vagal C-afferents. Intermittent KHz-frequency electrical stimulation (KES) activates motor and, preferentially, sensory vagal neurons in the brainstem. During KES, asynchronous activity of C-afferents increases, while that of larger fibers remains largely unchanged. In parallel, KES effectively blocks excitability of larger fibers while moderately suppressing excitability of C-afferents. By compiling selectivity indices in individual animals, we find that optimal KES parameters for C-afferents are >5KHz frequency and 7-10 times engagement threshold (×T) intensity in rats, 15-25×T in mice. These effects can be explained in computational models by how sodium channel responses to KES are shaped by axonal size and myelin. Our results indicate that selective engagement of vagal C-afferents is attainable by intermittent KES.

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