هنا ، نعرض حقن الضغط للمواد الدوائية العصبية أثناء تسجيل خلية واحدة في يقظ يتصرف. يسمح هذا الإجراء بالتلاعب الدوائي في المنطقة المجاورة مباشرة لموقع التسجيل القشري.
مقالة منهجية
نظام حقن الضغط للتحقيق في الجهاز العصبي من معالجة المعلومات في استيقظ يتصرفون المكاك القرد اللحاء
في هذه المقالة
ملخص
الملخص
يعد التعديل من أعلى إلى أسفل لمعالجة المعلومات القشرية للتغذية الأمامية مهما وظيفيا للعديد من العمليات المعرفية ، بما في ذلك تعديل معالجة المعلومات الحسية عن طريق الانتباه. ومع ذلك ، لا يعرف سوى القليل عن أنظمة الناقل العصبي التي تشارك في مثل هذه التعديلات. تتمثل إحدى الطرق العملية لمعالجة هذا السؤال في الجمع بين التسجيل أحادي الخلية والتلاعب الدوائي العصبي الموضعي والمؤقت في نموذج حيواني مناسب. نوضح هنا تقنية تجمع بين التسجيلات الحادة أحادية الخلية مع حقن العوامل الدوائية العصبية في المنطقة المجاورة مباشرة لقطب التسجيل. يظهر الفيديو تحضير نظام حقن / تسجيل الضغط ، بما في ذلك تحضير المادة المراد حقنها. نعرض ريسوس يؤدي مهمة الانتباه البصري وإجراء التسجيل أحادي الوحدة مع التلاعب الدوائي الحكيم.
المقدمة
في المناطق القشرية وتحت القشرية ، يتأثر النشاط العصبي بالعديد من المعدلات العصبية ، على سبيل المثال الأستيلكولين 1. تم الإبلاغ عن هذه التأثيرات المعدلة على الاستجابات العصبية في الدراسات المختبرية 2 ، وكذلك في التسجيلات الفيزيولوجية الكهربية من المخدرة3 والتلاعب الدوائي الجهازي في البشر4. ومع ذلك ، فإن الدور الدقيق للمعدلات العصبية المختلفة ومشاركة أنواع فرعية مختلفة من المستقبلات غير معروف إلى حد كبير. لقياس تأثيرات المعدلات العصبية المحددة على نشاط الخلايا العصبية المفردة ، من المستحسن إحداث تغيير مؤقت في المعدل العصبي في أقرب وقت ممكن من قطب التسجيل. علاوة على ذلك ، من المهم أن تتم هذه التلاعبات في المستيقظة ، حيث أن الوظائف المعرفية موجودة فقط في حالة عدم وجود تخدير. بالإضافة إلى ذلك ، يتفاعل التخدير مع أنظمة اتروبين والجهاز العصبي5،6 ويمكن أن يؤدي إلى تغييرات في النشاط العصبي3.
خلال العقود الماضية ، تم تطوير وتحسين طريقتين رئيسيتين لتوصيل الأدوية المحلية: الرحلان الأيوني والحقن بالضغط. في كلتا الطريقتين ، يتم توصيل الأدوية من خلال ماصات دقيقة مصنوعة من الزجاج أو الفولاذ. مع الرحلان الأيوني ، ينظم التيار الكهربائي إطلاق الدواء7. بالإضافة إلى ذلك ، هناك مساهمة كبيرة من التناضح الكهربائي في الكمية الإجمالية للجزيئات المقذوفة8 ، والتي ترتبط بقطر الطرف9 من الماصة الدقيقة وكذلك بالتركيز8 من المادة المستخدمة. الرحلان الأيوني هو أداة قوية للتلاعب بسرعة ودقة بكميات صغيرة من الأنسجة العصبية. بالنسبة للحقن الأيوني، عادة ما تستخدم الماصات الدقيقة متعددة الأسطوانات10، حيث تعمل إحداها كجهاز تسجيل بينما تعمل المواضع الأخرى كماصات توصيل. أحد قيود هذه الطريقة هو أنه يمكن استخدام الجزيئات المشحونة فقط ، مما يحد بشدة من اختيار الأدوية.
يستخدم حقن الضغطإما ضغط الهواء أو الضغط الميكانيكي لإخراج مادة من ماصة دقيقة. باستخدام هذه الطريقة ، يمكن استخدام أي مادة قابلة للذوبان ، مشحونة أو غير مشحونة ، بما في ذلك الجزيئات الكبيرة. تم وصف طريقة حقن الضغط لأول مرة من قبل Reyniers في عام 1933 وتم تحسينها بشكل أكبر في الخمسينيات (انظر Lalley11 للمراجعة). في الثمانينيات من القرن العشرين ، تم تحسين الطريقة بشكل أكبر للسماح بتوصيل كميات في نطاق النانولتر (بشكل أساسي الليدوكائن12) إلى منطقة دماغيةمحددة 13 مع إجراء تسجيل خلية واحدة في نفس الوقت. عادة ما يتم مراقبة الحجم المقذوف من خلال مراقبة حركة علامة ، مثل الغضروف المفصلي في الجزء العلوي من الماصة13. تم استخدام حقن الضغط لأول مرة في التسعينيات في المستيقظة ، خارج الخلية14 وداخل الخلايا 15،16. بناء على الخبرة التراكمية المكتسبة في هذه الدراسات ، أصبح من الممكن الآن التسجيل بشكل موثوق من هياكل الدماغ المختلفة بالاشتراك مع التلاعب الدوائي (انظر17 لمقارنة أنظمة حقن الضغط الحديثة).
المشكلة المفتوحة الدائمة لكلتا طريقتي توصيل الدواء هي صعوبة تحديد الحجم الدقيق الذي يتم حقنه. يعد هذا تحديا أكبر للتجارب على الريسوس المستيقظة التي تتصرف حيث يقوم بالمهمة التجريبية في غرفة منفصلة. يمكن التخفيف من ذلك عن طريق استخدام نظام يتم التحكم فيه بواسطة البرامج بدلا من الاعتماد على علامة بصرية لمراقبة الحقن باستمرار.
النظام الموصوف هنا هو امتداد لنظام تسجيل فيزيولوجي كهربي راسخ (نظام المصفوفة الصغيرة) ويجمع بين ماصة الحقن وأقطاب تسجيل متعددة موجهة نحو متوازي على مسافات محددة في ترتيب قابل للتخصيص. يمكن التلاعب الدوائي بالأنسجة بالقرب من قطب التسجيل باستخدام كمية صغيرة فقط من المادة ، مما يضمن التعافي السريع ويسمح بكتل متعددة من الحقن والتحكم / التعافي خلال النافذة الزمنية المحدودة التي توفرها المهمة السلوكية للحيوان.
البروتوكول
أجريت رعاية الحيوان وجميع الإجراءات التجريبية وفقا للقوانين الألمانية التي تنظم رعاية الحيوانات والتي وافقت عليها الحكومة المحلية من براونشفايغ، سكسونيا السفلى، ألمانيا.
ملاحظة: كما يتم تنفيذ التجربة في الجسم الحي، لا بد من الحفاظ على أعلى معايير النظافة الممكنة. ، والعمل كلما كان ذلك ممكنا في ظل ظروف معقمة.
1. إعداد نظام حقن / تسجيل
- تعقيم الأنبوب الذي يربط micropipette مع الحقنة. استخدام أقصر طول أنبوب ممكن في انشاء التجريبية بين مضخة حقن ونظام تسجيل الكهربية.
- تنظيف أنابيب دليل من نظام تسجيل باستخدام الأسلاك التنظيف. تغمس في زيت السيليكون معقمة وإطعامهم من خلال أنابيب دليل الفردية عدة مرات.
- إدراج micropipette زجاج الكوارتز في أنبوب دليل واحد من نظام التسجيل. انظر الشكل 1A.
- بعد تحديد micropipette فينظام تسجيل، ونعلق أنبوب معقم لمسمار معدني من micropipette. اعتن بنفسك؛ على الرغم من أن micropipette يتم إصلاحها في نظام يمكن أن كسر بسهولة عندما ربط الأنبوب. استخدام اثنين من ملاقط معقمة لممارسة الضغط متساو على دبوس وأنبوب.
- استخدام الغراء سوبر السائل لاغلاق تقاطع بين أنبوب وmicropipette. الانتظار على الأقل 3 ساعة للالغراء لتتصلب قبل ملء micropipette مع السائل.
- إدراج الميكروية (على سبيل المثال، زجاج الكوارتز معزول البلاتين التنغستن) في مواقع أخرى من نظام تسجيل قبل أو بعد الإدراج micropipette.
2. إعداد المواد
- تعقيم 1.5 مل أنابيب microcentrifuge للتخزين في وقت لاحق من حلول الحقن باستخدام الأوتوكلاف أو غيرها من الإجراءات يمكن الاعتماد عليها.
- تزن المقابل هيدروكلوريد مادة سكوبولامين لإعداد 5 مل من محلول المولي 0.1. تذوب في محلول ملحي معقم (0.9٪ كلوريد الصوديوم).
- في ظل ظروف معقمة طنا الدخان غطاء محرك السيارة، تصفية الحل باستخدام فلتر حقنة مع قطر المسام كبيرة بما فيه الكفاية، على سبيل المثال، 0.2 ميكرون.
- تحت غطاء الدخان، قسامة الحل في كميات كافية لتجربة واحدة، على سبيل المثال، لسكوبولامين، 500 ميكرولتر في العقيمة أنبوب microcentrifuge 1.5 مل. استخدام أنابيب المظلمة لحماية المادة من الضوء. بدلا من ذلك، والتفاف الأنابيب في رقائق الألومنيوم. لسكوبولامين، تخزين الحل لمدة تصل إلى 14 يوما في 4 درجات مئوية.
3. إعداد اليومي لنظام حقن / تسجيل
ملاحظة: عندما تقام في نظام التسجيل، يتم تخزين الأقطاب وmicropipette في محلول أنزيم (Tergazyme،٪ الحل 1 مع الماء منزوع الأيونات) بين التسجيلات. يجب أن يتم تنفيذ الخطوات التالية قبل كل تسجيل.
- جمع أنبوب من المادة المراد حقنها. السماح لها للوصول إلى RT إذا المبردة.
- إزالة نظام حقن / تسجيل من الحل الانزيم وشطف الأقطابوmicropipette مع الماء منزوع الأيونات لتنظيف تماما من حل الانزيم.
- إزالة الغطاء الأمامي للنظام تسجيل من أجل التحقق بصريا الختم بين micropipette وأنبوب.
- تطبيق زيت السيليكون المعقم في الفجوة دليل أنبوب (انظر الشكل 1A) ونصائح من الأقطاب الكهربائية وmicropipette من أجل تليين النظام للحركة على نحو سلس.
- تحقق نصائح من الأقطاب الكهربائية وmicropipette باستخدام المجهر للتأكد من أنها سليمة. محاذاة الأقطاب وmicropipette تحت المجهر بحيث تمتد خارج من أنابيب دليل بنفس الطول. طردهم في أنابيب دليل، ووقف في أقرب وقت لأنها لم تعد مرئية. ويعرف هذا كما وضع القطب الصفر. تعيين عمق الأقطاب وmicropipette إلى 0 في البرنامج.
- ملء محقنة معقمة بمحلول ملحي معقم وادخال الإبرة في أنبوب، مع الحرص على عدم اختراق جدار الأنبوب. دفع micropipette من الأنبوب دليل للVISUمراقبة آل من تدفق المخدرات.
- دافق لا يقل عن 2 ملحي معقم مل من خلال أنبوب وmicropipette لضمان عدم وجود الهواء لا تزال في حقنة أو في الأنبوب. لا تنطبق الكثير من الضغط على المكبس من الحقنة. ضمان تقاطع بين أنبوب وmicropipette غير مختومة. إذا تسرب واضح، وإعادة الغراء تقاطع (راجع الخطوة 1.5) وتأجيل تسجيل.
- ملء محقنة معقمة جديدة مع الحل ليتم حقنه وتبادلها مع برميل من الحقنة المالحة، أي، والحفاظ على إبرة حقنة مليئة المالحة في الأنبوب. تأكد من أن يتم نقل أية الهواء في النظام. وأفضل طريقة لتحقيق هذا عن طريق ملء المركز إبرة مع المياه المالحة بعد إزالة برميل مليئة المالحة.
- مسح نظام مع 250 ميكرولتر من الحل ليتم حقنه، من أجل إزالة الملوحة من الأنبوب.
- باستخدام برنامج التحكم في المحركات، سحب أسلاك وmicropipette في guidetubesto عمق -500 ميكرون على الأقل. انخفاض عصابة دليل أنبوب (الشكل 1A) إلى الجزء السفلي من الأنابيب دليل للحفاظ على الوضع النسبي الثابتة الخاصة بهم.
- تنظيف قاعدة النظام مع الإيثانول، وبخاصة عندما سوف أتطرق غرفة تسجيل القرد.
- إغلاق نظام التسجيل عن طريق استبدال الغطاء الأمامي وتشديد الخناق.
4. التحقق من نظام حقن
ملاحظة: على الرغم من أن شركة معايرة النظام، فمن المستحسن للتحقق من صحة كميات إخراجه مع المواد المستخدمة في انشاء التجريبية (الأنابيب والحقن وغيرها).
- إعداد النظام كما هو موضح في الخطوة 3، مع أقطاب وmicropipette الممتدة من الأنابيب دليل. ينصح عمق ميكرون ما لا يقل عن 7000 لتجنب فقدان حجم القياس بسبب التصاق على طول السطح الخارجي من micropipette والأقطاب الكهربائية.
- وضع نظام تسجيل في الموقف الذي سيتم استخدامه في أثناء التجربة ووضع syrinجنرال الكتريك في مضخة حقن مكروي. إصلاح الحقنة في مكان باستخدام الشريط المطاطي وقبضة قابل للتعديل (انظر الشكل 1A). حرك جزء متحرك من المضخة إلى أن يصبح ثابتا في مكانه وراء المكبس من الحقنة.
- استخدام وحدة المحركات التي تسيطر عليها البرنامج، إخراج كمية كبيرة بما يكفي لقياسها بدقة، على سبيل المثال.، 1000 NL. فمن الأفضل لاستخدام خطوة واحدة لإخراج الحجم الكلي لتفادي آثار عمل شعري على طول سطح micropipette. سرعات منخفضة جدا (1 NL / ثانية) يمكن أن يؤدي أيضا لهذا الغرض أثناء إجراء التحقق من الصحة.
- جمع الحجم الكلي في وعاء وضعت تحت micropipette، أو جمع بعناية انخفاض طرد مباشرة من غيض من micropipette. تقدير حجم طرد باستخدام ماصة أو عن طريق وزنها مع مقياس الدقة.
- كرر الإجراء عدة مرات لتأكيد القياسات.
5. الحادة تسجيلات
- تعيين موضع س صمن نظام تسجيل. هذا يحدد النقطة التي أنابيب دليل تصل إلى الأم الجافية داخل غرفة تسجيل مزروع مزمنة. تأكد من سحب الأنابيب دليل تماما (دليل أنبوب ض 0 موقف).
- جعل النظام تسجيل في الموقف ووضع حقنة في مضخة حقن مكروي. إصلاح الحقنة في مكان باستخدام الشريط المطاطي وقبضة قابل للتعديل (انظر الشكل 1A). حرك جزء متحرك من المضخة إلى أن يصبح ثابتا في مكانه وراء المكبس من الحقنة. إذا كان قطرة من مادة غير مرئية في غيض من أنابيب دليل، وإزالة بعناية باستخدام برعم القطن المعقم.
- إعداد الحيوان للتسجيل وفقا للإجراءات المختبر (انظر 18 للحصول على إرشادات سبيل المثال).
- جبل آمن نظام تسجيل على غرفة تسجيل القرد.
- ببطء يدويا خفض أنابيب الدليل إلى غرفة تسجيل حتى يتم الوصول إلى الجافية، ثم دفع الأقطاب الكهربائية باستخدام موتوربرنامج ntrol.
- كما أنه ليس من الممكن قياس مقاومة من micropipette، أولا مع محرك كهربائي وتحقق ممانعات بشكل منتظم على أعماق مختلفة. بعد تنفيذ عملية اختراق الجافية بنجاح دون الإضرار الأقطاب، دفع micropipette.
- دفع الأقطاب وmicropipette إلى عمق القطب الهدف الذي من المتوقع أن يتم العثور على منطقة الدماغ من الفائدة. ببطء دفع الكهربائي حتى أنها قريبة بما فيه الكفاية لتسجيل نشاط وحدة واحدة، كما يتضح من جيدة لنسبة الإشارة إلى الضوضاء في الإشارات المسجلة. الأهم من ذلك، وضع القطب تسجيل وmicropipette في نفس العمق لضمان الحد الأدنى من المسافة بين القطب وmicropipette.
- إذا كان ذلك ممكنا، والحفاظ على الأقطاب وmicropipette في هذا العمق لتسجيل كامل. ومع ذلك، إذا كان الطريق الوحيد للحفاظ على جودة الإشارة من خلية سجلت هي لتحريك الأقطاب، ثم دفع الأقطاب وmicropipetteفي وقت واحد للحفاظ على المسافة بينهما.
6. الاهتمام المكاني العمل
- في سلسلة من المحاكمات والحاضر اثنين تتحرك أنماط نقطة على الشاشة، وضع واحد في مجال تقبلا من الخلايا العصبية المسجلة وخارج الآخر منه، جنبا إلى جنب مع نقطة تثبيت قدمت مركزيا ان الحيوان لديه لمنقر طوال كل محاكمة 19، 20.
ملاحظة: يتم تدريب قرد للرد على تغيير الاتجاه في نمط نقطة ملقن (الحدث الهدف)، في حين تجاهل أي تغيير الاتجاه في نمط نقطة أخرى، ويكافأ مع قطرة من السائل لكل الانتهاء بنجاح من محاكمة 19، 20. كشرط السيطرة الحسية، القرد أن يقدم تقريرا تغيير الإنارة من نقطة التثبيت بينما تتجاهل كل من يتحرك أنماط نقطة (انظر الشكل 2 للحصول على وصف أكثر تفصيلا لهذه المهمة).
7. التلاعب الدوائية في حين تسجيل
ملاحظة: على الرغم من أن القرد هو أداء هذه المهمة، وحقن مادة بطريقة كتلة الحكيم. يتم تحديد ثلاث كتل متتالية: السيطرة، الذي يعمل بمثابة خط الأساس. حقن خلالها يتم إخراج مادة. والانتعاش، وخلالها خلايا استهدفت بعودة الحقن لخط الأساس.
- خلال كتلة الحقن، حقن كمية محددة سلفا من المادة على فترات منتظمة على سبيل المثال، 2 NL كل دقيقة بمعدل 2 نيكولا لانغ / ثانية. على سبيل المثال، استخدام سكوبولامين هيدروكلوريد. يتم التحكم في عملية الحقن باستخدام البرامج التي توفر خيارات مختلفة. على سبيل المثال، استخدم الدالة خطوة لتحديد حجم الحقن، ثم اضغط على زر حقن كل دقيقة وفقا لساعة من تسجيل البرامج.
ملاحظة: مدة الدقيق للكتلة الحقن هي جوهر وتجربة تعتمد، على سبيل المثال، للاستخدام سكوبولامين 2 الحقن نيكولا لانغ كل دقيقة لمدة 10 دقيقة (20 NL في المجموع). فمن الأفضل عدم دفع الأقطاب والدوري micropipetteنانوغرام كتلة الحقن. - لاحظ الوقت ومحاكمة خلالها يتم حقن مادة، وعمق الأقطاب وmicropipette، فضلا عن كمية من مادة طرد.
- اتبع كتلة حقن مع كتلة الانتعاش، حيث يتم حقن أي مادة. مدة كتلة الانتعاش مادة معينة وتحتاج إلى تعريف في اختبارات ما قبل. مراقبة والحفاظ على جودة التسجيل للوحدات واحدة مختارة حتى نهاية كتلة الانتعاش.
- كرر ثلاث كتل لطالما جودة التسجيل والدافع للقرد تسمح.
8. إجراءات المشاركة تسجيل
- بعد تسجيل البيانات، سحب أسلاك وأنابيب micropipette في دليل وثم التراجع عن أنابيب دليل يدويا. إزالة نظام تسجيل من غرفة تسجيل القرد. الافراج عن حقنة من مضخة حقن ونقل النظام إلى المنطقة تمهيدا للتنظيف.
- التعامل مع الحيوان(بما في ذلك تنظيف غرفة تسجيل 18) وفقا للإجراءات القياسية للمختبر وإعادته إلى منشأة سكنية.
- شطف خارج الأنابيب دليل مع بيروكسيد الهيدروجين (3٪)، ثم مع الماء منزوع الأيونات. الأقطاب الكهربائية محرك الأقراص وmicropipette من أنابيب دليل، شطف مع بيروكسيد الهيدروجين والماء ثم منزوع الأيونات.
- تبادل برميل من الحقنة مع برميل حقنة مليئة المالحة عقيمة، والحفاظ على إبرة في أنبوب. تدفق أنبوب وmicropipette مع 1-2 مل من المياه المالحة. بعد التنظيف، وإزالة برميل وملئه بالهواء. أعد برميل في إبرة وتجفيف أنبوب وmicropipette من الداخل عن طريق دفع بلطف الهواء من خلال.
- تخزين أنابيب دليل، أسلاك طويلة وmicropipette مغمورة في محلول أنزيم لتجنب جفاف وكذلك ضمان توزيع المواد العضوية.
النتائج
الشكل 2 يصور مهمة الاهتمام المكاني القرد أداؤها في الوقت الذي أجرى عملية الحقن. تم تدريب القرد لحضور إما إلى التحفيز تقع ضمن مجال تقبلا من الخلايا العصبية المسجلة (حضور في)، والتحفيز تقع خارج مجال تقبلا (حضور التدريجي) أو نقطة تثبيت (حضور الإصلاح). تسمح هذه الظروف مقارنة بين نشاط الخلايا العصبية في الدول الإنتباه مختلفة.
ويبين الشكل 3 الوقت الرسم البياني شبه التحفيز من الخلايا العصبية العينة في تجربة تستخدم سكوبولامين، وهو خصم الكوليني المسكارينية. يوضح مؤامرة قمع استجابة أثناء الحقن سكوبولامين مقابل عدم حقن، عند تقديم نمط تتحرك في الاتجاه المفضل الخلية داخل الحقل تقبلا العصبون وحضره الحيوان. وتمثل أول قمم اثنين من الخلايا العصبية9؛ ق ردا على داخل وإزاحة جديلة المكانية، والذي يظهر داخل مجالها تقبلا. وأعقب ذلك ردا على النمط المتحرك الذي يظهر على الشاشة 500 مللي ثانية بعد ظهور جديلة. المنطقة المظللة رمادي يصور فترة التحليل المستخدمة لحساب متوسط معدل اطلاق النار على كل محاكمة. المنطقة الخضراء يسلط الضوء على تأثير القمعية من حقن سكوبولامين على معدل إطلاق الخلية. معارض المنطقة الخضراء الداكنة قمع في فترة التحليل.
ويبين الشكل 4A تأثير سكوبولامين على متوسط معدل إطلاق الخلايا العصبية العينة في كل الظروف الإنتباه الثلاثة. انخفض معدل العصبون اطلاق النار لمدة الظروف الاهتمام المكانية (انتباه داخل أو خارج مجال تقبلا من الخلايا العصبية تسجيل) فضلا عن حالة حسية (الانتباه في مرحلة التثبيت) بعد الحقن الأول من كتلة حقن (مظللة الرمادي قريبا هيأ) وخلال كتلة الانتعاش زادت بعد تأخير لنفس المستوى الذي كان عليه قبل الحقن.
ويبين الشكل 4B عنصر تحكم تسجيل من عينة الخلايا العصبية الثانية التي تم حقن محلول ملحي (كلوريد الصوديوم 0.9٪)، وذلك باستخدام نفس البروتوكول بالنسبة للحقن سكوبولامين. خلال حقن منع لم يلاحظ أي تغير في معدل إطلاق الخلايا العصبية بالمقارنة مع كتلة التحكم.
الشكل 1. مجموعة المتابعة تستخدم للتلاعب الدوائية في حين تم تسجيل. (A) يصور مضخة حقن مكروي ونظام تسجيل الكهربية مجهزة الأقطاب وmicropipette. يظهر الفجوة guidetube، حيث يتم إدراج زيت السيليكون لتليين الأقطاب وmicropipette، الموسع. (ب) يعرض مثال micropipette (أعلاه)وتسجيل الكهربائي (أدناه). للمقارنة حجم، سنت يورو (القطر: 16 ملم). يتم وضع تحت الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
شخصية تصميم 2. العمل لتوجيه الاهتمام المكاني. تم تدريب القرود للكشف عن تغيير اتجاه الحركة في نمط نقطة ملقن. وضعت جديلة سواء داخل الحقل تقبلا العصبون (حضور في)، كما هو مبين في الشكل، أو خارجها (حضور التدريجي). كعنصر تحكم الحسية، تم تدريب القرد للكشف عن تغيير الإنارة من نقطة تثبيت (حضور الإصلاح). الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
< IMG بديل = "الشكل 3" SRC = "/ ملفات / ftp_upload / 53724 / 53724fig3.jpg" />
ويظهر الشكل 3. تأثير سكوبولامين خصم على اطلاق النار معدل الساعة الرسم البياني شبه حافزا للعصبون عينة للحضور في حالة (انتباه داخل الحقل تقبلا من الخلايا العصبية المسجلة) خلال كتلة الحقن وخلال كتلة التحكم. محور س يصور الوقت بالمللي ثانية بعد ظهور جديلة والمحور الصادي يظهر معدل اطلاق النار في السنابل / ثانية. المنطقة الرمادية يصور فترة التحليل (300-800 مللي بعد ظهور التحفيز) المستخدمة لحساب معدل اطلاق بلغ متوسط محاكمة. تظهر المنطقة المظللة الخضراء قمع في اطلاق معدل عبر شرطين. اللون الأخضر الداكن يسلط الضوء على قمع في فترة التحليل. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
ديزيل / ftp_upload / 53724 / 53724fig4.jpg "/>
الرقم 4. تأثير سكوبولامين والمالحة على اطلاق المعدل. (A) خصم حقن سكوبولامين. يظهر معدل اطلاق بلغ متوسط محاكمة خلية عينة من الشكل (3) على مدى التجربة لتحفيز المفضل لجميع الظروف الإنتباه الثلاثة. محور س يصور وقت بدء المحاكمة في دقائق ويظهر المحور ص معدل اطلاق الوحدة في المسامير في ثواني. حرف ( 
حضور في، 
حضور-إصلاح، 
حضور التدريجي) تمثل نسبة إطلاق الخلايا العصبية في غضون فترة التحليل في كل محاكمة أجريت بنجاح، وخطوط أفقية (الخط المتصل: حضور في خط منقط: حضور الإصلاح، خط متقطع: من حضوره الخروج) تظهر متوسط معدل إطلاق النار ل ثلاثة BL تجريبية مختلفةocks (السيطرة، وحقن، والانتعاش). معارض المنطقة المظللة الرمادية كتلة الحقن، بدءا من الحقنة الأولى والمنتهي في 1 دقيقة بعد آخر حقنة. خلال الحقن كتلة 2 NL 0.1 سكوبولامين المولي تم حقن كل دقيقة مع سرعة الحقن من 2 نيكولا لانغ / ثانية. (ب) حقن المالحة. يظهر معدل اطلاق النار من خلية العينة على مسار التجربة السيطرة على التحفيز المفضل لجميع الظروف الإنتباه الثلاثة. رمادي المنطقة المظللة يتصور كتلة من الحقن بالمحلول الملحي. الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
المناقشة
هنا لدينا هو موضح بالتفصيل كيفية تنفيذ الحقن موثوقة ودقيقة والتسجيلات وحيدة الخلية ذات جودة عالية مع "قبالة الجاهزة للاستخدام" نظام حقن الضغط. في حين أن هذا الأسلوب من تسليم المخدرات قد سبق استخدامها في التصرف القرود (إعادة النظر في 17)، ونظام المقدمة هنا مزاياه، استعرض أدناه.
كما هو موضح في الشكل رقم 4A، النظام المذكور هنا يمكن أن توفر قياس ثابت للنشاط الخلايا العصبية واحد مع وبدون الحقن الدوائية في المنطقة المجاورة مباشرة للموقع تسجيل. كما هو مبين في الشكل 4B، وحقن تحكم جوهر، المالحة، لا يؤدي إلى تغيير في اطلاق المعدل. توضح هذه السيطرة إلى أن عملية الحقن نفسها لديها أي تأثير ملموس على خصائص إطلاق الخلايا العصبية المسجلة.
التكوين المكاني من الخلايا العصبية، وتسجيل الكهربائي، وmicropipette هو من الأهمية أهمية في هذه التجارب. على الرغم من أن القياس الدقيق من مراكزها النسبية في الأنسجة أثناء تسجيل غير ممكن، يمكن أن نعتبر والسيطرة على المصادر المحتملة للالتباين. أولا، خلال حقن حجم هناك خطر يتمثل في أن الخلايا العصبية من الفائدة قد نزحوا بعيدا عن القطب تسجيل، مما يؤثر على استقرار الإشارات المسجلة. ولهذا السبب فإنه من الحكمة أن المقارنة بين معدل إطلاق النار قبل وبعد كتلة حقن للتحقق الاستقرار إشارة. ثانيا، تكوين دليل أنبوب من نظام تسجيل يحدد المسافة بين الأقطاب وmicropipette (على سبيل المثال، 305 ميكرون في نظام 3-قناة مركزية المستخدمة في هذه التجربة). كما يوفر نظام السيطرة على الموقف دقيقة لعمق الأقطاب وmicropipette في الأنسجة، والمسافة بينهما يمكن التقليل من معايرة بعناية عمق نسبي قبل التسجيل (الخطوة 3.5)، وابقائها على عمق مشترك خلال التسجيلات.
والأنف والحنجرة "> القيود المحتملةبالإضافة إلى مراقبة الجودة في المنزل من قبل الشركة المصنعة، يحتاج النظام ليتم التحقق من صحتها في ظل ظروف المختبر، ومختلف العلامات التجارية للأنابيب والحقن وما يمكن أن تستخدم ويمكن أن يؤدي إلى اختلافات في حجم طرد. على الرغم من أن النظام يمكن أن تستخدم لحقن كميات صغيرة جدا كما هو الحال في التجربة هو موضح هنا، وهذه هي أقل من الحد الأدنى وحدة التخزين التي يمكن التحقق من صحة بسبب القيود قياس العملية في بيئة معملية عادية. ومع ذلك، حقن كميات أكبر يمكن أن تستخدم للاستدلال على العلاقة بين حجم المعرفة من قبل البرنامج وحجم طرد من قبل الأجهزة. إذا تم استخدام أنابيب شفافة، وهو فحص بصري إضافي لعملية حقن ممكن عن طريق قياس تشريد علامة بصرية.
إدراج micropipette في النظام هو أكثر تطلبا من الإدراج الكهربائي، وقطر من micropipette أكبر قليلا والمواد أكثر هشاشة. بالإضافة الى،الانضمام إلى أنبوب إلى دبوس من micropipette يمثل تحديا لأنها تنطوي على مخاطر عالية من كسر الجزء العلوي من micropipette. ومع ذلك، فإن مدى الحياة من micropipette تحميلها بنجاح هو عدة أشهر، حتى مع الاستخدام اليومي.
في الواقع، نحن لم تواجه بعد انسداد في نظام حقن أثناء التنظيف بعد تسجيل للنظام. ومع ذلك، لا "على الانترنت" الاختيار هو ممكن، وهناك خطر من أن انسداد المادي (مثل الأنسجة في الطرف micropipette) قد يمنع حقن مادة. لذا قد يكون من المستحسن لتحليل البيانات متحفظ، مثل بما في ذلك إلا تلك الخلايا في مزيد من التحليل أن تظهر تغيرات كبيرة في اطلاق معدلات بين السيطرة وحقن كتل من التجربة.
وعلى الرغم من قطرها صغير، والميكروية والماصات محل أنسجة المخ ويمكن أن تسبب بعض تلف الأنسجة المحلية. وهذا يمكن أن يكون الحد الأدنى عن طريق وضع غيض من عشر يدوياأنابيب دليل البريد فقط فوق الأم الجافية. الأقطاب ثم اختراق الجافية ويستدل intactness من خلال قياس ممانعات على الانترنت. بعد ذلك، يتم إدراج micropipette. عند استخدام هذا الأسلوب، فمن المستحسن إزالة العادية للأنسجة فوق الجافية إلى زيادة خفض خطر الكهربائي أو ماصة الكسر.
بالمقارنة مع الطرق البديلة
النظام المستخدم هنا يظهر مزايا واضحة مقارنة مع أنظمة حقن الضغط الأخرى. ميزة واحدة قوية هي قطر من micropipette (حوالي 100 ميكرون)، وهو نصف حجم تحقيقات الأخرى المتاحة 17 وبالتالي يقلل من تلف الأنسجة العصبية. وعلى النقيض من التصاميم السابقة، ويعمل النظام الحالي يفصل مكانيا القطب تسجيل وmicropipette. على الرغم من أن أنظمة أخرى توفر مسافة صغيرة بين القطب وماصة، النظام المذكور هنا يسمح التغييرات عمق مستقلة من الأقطاب الكهربائية وماصة، وبالتالي permitting المسافات النسبية المتغيرة ضمن جلسة تسجيل. الأهم من ذلك، أي حل وسط بشأن جودة التسجيل يجب ان يتم، ونظام حقن هو امتداد لجهاز تسجيل المعمول بها. في حين يستخدم فقط micropipette واحد، وبالتالي واحدة مادة في هذا البروتوكول، فمن الممكن لحقن عدة مواد في إجراء التجارب واحد. ولتحقيق ذلك، عدة بال micropipettes يمكن الخيوط في أنابيب دليل منفصلة ومتصلة إلى الحقن التي شنت في مضخات حقن الفردية. وأخيرا، والسيطرة على نظام غير سهلة، كما هو مطلوب برنامج كمبيوتر واحد فقط لدفع الأقطاب وmicropipette، ولأداء حقن الضغط أثناء التجربة.
مقارنة حقن الضغط على الرحلان الشاردي، وهناك مزايا والعيوب النسبية. على سبيل المثال، حقن ضغط يتطلب كميات أكبر لإدخالها في الأنسجة من الرحلان الشاردي، مما يزيد من خطر النزوح الخلايا العصبية. بروتو الحالييستخدم عمود مجلدات في مجموعة NL، ونحن نادرا ما شهدت تغييرات ملحوظة في جودة الإشارة خلية سجلت في. ويتيح هذا النظام أيضا كميات أكبر ليتم حقنه، وهي مفيدة محتملة للتلاعب السلوكية ولكن يمكن أن تؤثر على استقرار تسجيل العصبية. وهناك ميزة واضحة لحقن الضغط على الرحلان الشاردي هي طائفة واسعة من المواد القابلة للاستخدام حيث لا يوجد متطلبات لاستخدام المواد المشحونة. ومع ذلك، يجب أن يتم التحقق قيم الرقم الهيدروجيني ومقارنة بين المواد التجريبية والضابطة (على سبيل المثال، مالحة).
وقد يثور سؤال لماذا لاستخدام أسلوب الراسخة الحقن الضغط بدلا من التقنيات الحديثة مثل علم البصريات الوراثي لمعالجة النشاط العصبي. على الرغم من أن راسخة في القوارض، وغير ثابتة علم البصريات الوراثي بشكل صحيح في القرود. على وجه الخصوص، فإنه لا يسمح بعد التلاعب المحلي للخلايا انتقائية لنوع ناقل عصبي معين. وعلى المدى الطويل، ونحن نرىإمكانات كبيرة لمجموعة من المزايا من التلاعب الدوائية مع مزايا التلاعب optogentic في توضيح الأساس العصبي للوظائف الإدراكية.
هنا أظهرنا كيف حقن ضغط يمكن استخدامها لمعالجة دوائيا منطقة محظورة محليا في الدماغ من مستيقظا، ويتصرف القرود. نأمل أن هذا الأسلوب يلهم علماء آخرين للتحقيق مساهمات neuromodulatory لديناميات نشاط الخلايا العصبية.
الإفصاحات
الكتاب ليس لديهم ما يكشف.
شكر وتقدير
وأيد هذا العمل من المنح المقدمة من جمعية الألمانية للبحوث من خلال مركز التعاونية بحوث 889 "الآليات الخلوية من المعالجة الحسية" لST (مشروع C04). نشكر سينا بلومر، ليونور بورخارت، ديرك Prüsse، كلاوس Heisig ورالف Brockhausen للدعم التقني والمتعلقة بالحيوان والمتعاونين لدينا في وحدة الخلايا الجذعية في مركز الرئيسيات الألماني، الدكتور كاتارينا Debowski وآنا Magerhans، لتقديم المساعدة التقنية في عملية الترشيح.
المواد
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| (-) -سكوبولامين هيدروكلوريد | سيجما ألدريتش | 55-16-3 | السيد 339.81 جم / مول |
| كلوريد الصوديوم 0.9٪ ؛ | B. Braun Melsungen AG | 3079870 | 5ml |
| Terg-a-zyme | Sigma-Aldrich | Z273287 | إنزيم الترضد |
| بيروكسيد الهيدروجين | روث | يستخدم في محلول 3٪ مع الماء منزوع الأيونات | |
| الإيثانول | Chemie-Vertieb Hannover | 104642 | 70٪ |
| ماء | |||
| Injekt 40 Duo | B. Braun Melsungen AG | 9166432V | حقنة وإبرة ؛ |
| أنابيب الطرد المركزي الدقيقة Eppendorf Safe-Lock ، العنبر | Eppendorf | 0030 120.191 | 1،5ml ؛ |
| Quarzglass micropipette | Thomas تسجيل | ||
| تسجيل القطب | توماس تسجيل | الكوارتز / البلاتين التنغستن الكهربائي ؛ قيمة المقاومة 1-2 M & Omega ؛ و 0.3-0.5 M & Omega ؛ | |
| PharmedBPT-Schlauch | Saint-Gobain Performance Plastics | 3702003 | الحجم: 0,25 × 2,05 مم (الوزن: 0,9 مم) |
| Loctite 401 | Henkel | 233641 | |
| Superglue زيت السيليكون | توماس تسجيل | M-1000 | |
| Minisart RC15 | Sartorius | 17761----------R | حقنة |
| متعدد القنوات نظام الحقن الجزئي | توماس التسجيل | مناور القطب الكهربائي الصغير متعدد القنوات " نظام إيكهورن" مجهزة بأقطاب كهربائية دقيقة وماصات دقيقة ومضخة حقن دقيقة متعددة القنوات | |
| مخصص | McLab | للتحكم في عرض التحفيز |
المراجع
- Noudoost, B., Moore, T. The role of neuromodulators in selective attention. Trends Cogn Sci. 15 (12), 585-591 (2011).
- Jochems, A., Reboreda, A., Hasselmo, M., Yoshida, M. Cholinergic receptor activation supports persistent firing in layer III neurons in the medial entorhinal cortex. Behav Brain Res. 254, 108-115 (2013).
- Thiele, A., Herrero, J. L., Distler, C., Hoffmann, K. P. Contribution of cholinergic and GABAergic mechanisms to direction tuning, discriminability, response reliability, and neuronal rate correlations in macaque middle temporal area. J Neurosci. 32 (47), 16602-16615 (2012).
- Thienel, R., et al. Muscarinic antagonist effects on executive control of attention. Int J Neuropsychopharmacol. 12 (10), 1307-1317 (2009).
- Anthony, B. L., Dennison, R. L., Aronstam, R. S. Disruption of muscarinic receptor-G protein coupling is a general property of liquid volatile anesthetics. Neurosci Lett. 99 (1-2), 191-196 (1989).
- Yamakura, T., Bertaccini, E., Trudell, J. R., Harris, R. A. Anesthetics and ion channels: molecular models and sites of action. Annu Rev Pharmacol Toxicol. 41, 23-51 (2001).
- Herr, N. R., Wightman, R. M. Improved techniques for examining rapid dopamine signaling with iontophoresis. Front Biosci. 5, 249-257 (2013).
- Bevan, P., Bradshaw, C. M., Pun, R. Y., Slater, N. T., Szabadi, E. The relative contribution of iontophoresis and electro-osmosis to the electrophoretic release of noradrenaline from multi barrelled micropipettes [proceedings]. Br J Pharmacol. 67 (3), 478-479 (1979).
- Herr, N. R., Kile, B. M., Carelli, R. M., Wightman, R. M. Electroosmotic flow and its contribution to iontophoretic delivery. Anal Chem. 80, 8635-8641 (2008).
- Thiele, A., Delicato, L. S., Roberts, M. J., Gieselmann, M. A. A novel electrode-pipette design for simultaneous recording of extracellular spikes and iontophoretic drug application in awake behaving monkeys. J Neurosci Meth. 158 (2-4), 207-211 (2006).
- Lalley, P. M. Microiontophoresis and Pressure Ejection: Modern Techniques in Neuroscience. Johansson, H., Windhorst, U. , 193-209 (1999).
- Malpeli, J. G., Schiller, P. H. A method of reversible inactivation of small regions of brain tissue. J Neurosci Meth. 1 (2), 145-159 (1979).
- Malpeli, J. G. Reversible inactivation of subcortical sites by drug injection. J Neurosci Meth. 86 (2), 119-128 (1999).
- Dias, E. C., Segraves, M. A. A pressure system for the microinjection of substances into the brain of awake monkeys. J Neurosci Meth. 72 (1), 43-47 (1997).
- Szente, M. B., Baranyi, A., Woody, C. D. Effects of protein kinase C inhibitor H-7on membrane properties and synaptic responses of neocortical neurons of awake cats. Brain Res. 506 (2), 281-286 (1990).
- Woody, C. D., Bartfai, T., Gruen, E., Nairn, A. lntracellular injection of cGMP-dependent protein kinase results in increased input resistance in neurons of the mammalian motor cortex. Brain Res. 386 (1-2), 379-385 (1986).
- Noudoost, B., Moore, T. A reliable microinjectrode system for use in behaving monkeys. J Neurosci Meth. 194 (2), 218-223 (2011).
- Association of Primate Veterinarians. Cranial Implant Care Guidelines for Nonhuman Primates in Biomedical Research. , Available from: http://www.primatevets.org/Content/files/Public/education/Cranial%20Implant%20Care%20Guidelines.pdf (2015).
- Treue, S., Martinez-Trujillo, J. C. Feature-based attention influences motion processing gain in macaque visual cortex. Nature. 399, 575-579 (1999).
- Martinez-Trujillo, J. C., Treue, S. Feature-based attention increases the selectivity of population responses in primate visual cortex. Curr Biol. 14 (9), 744-751 (2004).
إعادة الطباعة والأذونات
