يحدد هذا البروتوكول استخدام جهاز تسجيل وأقطاب كهربائية مصممة خصيصا لتسجيل إمكانات المجال المحلي والتحقيق في تدفق المعلومات في قرن آمون الفأر وقشرة الفص الجبهي.
مقالة منهجية
يحدد هذا البروتوكول استخدام جهاز تسجيل وأقطاب كهربائية مصممة خصيصا لتسجيل إمكانات المجال المحلي والتحقيق في تدفق المعلومات في قرن آمون الفأر وقشرة الفص الجبهي.
تقنية تسجيل إمكانات المجال المحلي (LFPs) هي طريقة فيزيولوجية كهربية تستخدم لقياس النشاط الكهربائي لمجموعات الخلايا العصبية الموضعية. إنه بمثابة أداة حاسمة في البحث المعرفي ، لا سيما في مناطق الدماغ مثل الحصين وقشرة الفص الجبهي. وتكتسي تسجيلات LFP المزدوجة بين هذه المناطق أهمية خاصة لأنها تسمح باستكشاف اتصالات الإشارات الأقاليمية. ومع ذلك ، نادرا ما يتم وصف طرق إجراء هذه التسجيلات ، ومعظم أجهزة التسجيل التجارية إما باهظة الثمن أو تفتقر إلى القدرة على التكيف لاستيعاب تصميمات تجريبية محددة. تقدم هذه الدراسة بروتوكولا شاملا لإجراء تسجيلات LFP ثنائية القطب في قرن آمون الفأر وقشرة الفص الجبهي للتحقيق في آثار الأدوية المضادة للذهان ومعدلات قناة البوتاسيوم على خصائص LFP في هذه المناطق. تتيح هذه التقنية قياس خصائص LFP ، بما في ذلك أطياف الطاقة داخل كل منطقة دماغية والتماسك بين الاثنين. بالإضافة إلى ذلك ، تم تطوير جهاز تسجيل منخفض التكلفة ومصمم خصيصا لهذه التجارب. باختصار ، يوفر هذا البروتوكول وسيلة لتسجيل الإشارات ذات نسب الإشارة إلى الضوضاء العالية في مناطق مختلفة من الدماغ ، مما يسهل التحقيق في اتصالات المعلومات بين الأقاليم داخل الدماغ.
تشير إمكانات المجال المحلي (LFPs) إلى النشاط الكهربائي المسجل من الفضاء خارج الخلية ، مما يعكس النشاط الجماعي لمجموعة موضعية من الخلايا العصبية. وهي تظهر مجموعة متنوعة من الترددات ، تمتد من الموجات البطيئة عند 1 هرتز إلى التذبذبات السريعة عند 100 هرتز أو 200 هرتز. ارتبطت نطاقات تردد محددة بالوظائف المعرفية مثل التعلم والذاكرة واتخاذ القرار 1,2. تم استخدام التغييرات في خصائص LFP كمؤشرات حيوية لمختلف الاضطرابات العصبية ، بما في ذلك الخرف والفصام3،4. يمكن أن يقدم تحليل تسجيلات LFP رؤى قيمة حول الآليات المرضية الأساسية المرتبطة بهذه الحالات والاستراتيجيات العلاجية المحتملة.
تسجيل LFP المزدوج هو تقنية تستخدم لقياس النشاط الكهربائي الموضعي داخل وبين منطقتين محددتين من الدماغ. توفر هذه التقنية فرصة ثمينة للتحقيق في الديناميات العصبية المعقدة واتصالات الإشارات التي تحدث داخل وبين مناطق الدماغ المتميزة. كشفت الدراسات السابقة أن اكتشاف التغيرات في الخصائص العصبية لمناطق الدماغ الفردية يمكن أن يكون معقدا ، ولكن يمكن ملاحظة التغيرات في التواصل القشري بين الأقاليم 5,6. لذلك ، يوفر استخدام تسجيل LFP المزدوج وسيلة قوية لمعالجة هذه المشكلة.
يلعب اتصال الحصين والفص الجبهي دورا حاسما في تعديل الوظائف المعرفية ، وقد تم ربط الخلل الوظيفي باضطرابات عصبية مختلفة 7,8. يمكن أن توفر تسجيلات الأقطاب الكهربائية المزدوجة لهذه المناطق معلومات حول هذه التفاعلات. لسوء الحظ ، هناك معلومات محدودة متاحة حول طرق إجراء تسجيلات LFP ذات القطب المزدوج بين هذه المناطق. علاوة على ذلك ، فإن أجهزة التسجيل المتاحة تجاريا باهظة الثمن بشكل عام وتفتقر إلى القدرة على التكيف مع تصميمات تجريبية محددة. تتضمن الطريقة التقليدية لتسجيل LFPs استخدام كابل محمي لتوصيل جهاز التسجيل بأقطاب كهربائية مزروعة في دماغ. ومع ذلك ، فإن هذا النهج عرضة لآثار الحركة والضوضاء البيئية ، مما يؤثر على جودة وموثوقية الإشارات المسجلة.
يصف هذا البروتوكول إجراء شاملا لإجراء تسجيلات LFP ثنائية القطب في قرن آمون الفأر وقشرة الفص الجبهي ، باستخدام مقدمة منخفضة التكلفة مصممة خصيصا يمكن وضعها على رأس. تمكن هذه الطرق الباحثين من التحقيق في أنماط التذبذب الخاصة بالمنطقة داخل منطقتين دماغيتين منفصلتين واستكشاف تبادل المعلومات بين الأقاليم والاتصال بين هذه المناطق.
تمت الموافقة على هذه الدراسة من قبل لجنة فلوري لأخلاقيات (جامعة ملبورن ، رقم 22-025UM) وفقا للقانون الأسترالي لرعاية واستخدام للأغراض العلمية. تم استخدام C57BL / 6 ذكور الفئران (8 أسابيع) ، التي تم الحصول عليها من مركز الموارد الحيوانية (أستراليا) ، في هذه الدراسة.
1. تصميم وتصنيع الكواليس
ملاحظة: لوحة PCB الأمامية عبارة عن لوحة مدمجة رباعية الطبقات مقاس 14 مم × 12 مم مصممة لتوضع مباشرة على رأس. يستخدم شريحة مكبر صوت تجارية (انظر جدول المواد) ، وجميع ملفات التصميم و Gerber متاحة عبر الإنترنت (رابط GitHub: https://github.com/dechuansun/Intan-headstage/tree/main/pcbway).
2. تصنيع القطب
3. الإجراء الجراحي
4. رعاية ما بعد الجراحة
5. إجراء التسجيل
توضح النتائج الموضحة هنا تأثيرات العديد من الأدوية على خصائص إمكانات المجال المحلي (LFPs) التي تم اختبارها في أربع مجموعات من الفئران الذكور C57BL / 6 (ن = 8 لكل مجموعة ؛ العمر: 8 أسابيع ؛ الوزن: 24.0 ± 0.42 جم). تضمنت الأدوية التي تم اختبارها عقار كلوزابين المضاد للذهان ، ومعدلات قناة البوتاسيوم 4-أمينوبيريدين (4-AP) ، والريتيجابين ، بالإضافة إلى محلول ملحي لمركبة التحكم.
كما هو موضح في الشكل 1 ، تم وضع الماوس في غرفة تسجيل صغيرة وتم جمع LFPs من الحصين (HIP) وقشرة الفص الجبهي (PFC) باستخدام مسرح رأس مصمم خصيصا. وبما أن هذه الدراسة ركزت في المقام الأول على فحص نطاقي تردد ثيتا وغاما، فقد خضعت الإشارة المسجلة أولا لترشيح أولي لتمرير النطاق ضمن نطاق تردد يتراوح بين 2 و100 هرتز، تلاه أخذ العينات عند 2000 هرتز. ثم تم تقسيم الإشارة إلى عدة عصور 2 ثانية. تم تحديد أي عصور تعرض عناصر حركة واضحة واستبعدت لاحقا من عمليات التحليل اللاحقة. تم قياس أطياف القدرة ل LFPs في كل من HIP و PFC بالإضافة إلى تماسك HIP-PFC باستخدام طريقة تحليل متعددة الاستدقاق9. استخدم التحليل خمسة تناقص سليبيان ، وتم ضبط عرض النطاق الزمني على ثلاثة لتحقيق التركيز الطيفي الأمثل. واستخدمت نافذة منزلقة من 1 ثانية وحجم خطوة يبلغ 100 مللي ثانية لتوليد مخططات طيفية التردد الزمني والمسار الزمني لترابط HIP-PFC.
كما هو موضح في الشكل 2 والشكل 3 ، لم ينتج عن إعطاء المحلول الملحي أي تأثيرات ملحوظة على أطياف القدرة ل LFPs في HIP و PFC ، ولا تماسك HIP-PFC. أظهر كل من الريتيجابين والكلوزابين انخفاضا واضحا في طاقة نطاق جاما (30-100 هرتز) في HIP و PFC ، بالإضافة إلى تماسك نطاق جاما HIP-PFC. في المقابل ، أظهر 4-AP التأثيرات المعاكسة ، التي تتميز بقوة نطاق جاما المحسنة في HIP و PFC ، إلى جانب زيادة التماسك داخل نطاق جاما بين HIP و PFC.

الشكل 1: رسم تخطيطي للإعداد التجريبي. تم زرع أقطاب كهربائية في الحصين (HIP) وقشرة الفص الجبهي (PFC) لتسجيل إمكانات المجال المحلي. تم وضع في غرفة تسجيل صغيرة ، وتم إرفاق مقدمة مصممة خصيصا بموصل القطب. بدأت كل جلسة تسجيل بجلسة أساسية مدتها 10 دقائق ، تلتها جلسة مخدرات مدتها 30 دقيقة. تم اختبار آثار المياه المالحة ، كلوزابين ، 4-AP ، و retigabine. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: تأثير الأدوية المضادة للذهان ومعدلات قناة البوتاسيوم على النشاط الفيزيولوجي الكهربي المستمر في الحصين (HIP) وقشرة الفص الجبهي (PFC). أظهر المخطط الطيفي الطبيعي لإمكانات المجال المحلي في HIP و PFC ، جنبا إلى جنب مع تماسك HIP-PFC ، تأثيرات تعتمد على الوقت لجميع الأدوية المدروسة. تم إعطاء الأدوية عن طريق الحقن داخل الصفاق في الوقت t = 15 دقيقة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3: تأثير الأدوية المضادة للذهان ومعدلات قناة البوتاسيوم على كثافة أطياف الطاقة في HIP و PFC. عزز 4-AP بشكل كبير قوة نطاق جاما في كلتا منطقتي الدماغ ، بينما قمع كلوزابين وريتيغابين قوة نطاق جاما في كلتا المنطقتين. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
يحدد البروتوكول المقدم هنا إجراءات بناء مرحلة رئيسية مخصصة مصممة خصيصا للتسجيل المتزامن لإمكانات المجال المحلي المزدوج (LFPs) في الحصين (HIP) وقشرة الفص الجبهي (PFC). توفر الخطوات التفصيلية الواردة في هذا البروتوكول معلومات كافية للباحثين لفحص اتصالات الإشارة بدقة داخل كل منطقة وبين HIP و PFC.
تستخدم المنصة الرئيسية المصممة خصيصا شريحة مكبر صوت تجارية. بينما يدعم التكوين الحالي تسجيل 8 قنوات ، يمكن تكييف المسرح الرئيسي بسهولة لاستيعاب السعة الكاملة المكونة من 32 قناة ، وبالتالي توفير إمكانية توسيع سعة القناة المناسبة لتسجيل صفيف الأقطاب الكهربائية. بالنظر إلى التكلفة المنخفضة للمسرح ، فإن أحد الخيارات هو تثبيت اللوحة بشكل دائم على رأس. يوفر هذا النهج ميزة تقليل آثار الحركة وتقليل المستوى العام للاضطراب الناجم عن الحركة.
يوضح القطب المصنوع حسب الطلب تسجيلا مستقرا طويل الأجل ل LFPs ، مما يحافظ على جودة إشارة جيدة على مدى 3-5 أشهر. نهج آخر قابل للتطبيق ينطوي على استخدام لوحات الدوائر المرنة القائمة على البوليميد كمصفوفات الأقطاب الكهربائية10,11. يمكن دمج لوحات الدوائر المرنة هذه مع مرحلة التسجيل الأمامية لتمكين التسجيل متعدد القنوات. توفر هذه الطريقة ميزة تبسيط إعداد القطب الكهربائي والإجراءات الجراحية. وزن الغرسة مع وبدون مرحلة الرأس خفيف جدا ، عند 0.198 جم و 0.812 جم على التوالي ، مما يجعلها مناسبة للفئران الصغيرة جدا.
أحد قيود تقنية التسجيل الحالية هو التداخل المحتمل الناجم عن الكابل المعلق ، والذي قد يتداخل مع السلوك الطبيعي للحيوان أثناء التجارب. لمعالجة هذه المشكلة ، يمكن النظر في حلول بديلة مثل استخدام بطاقة SD لتخزين البيانات أو تنفيذ وحدة إرسال إشارة لاسلكية.
تتضمن الخطوة الأساسية والحاسمة للبروتوكول تحديد المواقع بدقة للقطب الكهربائي. من الأهمية بمكان ضمان وضع القطب الكهربائي بدقة واتساق لتمكين المقارنة عبر التجارب. للتحقق من موقع القطب ، يجب إجراء الأنسجة12. من التقنيات المفيدة لتحسين وضع القطب الصحيح في HPC التسجيل أثناء إدخال القطب عموديا ، حيث تشير إيقاعات ثيتا القوية وإطلاق الخلايا العصبية إلى الموضع الصحيح. ينصح باستخدام الفئران البالغة التي يزيد عمرها عن 8 أسابيع ، حيث قد تنخفض جودة الإشارة بمرور الوقت أو تؤدي إلى وضع غير صحيح مع تقدم عمر الفئران. سيساعد أخذ هذه الاعتبارات في الاعتبار في الحفاظ على موثوقية وصحة النتائج التجريبية.
في الختام ، يوفر البروتوكول المقدم في هذه المقالة إطارا لدراسة اتصال الإشارة بين مناطق الدماغ المتميزة. إنه يمكن الباحثين من استكشاف الديناميات العصبية والتفاعلات داخل هذه المناطق وفيما بينها.
ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.
تم دعم هذا العمل من قبل مؤسسة علم الأعصاب في مستشفى ملبورن الملكي (A2087).
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| أنبوب نحاسي | سبائك ألبيون ، الولايات المتحدة الأمريكية | القطر الداخلي 0.45 مم | |
| كاربروفين & nbsp ؛ | Rimadyl, Pfizer Animal Health | ||
| رقاقة مكبر للصوت التجارية | Intantech | RHD 2132 | |
| لوحة التحكم | تسجيل | RHD | |
| الأسمنت للأسنان | بالادور | ||
| يتقلص الحرارة | Panduit | بقطر | |
| M1.2 الفولاذ المقاوم للصدأ المسمار | أدوات الساعة | والمسمار والساعة موصل | |
| مقبس متعدد القنوات ؛ | هاروين ، AU | 1.27 مم الملعب ، أسلاك | |
| PFA ؛ | أنظمة AM ، الولايات المتحدة | الأمريكية القطر الداخلي 150 & مايكرو ؛ m | |
| التدفق القائم على حمض الفوسفوريك | Chip Quik | CQ4LF-0.5 | |
| برنامج التسجيل | Intantech | RHX | |
| الإطار التجسيمي | العالمي أدوات دقيقة | الماوس أداة | |
| الغراء الفائق | UHU | بسرعة |
طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه
طلب إذن