BACKGROUND Optogenetic stimulation has grown into a popular brain stimulation method in basic neuroscience while electrical stimulation predominates in clinical applications. In order to explain the effects of electrical stimulation on a cellular level and evaluate potential advantages of optogenetic therapies, comparisons between the two stimulation modalities are necessary. This comparison is hindered, however, by the difficulty of effectively matching the two fundamentally different modalities. OBJECTIVE Comparison of brain-wide activation patterns in response to intensity-matched electrical and optogenetic VTA stimulation. METHODS We mapped optogenetic and electrical self-stimulation rates in the same mice over stimulation intensity and determined iso-behavioral intensities. Using functional 99mTc-HMPAO SPECT imaging of cerebral blood flow in awake animals, we obtained brain-wide activation patterns for both modalities at these iso-behavioral intensities. We performed these experiments in two mouse lines commonly used for optogenetic VTA stimulation, DAT::Cre and TH::Cre mice. RESULTS We find iso-behavioral intensity matching of stimulation gives rise to similar brain activation patterns. Differences between mouse lines were more pronounced than differences between modalities. CONCLUSIONS Previously found large differences of electrical and optogenetic stimulation might be due to unmatched stimulation intensity, particularly relative electrical overstimulation. These findings imply that therapeutic electrical VTA stimulation might be relatively specific if employed with optimized parameters.

中文翻译：

---

匹配刺激范式解决了光遗传学和电 VTA 刺激之间的明显差异

背景技术光遗传学刺激已发展成为基础神经科学中流行的脑刺激方法，而电刺激在临床应用中占主导地位。为了解释电刺激对细胞水平的影响并评估光遗传疗法的潜在优势，两种刺激方式之间的比较是必要的。然而，由于难以有效匹配两种根本不同的模式，这种比较受到阻碍。目的 比较响应强度匹配的电和光遗传 VTA 刺激的全脑激活模式。方法我们根据刺激强度绘制了相同小鼠的光遗传学和电自刺激率，并确定了等行为强度。使用清醒动物脑血流的功能性 99mTc-HMPAO SPECT 成像，我们在这些等行为强度下获得了两种模式的全脑激活模式。我们在通常用于光遗传学 VTA 刺激的两种小鼠系中进行了这些实验，DAT::Cre 和 TH::Cre 小鼠。结果我们发现刺激的等行为强度匹配引起了类似的大脑激活模式。小鼠品系之间的差异比方式之间的差异更明显。结论 先前发现的电刺激和光遗传刺激的巨大差异可能是由于刺激强度不匹配，特别是相对电过度刺激。这些发现意味着，如果采用优化的参数，治疗性电 VTA 刺激可能是相对特异性的。我们在这些等行为强度下获得了两种模式的全脑激活模式。我们在通常用于光遗传学 VTA 刺激的两种小鼠系中进行了这些实验，DAT::Cre 和 TH::Cre 小鼠。结果我们发现刺激的等行为强度匹配引起了类似的大脑激活模式。小鼠品系之间的差异比方式之间的差异更明显。结论 先前发现的电刺激和光遗传刺激的巨大差异可能是由于刺激强度不匹配，特别是相对电过度刺激。这些发现意味着，如果采用优化的参数，治疗性电 VTA 刺激可能是相对特异性的。我们在这些等行为强度下获得了两种模式的全脑激活模式。我们在通常用于光遗传学 VTA 刺激的两种小鼠系中进行了这些实验，DAT::Cre 和 TH::Cre 小鼠。结果我们发现刺激的等行为强度匹配引起了类似的大脑激活模式。小鼠品系之间的差异比方式之间的差异更明显。结论 先前发现的电刺激和光遗传刺激的巨大差异可能是由于刺激强度不匹配，特别是相对电过度刺激。这些发现意味着，如果采用优化的参数，治疗性电 VTA 刺激可能是相对特异性的。我们在通常用于光遗传学 VTA 刺激的两种小鼠系中进行了这些实验，DAT::Cre 和 TH::Cre 小鼠。结果我们发现刺激的等行为强度匹配引起了类似的大脑激活模式。小鼠品系之间的差异比方式之间的差异更明显。结论 先前发现的电刺激和光遗传刺激的巨大差异可能是由于刺激强度不匹配，特别是相对电过度刺激。这些发现意味着，如果采用优化的参数，治疗性电 VTA 刺激可能是相对特异性的。我们在通常用于光遗传学 VTA 刺激的两种小鼠系中进行了这些实验，DAT::Cre 和 TH::Cre 小鼠。结果我们发现刺激的等行为强度匹配引起了类似的大脑激活模式。小鼠品系之间的差异比方式之间的差异更明显。结论 先前发现的电刺激和光遗传刺激的巨大差异可能是由于刺激强度不匹配，特别是相对电过度刺激。这些发现意味着，如果采用优化的参数，治疗性电 VTA 刺激可能是相对特异性的。结果我们发现刺激的等行为强度匹配引起了类似的大脑激活模式。小鼠品系之间的差异比方式之间的差异更明显。结论 先前发现的电刺激和光遗传刺激的巨大差异可能是由于刺激强度不匹配，特别是相对电过度刺激。这些发现意味着，如果采用优化的参数，治疗性电 VTA 刺激可能是相对特异性的。结果我们发现刺激的等行为强度匹配引起了类似的大脑激活模式。小鼠品系之间的差异比方式之间的差异更明显。结论 先前发现的电刺激和光遗传刺激的巨大差异可能是由于刺激强度不匹配，特别是相对电过度刺激。这些发现意味着，如果采用优化的参数，治疗性电 VTA 刺激可能是相对特异性的。