Electroencephalography סימולטני, מדידה בזמן אמת של הריכוז לקטט ומניפולצית Optogenetic של פעילות עצבית בקליפת המוח המכרסמת

William C. Clegern; Michele E. Moore; Michelle A. Schmidt; Jonathan Wisor

doi:10.3791/4328

הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

Electroencephalography סימולטני, מדידה בזמן אמת של הריכוז לקטט ומניפולצית Optogenetic של פעילות עצבית בקליפת המוח המכרסמת

19.7K צפיות

⸱

DOI:

10.3791/4328

⸱

19 בדצמבר 2012

William C. Clegern¹ , Michele E. Moore¹ , Michelle A. Schmidt¹ , Jonathan Wisor¹

¹Department of Veterinary & Comparative Anatomy, Pharmacology and Physiology, Sleep and Performance Research Center, WWAMI Medical Education Program, Washington State University

במאמר זה

סיכום

הליך מתואר למניפולציה של פעילות תאי עצב בקליפת מוח פירמידליים מוחיים optogenetically תוך אלקטרו, electromyogram, וריכוז חומצת חלב מוחות המנוטרים. הקלטות ניסיוניות מבוצעות על עכברי כבלים-כבולים בזמן שהם עוברים מחזורי שינה / בעקבות ספונטניים. Optogenetic ציוד מורכב במעבדה שלנו; ציוד הקלטה זמין מסחרי.

תקציר

למרות שהמוח מהווה פחות מ 5% מהגוף על ידי מסה, היא מנצלת כרבע מגלוקוז בשימוש על ידי הגוף במנוחה ^1. הפונקציה של שינה ללא תנועת עיניים מהירות (NREMS), החלק הגדול ביותר של שינה בזמן, אינה ודאית. עם זאת, מאפיין בולט אחד NREMS הוא ירידה משמעותית בשיעור ניצול הגלוקוז במוח ביחס לערות ^2-4. זה וממצאים אחרים הוביל לאמונה מרוויחה כי שינה ממלאת תפקיד הקשור לחילוף חומרים במוח. ובכל זאת, את המנגנונים בבסיס הירידה בחילוף חומרים של הגלוקוז במוח במהלך NREMS יישארו להובהרו.

תופעה אחת קשורה NREMS שעשוי להשפיע על קצב חילוף חומרים במוח היא המופע של גלים איטיים, תנודות בתדרים של פחות מ 4 רץ, באלקטרו ^5,6. גלים איטיים אלו שאותרו ברמה של הגולגולת או משטח קליפת מוח מוחות משקפיםתנודות של נוירונים בסיסיים בין מדינת depolarized / ומדינה hyperpolarized / למטה ^7. במהלך את המדינה, תאים אינם עוברים פוטנציאלי פעולה למרווחים של עד כמה אלפיות שניים 100. שיקום הדרגתי ריכוז יוני עוקבים לפוטנציאל פעולה מייצג עומס מטבולים משמעותי על התא ^8; העדר פוטנציאל פעולה במצבים למטה קשורים NREMS עשוי לתרום לחילוף חומרים יחסית להעיר מופחת.

שני אתגרים טכניים היו צריכים טיפול במסגרת מערכת היחסים ההיפותטי הזה כדי להיבדק. ראשית, היה צורך למדוד את חילוף חומרי glycolytic מוחות עם רזולוציה משקפת את הדינמיקה של EEG המוחי זמנית (כלומר, על שניות ולא דקות). כדי לעשות זאת, מדדה את הריכוז של חומצת חלב, התוצר של הגליקוליזה אירובית, ולכן readout של קצב חילוף חומרים של הגלוקוז במוחם של עכברים. קטט היהנמדד באמצעות חיישן קטט מונואמין מבוסס זמן אמת הגלומה בקליפת המוח הקדמית. מנגנון החישה מורכבת מאלקטרודה הפלטינה אירידיום המוקף בשכבה של מולקולות מונואמין קטט. חילוף חומרים של חומצת חלב על ידי מונואמין קטט מייצר מי חמצן, שמייצר זרם באלקטרודה הפלטינה אירידיום. אז ramping את הגליקוליזה המוח מספק עלייה בריכוזו של המצע למונואמין חומצת החלב, אשר לאחר מכן בא לידי ביטוי בעלייה נוכחית בהאלקטרודה החישה. זה היה בנוסף צורך למדוד המשתנים הללו תוך מניפולצית העירור של קליפת המוח, כדי לבודד את המשתנה הזה מהיבטים אחרים של NREMS.

אנחנו פתחנו מערכת ניסיונית למדידה בו זמנית של פעילות עצבית דרך elecetroencephalogram, מדידת שטף glycolytic דרך biosensor חומצת חלב, והמניפולציה של פעילות עצבית בקליפת מוח מוח באמצעות הפעלת optogenetic של Pyraהנוירונים midal. יש לנו מנוצלים במערכת זו כדי לתעד את היחסים בין צורות גל שינה הקשורות electroencephalographic ואת הדינמיקה מהרגע לרגע של ריכוז חומצת חלב בקליפת המוח. הפרוטוקול עשוי להיות שימושי עבור כל אדם המעוניין ללמוד, במכרסמים מתנהגים בחופשיות, קשר בין הפעילות עצבית שנמדדה ברמת electroencephalographic והאנרגטיקה סלולרית בתוך המוח.

פרוטוקול

1. הכנה כירורגית של בעלי חיים

1. נושאים ניסיוניים

השתמש עכברים של קו B6.Cg-Tg (Thy1-COP4/eYFP) 18Gfng / י המהונדס ^9; מתח JAX # 7612) או עכברים אחרים המבטא את הערוץ הכחול הרגיש לאור קטיון, Channelrhodopsin-2, בנוירונים בקליפת המוח מוחיים. יישום של אור הכחול לקליפת המוח של קו B6.Cg-Tg (Thy1-COP4/eYFP) 18Gfng / י המהונדס גורם לנוירונים פירמידליים מבטאים Channelrhodopsin-2 לdepolarize ולעבור פעולת פוטנציאלי ^9,10. כתוצאה מהפעלת התא פירמידלי, interneurons המקומי מופעלים, והשינוי בפ....