Method Article

التسجيلات المتزامنة الإمكانات الميدانية المحلية القشرية، ورسم القلب، اليكتروميوجرام وإيقاع من الفئران تتحرك بحرية في التنفس

DOI:

10.3791/56980

April 2nd, 2018

In This Article

Summary

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يقدم هذه الدراسة أسلوب التسجيل المتزامن للإمكانات الميدانية المحلية في الدماغ، كهربية، اليكتروميوجرامس، وإشارات للفئران تتحرك بحرية في التنفس. هذا الأسلوب، مما يقلل من تكاليف التجريبية ويبسط تحليل البيانات، سوف تسهم في فهم التفاعلات بين الدماغ والأجهزة الطرفية.

Abstract

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

رصد ديناميات الفسيولوجية للدماغ والأنسجة المحيطية ضروري للتصدي لعدد من الأسئلة حول كيف يتحكم الدماغ الجسم وظائفها وايقاعات الجهاز الداخلية عند الحيوانات تتعرض للتحديات العاطفية والتغييرات في هذه البيئة المعيشية. عموما تسجل التجارب، إشارات من أجهزة مختلفة، مثل الدماغ والقلب، وعن طريق نظم التسجيل المستقلة التي تتطلب العديد من أجهزة التسجيل وإجراءات مختلفة لمعالجة ملفات البيانات. تصف هذه الدراسة أسلوب جديد في نفس الوقت ويمكن رصد بيوسيجنالس الكهربائية، بما في ذلك عشرات إمكانات الميدانية المحلية في عدة مناطق الدماغ، كهربية تمثل إيقاع القلب، اليكتروميوجرامس التي تمثل مستيقظا/ تقلص العضلات المتصلة بالنوم، والإشارات، في الفئران تتحرك بحرية في التنفس. تكوين تسجيل هذا الأسلوب يستند إلى مجموعة محرك الأقراص الصغيرة تقليدية للتسجيلات الميدانية المحلية القشرية المحتملة التي تستوعب عشرات الأقطاب، وتتكامل الإشارات التي تم الحصول عليها من هذه الأقطاب في واحد المجلس الكهربائية المركبة على رأس الحيوان. هنا، تم تحسين هذا النظام تسجيل ذلك كما يتم نقل الإشارات من الأجهزة الطرفية إلى هيئة واجهة كهربائية. أولاً كل على حدة في عملية جراحية واحدة، هي زرع أقطاب في أجزاء الجسم المناسبة والمناطق المستهدفة الدماغ. ثم هي ملحوم نهايات مفتوحة لكل من هذه الأقطاب على قنوات منفردة للمجلس الكهربائية فوق رأسه الحيوان حيث أن كل الإشارات التي يمكن أن تدمج في المجلس كهربائية واحدة. ربط هذا المجلس إلى جهاز تسجيل يسمح لجمع جميع الإشارات إلى جهاز واحد، مما يقلل من تكاليف التجريبية ويبسط تجهيز البيانات، لأنه يمكن معالجة كافة البيانات في نفس ملف البيانات. هذا الأسلوب سيساعد فهم يرتبط العصبية من الاقترانات بين الأجهزة المركزية والطرفية.

Introduction

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يتحكم الجهاز العصبي المركزي هيئة الدول استجابة للتغيرات البيئية المختلفة، وعادة ما يمثل عنصر التحكم هذا كالتغيرات في معدل ضربات القلب ومعدل التنفس وتقلصات العضلات. ومع ذلك، اختبرت دراسات قليلة كيف ترتبط هذه العوامل الفسيولوجية الطرفية مع نشاط القشرية. ولمعالجة هذه المسألة، طريقة تسجيل على نطاق واسع لرصد بيوسيجنالس الكهربائية من أنسجة كل من المركزية والطرفية ضروري. في قشرة الدماغ، تسجل الميدانية المحلية المحتملة (طابعات الحجم الكبير) إشارات اكستراسيلولارلي طريق الأقطاب الكهربائية التي يتم إدراجها في الأنسجة القشرية1،،من23. في وقت واحد تسجيل إشارات متعددة من طابعات الحجم الكبير من المناطق القشرية من الثدييات الصغيرة مثل الفئران والجرذان، وضعت عددا من الدراسات أنواع مختلفة من الجمعيات القطب مصنوعة خصيصا التي توصف بمحركات الأقراص الصغيرة. محرك أقراص صغيرة تقليدية تتكون من مسامير معدنية تعلق على أجزاء الأوسط من أقطاب كهربائية (وعادة تيتروديس) وهيئة أساسية التي تتسع بمسامير واقطاب مجلس واجهة كهربائية (بنك الاستثمار الأوروبي) أن يستوعب ثقوب معدنية قم بتوصيل نهايات مفتوحة لأقطاب كهربائية (الشكل 1و الشكل 2و الشكل 3). هذه الجمعية القطب يتيح للمشغل للتحكم في عمق العديد من أقطاب إدراجها في الدماغ على مدى أيام إلى أسابيع، وتتيح إجراء تسجيلات مزمنة طويلة الأمد لنشاط الخلايا العصبية كما هو تحدي الحيوان مع مختلف المهام السلوكية. في الأجهزة الطرفية، تسجل إشارات نبضات القلب كهربية (اكجس) بزوج من الأقطاب الكهربائية التي يتم زرعها في أو حول قلب المنطقة4،،من56، ويتم تسجيل إشارات الهيكل العظمى والعضلات كما اليكتروميوجرامس (امجس) مع الأقطاب الكهربائية التي يتم إدراجها في أنسجة العضلات7،،من89. ودرست العلاقة بين الإشارات الكهربائية للمصباح شمي وإيقاع التنفس (BR) مع وحدة واحدة تسجيلات10،11. في أنظمة التسجيل التقليدية، هذه الإشارات من أنسجة مختلفة ألقت أجهزة التسجيل المستقلة، مما يعني أن نظام تجريبي إضافي مطلوب لمزامنة هذه الأجهزة المتعددة للضبط المتزامن تسجيلات لإشارات الدماغ والجسم. تم تطوير هذا النظام للتغلب على هذه المشكلة. في هذا النظام، تتكامل جميع الإشارات الكهربائية المسجلة من الأجهزة الطرفية، بما في ذلك ECGs، امجس، وإشارات كهربائية من لمبة شمي تعكس إيقاع التنفس، صفيف الأقراص الصغيرة مفرد1،2 ،3، صفيف الأقراص الصغيرة تكاملية التي يطلق عليها هنا. هذا النظام يتطلب جهاز تسجيل متعدد القنوات واحد فقط، وينطبق على أي مجموعة محرك الأقراص الصغيرة التقليدية. مزايا هذه التقنية هي أنها لا تتطلب أي أجهزة خاصة أو إشارات الزناد بحيث تتطابق مع تسجيل الوقت من أجهزة متعددة، وأنها تسمح لتجهيز البيانات أكثر ملاءمة، حيث يتم تسجيل كل الإشارات كأنواع بيانات مماثلة. هذا الأسلوب سيساعد فهم يرتبط العصبية من الاقترانات بين الأجهزة المركزية والطرفية. هذا الكتاب يصف الإجراءات المرتبطة بهذه التقنية ويعرض الممثل مجموعات البيانات التي تم الحصول عليها من الفئران.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

كافة الإجراءات التي تنطوي على الموضوعات الحيوان أجريت وفقا للمبادئ التوجيهية لرعاية واستخدام الحيوانات في المعاهد الوطنية للصحة.

1-إعداد صفيف الأقراص الصغيرة التكاملية

  1. إنشاء صفيف الأقراص الصغيرة لتسجيلات طابعات الحجم الكبير القشرية كما هو موضح في مكان آخر1،،من23. فتح ثقوب معدنية الإجازة على الأقل 6 على لوحة واجهة قطب (المصرف) للاستخدام كقنوات BR/ECG/فريق الإدارة البيئية المتصلة بأسلاك بيوفليكس كما هو موضح في 1-2.
  2. قطع سلك بيوفليكس إلى 6 قطع بأطوال من 5.0 سم. قشر قبالة تترافلوروايثيلين (PTFE) طلاء من طرفي كل قطعة سلك مع أطوال ~5.0 مم. تواصل واحدة من نهاية كل من قطع الأسلاك لواحدة من الثقوب المعدنية المفتوحة (ECG/فريق الإدارة البيئية/فرع قنوات) على المصرف الأوروبي للاستثمار بدبوس الذهب.
  3. قطع سلك مينا إلى قطعتين 5.0 سم. جندي واحد نهاية كل من هذه الأسلاك قنوات أرضية والمراجع (g/r) على بنك الاستثمار الأوروبي (الشكل 3، انظر أيضا السابقة أوراق12،13).
  4. لإعداد تخطيط القلب أقطاب، قطع سلك بيوفليكس إلى قطعتين 16 سم. تقشر الطلاء PTFE نهايات هذه قطع الأسلاك في أطوال مم ~5.0 في نهاية واحدة (نهاية قصيرة) و ~ 15 ملم على الطرف الآخر (نهاية فترة طويلة).
  5. تشكيل عصابة أسلاك التي يبلغ قطرها 2.0 مم بالانحناء نهاية فترة طويلة من الأسلاك، وتحديد شكل الخاتم بلحام.
  6. لإعداد أقطاب فريق الإدارة البيئية، قطع سلك بيوفليكس أربا 2 مع أطوال من 8 سم. قشر قبالة الطلاء PTFE من كلا طرفي هذه القطع الأسلاك بأطوال مم ~5.0.
  7. لإعداد أقطاب BR، قطع سلك بيوفليكس أربا 2 مع أطوال من 6.0 سم. قشر قبالة طلاء المينا من كلا طرفي هذه القطع الأسلاك مع أطوال ~5.0 مم. لحام واحدة من نهاية كل من هذه القطع الأسلاك في الرأس من الفولاذ المقاوم للصدأ المسمار (ديا الجذعية المقياس: 1.0 مم، طول الساق: 4.0 مم).
  8. تحضيرا لأقطاب الأرض والمراجع (gr)، لحام قطع سلك مينا إلى قطع 2 مع أطوال من 6.0 سم. قشر قبالة طلاء المينا من كلا طرفي هذه القطع الأسلاك مع أطوال ~5.0 مم. نهاية واحد من كل من هذه القطع الأسلاك في الرأس من ش-غير القابل للصدأ ثعبان البحر المسمار (وقف القطر: 1.4 مم، طول الساق: 3.0 ملم).
  9. غاز تعقيم جميع الأقطاب الكهربائية ومسامير غير القابل للصدأ وإبقاء هذه في مساحة نظيفة.

2-غرس أقطاب ECG/فريق الإدارة البيئية

ملاحظة: جميع الخطوات الجراحية مع تقنية معقمة باستخدام قفازات معقمة والصكوك يعقم. لجميع الخطوات التي تنطوي على إيجاد شق، تعقيم الجلد مع الإيثانول 70% قبل، وتشمل الشق مع الستائر الجراحية.

  1. إصلاح أنيسثيتيزيد الفئران (1.0-3.0% isoflurane الغاز) على ظهرها للوحة مسطحة حرارة. إعطاء البوبرينورفين كمسكن. ضع مرهم البيطرية في العيون للفئران لمنع جفاف. استخدام تدين لتنظيف سطح الجلد.
  2. جعل شق سم ~2.0 في منطقة الصدر الآنسي. تعرض عضلات ربية بفصل عضلات الصدر. خياطة حلقات أقطاب ECG للعضلات ربية.
  3. إصلاح معدّة الحيوان على لوحة الحرارة. جعل شق سم ~1.0 في منطقة الرقبة الظهرية.
  4. إدراج أقطاب ECG تحت الجلد من خلال شق الصدر. الشريحة تنتهي إلى منطقة الرقبة الظهرية، وسحب منهم من شق الرقبة. خياطة شق الصدر.
  5. إدراج نهاية واحد من كل من أقطاب فريق الإدارة البيئية بطول سم ~2.0 من خلال شق الرقبة تحت الجلد. إصلاح أقطاب فريق الإدارة البيئية إلى عضلة الرقبة بخياطة.

3-غرس صفيف الأقراص الصغيرة التكاملية واقطاب BR

  1. إصلاح الفئران على جهاز ستيريوتاكسيك. جعل شق سم ~3.0 على رأسه على طول خط الوسط من نقطة بين العينين إلى منطقة الرقبة. كشف الجمجمة.
  2. جعل اثنين كرانيوتوميس دائرية بأقطار 0.7-1.0 مم أعلاه لمبة شمي 11.0 الأمامي و 1 ملم الثنائية إلى بريجما مع تدريبات عالية السرعة. زرع قطبين BR في الجمجمة حتى يتم إرفاق نصائح ينبع المسمار على سطح الدماغ.
  3. جعل اثنين كرانيوتوميس دائرية بأقطار 0.7-1.0 مم فوق القشرة الأمامية الأمامي 2.7 مم و 2.7 مم الثنائية إلى بريجما. زرع قطبين ز/r في الجمجمة حتى غيض الجذعية المسمار المرفق إلى سطح الدماغ.
  4. جعل الثقوب الستة إلى الثمانية مع أقطار من 1.0 مم في المنطقة المحيطة اوديما كبيرة. زرع مسامير ربط (وقف القطر: 1.4 مم، طول الساق: 3.0 ملم) في الجمجمة.
  5. جعل اوديما دائرية كبيرة يبلغ قطرها مم ~2.0 أعلاه الحصين الخلفي 3.8 ملم و 2.5 ملم الثنائية إلى بريجما. ضع صفيف الأقراص الصغيرة التكاملية بنصيحة قنية صفيف محرك يقع فوق اوديما كبيرة
  6. ملء الفراغ الفجوة بين طرف قنية وسطح الدماغ مع ~ 100 ميليلتر من الحلين، أي.، 0.5% (نسبة وزنية) الجينات الصوديوم وكلوريد الكالسيوم 10% (نسبة وزنية).
    ملاحظة: هذه العملية تشكل جل شفاف في ~ 5 دقيقة، بعد الحلين مختلطة في الجمجمة.
  7. تغطية قنية، أقطاب BR، أقطاب ز/r، ومسامير الربط مع الأسمنت الأسنان مع سمك من 0.5 سم. أن تكون حذراً لا لتغطية نهايات مفتوحة من أقطاب ر وز/r مع الأسمنت في هذه الخطوة.
  8. لحام نهايات مفتوحة من أقطاب ECG، فريق الإدارة البيئية، وفرع وز/r إلى نصائح الأسلاك الفردية التي تم الاتصال بها من قبل لبنك الاستثمار الأوروبي (راجع الخطوات 1.2 و 1.3).
  9. تغطية الجزء السفلي من صفيف الأقراص الصغيرة التكاملية، وكل الأسلاك الكهربائي، مع الأسمنت الأسنان. ضمان أن جميع الأسلاك الكهربائي مغطاة بالكامل حيث أن الفئران لا الصفر لهم بعد غرس.
  10. بعد استعادة الوعي الكافي للحفاظ على ريكومبينسي القصية، يعود الحيوان لما كاج منزل زجاجي شفاف، والاحتفاظ بها بمفردها مع حرية الوصول إلى المياه والغذاء. بعد الجراحة، معاملة الحيوان بالمضادات الحيوية (الجنتاميسين).
  11. بعد الجراحة، مراقبة الحيوانات مع المراقبة اليومية. تحقق من أن يسير بشكل صحيح، وأنهم لا صرير عندما يمس المجرب صفيف الأقراص الصغيرة.

4-التسجيلات في فيفو

ملاحظة: جميع إشارات تتضخم، أخذ عينات في 2 كيلو هرتز، والفرقة-تمرير المصفاة (0.1-500 هرتز) باستثناء أنشطة الوحدة (عينات في 30 كيلوهرتز والفرقة-تمرير المصفاة (500-6 كيلو هرتز)).

  1. قم بتوصيل بنك الاستثمار الأوروبي صفيف الأقراص الصغيرة التكاملية هيادستاجي من جهاز تسجيل.
  2. المضي قدما في تيتروديس عن طريق تحويل المسامير لبضعة أسابيع بعد الجراحة. مرة واحدة تيتروديس المتاخمة للمناطق المستهدفة الدماغ، تسوية تيتروديس في المناطق على مدى فترة عدة أيام لتسجيلات مستقرة.
  3. رصد إشارات كهربائية بينما الحيوان يتحرك بحرية في دائرة تسجيل.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

في نفس الوقت وهذا الأسلوب يمكن التقاط إشارات bioelectrical من الأجهزة المتعددة التي تمثل نشاط الخلايا العصبية الدماغ، ومعدل ضربات القلب، التنفس الإيقاع، وانكماش العضلات الهيكلية (الشكل 1). الشكل 4 يوفر بيانات تسجيل الممثل من الفئران بحرية التحرك التي كانت تستخدم علفاً بحرية في مربع مستطيل (سم × 40 252). يتضمن dataset مثال نموذجي التحولات السلوكية بين الانتقال ويستريح الدول. تم حساب طيف طاقة من تتبع طاب...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

لفهم كيف ينظم الدماغ مستويات النشاط المحيطية، والعكس بالعكس، واسعة النطاق تسجيل طرق لالتقاط بيوسيجنالس الكهربائية من مناطق الجسم متعددة في نفس الوقت ضرورية. هذه الدراسة وإجراء العمليات جراحية، ونظام تسجيل لرصد الإمكانات الميدانية المحلية الدماغية، ومعدل ضربات القلب، وحجم البناء العضلات ومعدلات الالتهاب الرئوي، الذي قد تحسنت على نظام تسجيل الذي يتم استخدامه لوصف التسجيلات خارج الخلية في أنسجة المخ. تجميع هذا النظام الإشارات الكهربائية من المخ والأجهزة الطرفية في بنك واحد في صفيف الأقراص الصغيرة تكاملية. وينبغي بدء إعداد ص...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

Acknowledgements

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم دعم هذا العمل من كاكين-مرحبا (17 ح 05939؛ 17 ح 05551)، ومؤسسة ناكاتومي، ومؤسسة النصب التذكاري سوزوكين.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
FEP ربط الأسلاك تقطعت بهم السبل الفولاذ المقاوم للصدأ   ؛شركة Cooner Wire Company ، Chatsworth ، CAAS 633سلك Bioflex
EIB-36-PTBNeuralynx، Inc. ، Bozeman ، MTEIB-36-PTBEIB
Cereplex   ؛ مبلاك روك  مايكروسيستمز ، سولت ليك سيتي ، UTDigital headstage
Cereplex Direct   ؛Blackrock  Microsystems, سولت ليك سيتي, UTنظام الحصول على البيانات
UEW سلك مغناطيس البولي يوريثينOyaide.com, طوكيو, اليابانUEW 0.14mm 20m سلك المينا
SD-102Narishige ، طوكيو ، اليابانSD-102مثقاب عالي السرعة
Minimo ONE SERIES ver.2Minitor Co.، Ltd ، طوكيو ، اليابانC2012طاقة مثقاب عالي التبول   ؛
Provinice 250 ملShofu Inc. ، كيوتو ، اليابان213620136أسمنت الأسنان
مخدر للحيوانات الصغيرة   ؛الآلات الحيوية ، تشيبا ، اليابانTK-7Anesthetizer   ؛
بوبرينورفين هيدروكلوريدسيجما ألدريتش ، سانت لويس ، ميزوريB7536-1MLمسكن
إيزوفلورانDS فارما لصحة ، أوساكا ، اليابان   ؛إيزوفلو 250 مل
فازلين ، أبيض & nbsp ؛واكو بيور للصناعات الكيماوية المحدودة ، أوساكا ، اليابان224-00165 مرهم بيطري 
  ألجينات الصوديومNacalai tesque ، كيوتو ، اليابان31131-85
كلوريد الكالسيوم ثنائي هيدراتواكو بيور للصناعات الكيماوية المحدودة ، أوساكا ، اليابان031-00435   ؛
برغي الفولاذ المقاوم للصدأ M1.0 & مرات ؛ 4.0 MonotaRO ، Hyogo ، اليابان42617504برغي من الفولاذ المقاوم للصدأ لأقطاب BR
برغي الفولاذ المقاوم للصدأ M1.4 & times ؛ 3.0MonotaRO ، Hyogo ، اليابان42617687برغي من الفولاذ المقاوم للصدأ للأقطاب الكهربائية والمثبتات g / r
مزود

References

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Kloosterman, F., et al. Micro-drive Array for Chronic in vivo Recording: Drive Fabrication. JoVE. (26), e1094(2009).
  2. Nguyen, D. P., et al. Micro-drive Array for Chronic in vivo Recording: Tetrode Assembly. Journal of Visualized Experiments : JoVE. (26), e1098(2009).
  3. Jog, M. S., et al. Tetrode technology: advances in implantable hardware, neuroimaging, and data analysis techniques. J Neurosci Methods. 117 (2), 141-152 (2002).
  4. Fenske, S., et al. Comprehensive multilevel in vivo and in vitro analysis of heart rate fluctuations in mice by ECG telemetry and electrophysiology. Nat Protoc. 11 (1), 61-86 (2016).
  5. Rossi, S., et al. The effect of aging on the specialized conducting system: a telemetry ECG study in rats over a 6 month period. PLoS One. 9 (11), 112697(2014).
  6. Cesarovic, N., Jirkof, P., Rettich, A., Arras, M. Implantation of radiotelemetry transmitters yielding data on ECG, heart rate, core body temperature and activity in free-moving laboratory mice. JoVE. (57), (2011).
  7. Zeredo, J. L., Kumei, Y., Shibazaki, T., Yoshida, N., Toda, K. Measuring biting behavior induced by acute stress in the rat. Behav Res Methods. 41 (3), 761-764 (2009).
  8. Young, G. A., Khazan, N. Electromyographic power spectral changes associated with the sleep-awake cycle and with diazepam treatment in the rat. Pharmacol Biochem Be. 19 (4), 715-718 (1983).
  9. Oishi, Y., et al. Polygraphic Recording Procedure for Measuring Sleep in Mice. JoVE. (107), e53678(2016).
  10. Chaput, M. A. Respiratory-phase-related coding of olfactory information in the olfactory bulb of awake freely-breathing rabbits. Physiol Behav. 36 (2), 319-324 (1986).
  11. Ravel, N., Pager, J. Respiratory patterning of the rat olfactory bulb unit activity: Nasal versus tracheal breathing. Neurosci Lett. 115 (2-3), 213-218 (1990).
  12. Okada, S., Igata, H., Sakaguchi, T., Sasaki, T., Ikegaya, Y. A new device for the simultaneous recording of cerebral, cardiac, and muscular electrical activity in freely moving rodents. J Pharmacol Sci. 132 (1), 105-108 (2016).
  13. Sasaki, T., Nishimura, Y., Ikegaya, Y. Simultaneous Recordings of Central and Peripheral Bioelectrical Signals in a Freely Moving Rodent. Biol Pharm Bull. 40 (5), 711-715 (2017).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Cortical Local Field PotentialsElectrocardiogram RecordingElectromyogram MonitoringBreathing Rhythm AnalysisFreely Moving RatSimultaneous Signal RecordingMicro drive Array ImplantationMulti channel Data IntegrationWavelet Analysis ApplicationCentral Peripheral Correlation

Related Articles