تم تطوير هذا البروتوكول لإنشاء نظام موثوق به ويمكن الوصول إليه بسهولة لتسجيل مخطط كهربية الدماغ للقوارض التي تتحرك بحرية.
مقالة منهجية
* These authors contributed equally
تم تطوير هذا البروتوكول لإنشاء نظام موثوق به ويمكن الوصول إليه بسهولة لتسجيل مخطط كهربية الدماغ للقوارض التي تتحرك بحرية.
يعمل تخطيط ككهربية الدماغ (EEG) كأداة أساسية لتتبع النشاط الكهربائي في الدماغ وأصبح ذا أهمية متزايدة في كل من التشخيص السريري والأبحاث الحيوانية قبل السريرية. بينما يوفر مخطط كهربية الدماغ للقوارض منصة قوية لنمذجة الاضطرابات العصبية البشرية ، فإن التسجيلات طويلة المدى غالبا ما تكون محدودة بسبب التكلفة العالية أو الغزو أو التعقيد التقني للأنظمة الحالية. هنا ، نقدم بروتوكولا موثوقا به ويمكن الوصول إليه وقابل للتطبيق اقتصاديا والحد الأدنى من التدخل للحصول على مخطط كهربية الدماغ القشري المزمن متعدد المواقع في الفئران التي تتحرك بحرية. تتضمن هذه التقنية تصنيع أسلاك بلاتينية وإيريديوم بأقطاب كهربائية لولبية متصلة بواجهة من نوع ناقل تسلسلي عالمي (USB) ، والتي يتم تثبيتها فوق الجافية باستخدام مسامير عظمية وتثبيتها بأسمنت لاصق وأسنان. يسمح النظام بالتقاط إشارة مستقرة على مدى عدة أشهر ، كما هو موضح في الفئران البرية C57BL / 6J مع معدل بقاء 85٪ بعد الجراحة (ن = 20). تم أخذ عينات من مخطط كهربية الدماغ عند 1,000 هرتز وتصفيتها بين 1 هرتز و 500 هرتز باستخدام إعداد مكبر للصوت التفاضلي. للتحقق من صحة النظام ، تم إعطاء بنتيلينيترازول (20 مجم / كجم) للحث على نشاط يشبه النوبات ، مما أدى إلى زيادة ملحوظة في الإفرازات الداخلية - من 2-5 في خط الأساس إلى 20-51 حدثا بعد الحقن - مصحوبة بزيادة سعة الإشارة. تم تحديد التصريفات بناء على مورفولوجيا شكل الموجة وخصائص الإشارة المطابقة للمعايير الفيزيولوجية الكهربية المعترف بها. الإعداد متوافق مع تتبع الفيديو السلوكي وخطوط أنابيب التحليل مفتوحة المصدر ، ويدعم التكامل مع الدراسات الدوائية أو الوراثية أو التعديل العصبي. توفر هذه الطريقة منصة مستقرة وقابلة للتكيف للتحقيق في ديناميكيات شبكة الدماغ في نماذج القوارض ، مع تطبيقات في أبحاث الصرع وما بعدها.
يوفر تخطيط كهربية الدماغ (EEG) مقياسا مباشرا للنشاط الكهربائي للدماغ ويستخدم على نطاق واسع في تشخيص الصرع1. في السنوات الأخيرة ، تم تكييف تقنيات مخطط كهربية الدماغ بشكل متزايد لاستخدامها في نماذج الصغيرة لدراسة الاضطرابات العصبية ، وعلم وظائف الأعضاء في النوم ، وديناميكيات شبكة الدماغ2،3،4. مع ظهور نماذج الفئران المعدلة وراثيا والتقدم الكبير في تقنيات التسجيل ، أصبح مخطط كهربية الدماغ للقوارض أداة أساسية للأبحاث قبل السريرية ، حيث يقدم رؤى قيمة حول الآليات الانتقالية ذات الصلة بصحة الدماغالبشري 5،6.
يعد التقاط النشاط العصبي ومعالجته في وقت واحد أمرا بالغ الأهمية لدراسة ديناميكيات الدماغ على مستوى الدوائر الكلية والدقيقة. يتيح هذا النهج المزدوج المراقبة في الوقت الفعلي للشبكات العصبية المشاركة في بدء النوبات وتطورها. ينشأ الصرع ، الذي يتميز بنوبات متكررة وغالبا ما لا يمكن التنبؤ بها ، من اضطرابات في دوائر الدماغ المعقدة4. على الرغم من البحث المكثف ، لا تزال الآليات التي تحكم انتشار النوبات وظهورها غير مفهومة تماما ، ويرجع ذلك جزئيا إلى الاستخدام المحدود للتقنيات التي تسمح بتسجيلات متزامنة عبر مناطق دماغية متعددة7.
كشف تسجيل مخطط كهربية الدماغ من النماذج الحيوانية التي تلخص الاضطرابات العصبية البشرية عن طفرات بين العينات ، وإفرازات السنبلة والموجات ، وأنماط ظهور النوبات التي تعكس عن كثب تلك التي شوهدت في المرضى من البشر8،9 ، وبالتالي تعزيز فهمنا للتغيرات الفيزيولوجية الكهربية التي تحدث في الدماغ البشري. وبالمثل ، فإن تشوهات مخطط كهربية الدماغ المكتشفة في نماذج مرض الزهايمر واضطراب طيف التوحد والفصام توفر رؤى مهمة حول النشاط التذبذبي العصبي المتعطل وتسليط الضوء على الأهداف العلاجيةالمحتملة 10.
على الرغم من الاختلافات في تشريح الدماغ وحجمه ، تظهر مخطط كهربية الدماغ الحيواني للفأر والبشر أوجه تشابه مذهلة2،11. كلاهما يظهر نطاقات تردد تذبذبية مميزة - دلتا ، ثيتا ، ألفا ، بيتا ، وجاما - مع أطياف الطاقة التي تتبع عموما توزيع 1 / f2،11. يتم الحفاظ على التحولات بين حالات الدماغ ، مثل ظهور نشاط دلتا أثناء نوم حركة العين غير السريعة (NREM) أو زيادة تزامن جاما أثناء مهام الانتباه والذاكرة ، عبر الأنواع. علاوة على ذلك ، يظهر نشاط الصرع ، بما في ذلك التذبذبات عالية التردد (HFOs) والأنماط الجمجية ، ملامح زمنية والطيفية قابلة للمقارنة في كل من الفئران والبشر7.
تجعل السمات المحفوظة للقوارض ومخطط كهربية الدماغ البشري نماذج الفئران متعدية للغاية لدراسة اضطرابات الدماغ. يسمح مخطط كهربية الدماغ للماوس بتسجيلات غازية وعالية الدقة تتيح تحليلا مفصلا على مستوى الدائرة12. كما أنه يدعم اختبار استراتيجيات التعديل العصبي ، بما في ذلك العوامل الدوائية ، والتحكم البصري الوراثي ، والتحفيز المغلقالحلقة 13،14 ، والتي يمكن أن تقترن بأدوات سلوكية وجزيئية لاستجواب الخلل الوظيفي العصبي بدقة.
ومع ذلك ، يجب توخي الحذر عند استقراء النتائج. يمكن أن يؤثر الحجم الأصغر والبنية القشرية الأبسط لدماغ الفأر على انتشار الإشارة ، وقد تكون الإمكانات المرتبطة بالأحداث المعرفية (ERPs) أقل بروزا مقارنة بالبشر15. يعد ضمان الاتساق في وضع القطب الكهربائي ، ومرجع الإشارة ، وخطوط الأنابيب التحليلية أمرا بالغ الأهمية لتحسين قابلية التكاثر والصلاحية عبر المختبرات16.
يمثل تسجيل مخطط كهربية الدماغ في الصغيرة فرصا وتحديات. عادة ما يتم الحصول على مخطط كهربية الدماغ للفأر باستخدام أقطاب كهربائية مزروعة بشكل مزمن موضوعة إما فوق الجافية على سطح الجمجمة أو كأقطاب كهربائية عميقة يتم إدخالها في الهياكل تحت القشرية17،18. الأقطاب الكهربائية السطحية ، مثل الأقطاب الكهربائية اللولبية أو السلكية الموضوعة على الأم الجافية ، طفيفة التوغل ومناسبة للتسجيلات الطولية طويلة الأجل. تقع هذه الأقطاب الكهربائية أسفل العظم ، مما يوفر حاجزا عالي المقاومة للتسجيل. وفقا لذلك ، يمكن اعتبار الأقطاب الكهربائية الجافية في القوارض أكثر قابلية للمقارنة مع التصوير الكهربائي (eCoG) من مخطط كهربية الدماغ. على النقيض من ذلك ، توفر أقطاب العمق دقة مكانية أعلى وتمكن من الوصول إلى مناطق الدماغ العميقة مثل الحصين أو المهاد أو اللوزة ، مما يسهل الدراسات حول شبكات النوبات والاقتران التذبذبي عبر توزيع المناطق2،11.
تدعم أنظمة مخطط كهربية الدماغ الحديثة للقوارض التسجيل متعدد القنوات بدقة زمنية عالية وغالبا ما تقترن بمراقبة الفيديو للارتباط السلوكي18. بالإضافة إلى ذلك ، تسمح أنظمة مخطط كهربية الدماغ اللاسلكية بالاكتساب غير المقيد في الوقت الفعلي للحيوانات التي تتصرف بحرية ، مما يقلل من قيود الحركة والإجهاد19. على الرغم من أن هذه التحديثات أصبحت متاحة تجاريا مع مرور الوقت ، إلا أنها إما باهظة الثمن أو غازية للغاية لدراسة نموذج القوارض على مدى فترة طويلة من الزمن.
لمعالجة هذه الفجوة ، نقدم بروتوكولا متعدد الاستخدامات وفعال من حيث التكلفة للحصول على مخطط كهربية الدماغ متعدد المواقع في نماذج القوارض ، وهو مناسب للدراسات طويلة الأجل بأقل قدر من التوغل. يعد نهج تسجيل مخطط كهربية الدماغ هذا مناسبا بشكل خاص للدراسات التي تتطلب تقييما عالي الدقة للنشاط القشري في الفئران في ظل ظروف تجريبية خاضعة للرقابة. من الأفضل تطبيقه عندما (أنا) يمكن للحيوان تحمل التخدير القصير أثناء زرع القطب الكهربائي والتعافي تماما ، (ب) يتم ضمان وضع الرأس المستقر أو الحد الأدنى من الحركة أثناء التسجيلات ، (ثالثا) المراقبة طويلة الأمد أو المتكررة للنشاط العصبي مطلوبة ، و (رابعا) يمكن أن يستوعب التصميم التجريبي تسجيلا واحدا أو محدودا متعدد اعتمادا على سعة مكبر الصوت. يجب على الباحثين النظر في هذه القيود لتحديد ما إذا كانت هذه الطريقة تتماشى مع أهدافهم التجريبية.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
حصل هذا البروتوكول على موافقة لجنة رعاية واستخدام بجامعة أوغوستا. تم اتباع دليل المعاهد الوطنية للصحة لرعاية واستخدام المختبر في كل خطوة من خطوات التجربة. تم تنفيذ جميع التدابير الممكنة لتقليل عدد المستخدمة في هذه الدراسة. الفئران المستخدمة في هذه الدراسة هي الفئران البرية البالغة من العمر شهرين من النوع C57Bl6J. يتم تضمين الوقت اللازم لتنفيذ كل خطوة في الخطوات المعنية.
1. تحضير دبابيس التوصيل بأقطاب كهربائية (5 دقائق)
2. زرع أقطاب كهربائية (30 دقيقة)
3. تسجيل مخطط كهربية الدماغ (65 دقيقة)
4. تفسير البيانات
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
تم زرع أقطاب كهربائية في 20 فأرا على خلفية C57Bl6J ، بما في ذلك 5 فئران C57Bl6J من النوع البري ، مع معدل بقاء بعد الجراحة بنسبة 85٪ تم الحفاظ عليه لمدة تصل إلى 6 أشهر بعد الجراحة (الشكل 4 ب). بعد 6 أشهر ، بدأت أغطية الرأس في الانفصال ، وتم القتل الرحيم لجميع الفئران في عمر 8 أشهر. كان متوسط وزن مجموعة أغطية الرأس ، بما في ذلك الموصل والبراغي ، 1.13 جم (ن = 20). استعادت الفئران وعيها في غضون 30 دقيقة بعد الجراحة واستأنفت الحركة الطبيعية والتحديق في غضون 12 سا...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
في هذه الدراسة ، قمنا بتطوير والتحقق من صحة بروتوكول قوي وفعال من حيث التكلفة وطفيف التوغل لتسجيل مخطط كهربية الدماغ المزمن متعدد المواقع في الفئران التي تتحرك بحرية. يوضح الزرع الناجح للأقطاب الكهربائية اللولبية وأقطاب البلاتين والإيريديوم الملحومة خصيصا بموصل USB ، جنبا إلى جنب مع معدل البقاء الملحوظ وجودة التسجيل ، جدوى وموثوقية التقنية في التسجيلات المزمنة. والجدير بالذكر أن هذا البروتوكول يسمح بجمع بيانات الفيزيولوجيا الكهربية بدقة دون تدخل جراحي مكثف أو أجهزة باهظة الثمن ، مما يجعل...
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
DTB هو مستشار مدفوع الأجر لمؤسسة ألفريد مان. ليس لدى المؤلفين مصالح مالية متنافسة أو تضارب مصالح آخر وفقا لهذا العمل.
يتم دعم DTB من قبل R01EY036089 منح NEI ، ومنحة NIA RF1AG060754. تم دعم XF بمنح من صندوق أبحاث مرض الزهايمر جيمس فيكل ، EY028158 ، و EY032488.
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
| الاسم | الشركة | رقم فهرسي | التعليقات |
|---|---|---|---|
| سلك بلاتين إيريديوم 0.003" | أنظمة AM | 777000 | |
| مسامير عظمية 1.5 مم | تخصصات أنترين المصغرة | 000-120X1/16 SL BIND MS SST | |
| مضخم AC | أنظمة AM | ||
| الكاربروفين | كوفيتروس | 11695-6935-1 | |
| قاعدة أكريليك من Coldpac Designure | شركة ييتس موتلويد | https://www.yates-motloid.com/collections/coldpac/denture-base | |
| مثقاب الأسنان 1.4 مم | فولفير GX | لا يوجد | |
| ديكساميثازون | VEDCO | 50989-437-12 | |
| مزلق العين | أوبتيكس كير | https://theoptixcare.com/ | |
| بيروكسيد الهيدروجين | سيغما ألدريتش | 7722-84-1 | |
| NIDAQ USB | الآلات الوطنية | https://www.ni.com/en/shop/data-acquisition/entry-level-usb-daq.html | جمع البيانات وتكييف الإشارة USB |
| Pentylenetetrazol | شركة كايمن للكيماويات | 18682 | |
| معجون تدفق الراتنج اللحامي | ويلر | https://www.weller-tools.com/us/en/consumer/products/soldering-accessories/ | |
| سلك اللحام 0.32" | راديو شاك | لا يوجد | |
| السوبر غراء | لوكتايت | لا يوجد | |
| مقابس USB من النوع B الأنثوية | بائع إدارة الكم | X00292ABU9 |
الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.
طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه
طلب إذن