تقييم التجانب في نصف الكرة الأرضية مع التسجيل الميداني المحلي الثنائي المحتمل في القشرة الحركية الثانوية للفئران
يوليو 31, 2019
نقدم في الجسم الحي التسجيل الكهربائي الفسيولوجي للإمكانات الميدانية المحلية (LFP) في القشرة الحركية الثانوية الثنائية (M2) من الفئران، والتي يمكن تطبيقها لتقييم جانبي نصف الكرة الأرضية. وكشفت الدراسة عن تغيير مستويات التزامن بين اليسار واليمين M2 في الفئران APP /PS1 مقارنة مع ضوابط WT.
يمكن استخدام هذه التقنية لمراجعة بعض الخصائص الأساسية للفيزياء الكهربائية الأقاليمية لإضفاء الطابع الجانبي على نصف الكرة الأرضية، وكذلك الاتصال والاتجاه والاقتران. القياس الكهربائي هو وسيلة حساسة وفعالة لتقييم في الحيوانات، والأنشطة العصبية. يوفر هذا البروتوكول طريقة أفضل لدعم في تزامن الإشارات الكهربائية.
قد يوفر فهم الآلية الأساسية لإضفاء الطابع الجانبي للدماغ المتغير المحتمل في مرض الزهايمر المسبب للمرض، رؤى جديدة حول المؤشرات الحيوية المحتملة لعلاج مرض الزهايمر. قبل الجراحة ، تأكد من عمق التخدير من الماوس ، عن طريق إجراء ذيل أو إصبع قدم قرصة مع ملقط. المقبل، ووضع الماوس في جهاز stereotaxic، وإصلاح رأسه.
تطبيق مرهم على كلتا العينين للحفاظ على رطوبة. ثم، حلق الرأس، وتعقيم المنطقة. إجراء شق صغير من 12 إلى 15 ملليمتر، في منتصف المنطقة الحليقة.
باستخدام ملقط، سحب بلطف فروة الرأس بعيدا عن خط الوسط. بعد ذلك، فصل الجلد بلطف، وإزالة الأنسجة المتبقية. تنظيف الجمجمة، وذلك باستخدام براعم القطن المغلفة بيروكسيد الهيدروجين.
تحت مجهر ستيريو، حفر اثنين من الثقوب الصغيرة، من 1 إلى 1.5 ملليمتر رادي، على الجانبين الأيسر والأيمين من الجمجمة، للسماح بإدراج ميكروكيلتروديس تسجيل في المناطق M2. إزالة بعناية ماطر دورا مع إبرة التنغستن. ثم، إدراج اثنين من تسجيل ميكروليكترودات تسجيل منفصلة، مليئة 0.5 كلوريد الصوديوم الضرس، في الثقوب، في زاوية 60 درجة، وذلك باستخدام ميكروموديلاتورات الميكانيكية.
بالنسبة لتسجيل LFP، قم ببطء بخفض أقطاب الزجاج اليمنى والأيسر إلى إحداثيات M2. لمراقبة الجودة، اختبار مقاومة كل قطب كهربائي، وذلك باستخدام مكبر للصوت التفاضلي. المقبل ، تعيين عملية تسجيل في 0.1 هرتز تمريرة عالية ، و1000 تمريرة هرتز منخفضة ، مع 1000 مرة التضخيم.
جمع البيانات الرقمية LFP الخام في حالة مستقرة، لمدة 60 ثانية على الأقل، مع الماوس التنفس بالتساوي في اثنين من التنفس في الثانية الواحدة، تحت التخدير. بعد التسجيل ، ورفع ببطء الأقطاب الكهربائية من الدماغ. حفظ البيانات وتحليل دون اتصال، مع برنامج التحليل.
لإجراء تحليل الارتباط المتبادل، في برنامج التحليل، انقر فوق التحليل، ثم الارتباط الموجي، واستيراد البيانات. بعد ذلك، قم بتعيين إشارة قناة الموجي لتكون القناة الأولى، والآخر كمرجع. قم بتعيين العرض كـ 2، وإزاحته كـ واحد.
لاحقاً، تعيين مدة كل من LFPs إلى 100 ثانية عن طريق تحديد وقت البدء ووقت الانتهاء. ثم اضغط على زر العملية لإجراء تحليل الارتباط المتبادل. انقر فوق الملف، تصدير باسم، ثم حفظ نتائج الارتباط المتبادل المقابلة للمخطط المنبثق الناتج في تنسيق النص.
بعد ذلك، إزالة قيم الارتباط في الوقت الفاصل بين صفر زائد و ناقص 01 ثانية ثم التعامل مع بقية البيانات عبر الارتباط. لإجراء تحليل الاتساق، قم بتشغيل البيانات في برنامج التحليل. بعد ذلك، ترتيب إشارات LFP اثنين كالقنوات الموجي الأول والثاني، ثم تعيين قيمة حجم الكتلة كـ 4096.
حجم الكتلة يعني عدد نقاط البيانات المستخدمة في الأول للتحويل الحقيقي. كلما كان حجم الكتلة أكبر، كلما كان دقة التردد أفضل. حرك الخطوط المنقطة يدويًا، للتأكد من أن دقة الوقت للإشارات في كلتا القناتين يتم تعيينها على أنها نفس الفترة.
اضغط على زر الإضافة لتحميل المنطقة وإجراء تحليل التماسك. بعد ذلك انقر فوق ملف وحفظ باسم، لحفظ نتائج الاتساق المقابلة للمخطط المنبثق الناتجة في شكل نص. لمعرفة ما إذا كان الباثولوجيا مرض الزهايمر المبكر يضعف قدرة التميمة نصف الكرة الأرضية، تم تسجيل LFPs خارج الخلية في M2 اليسار واليمين من فئران APP/PS1 والضوابط نوع البرية، وتم تحليل العلاقة المتبادلة.
وفي أنواع الفئران البرية، أظهرت النتائج أن متوسط الارتباط بين الـ LFPs الأيسر والأيني في فترات زمنية إيجابية يختلف اختلافاً كبيراً عن ذلك في فترات التأخير الزمنية السلبية، مما يعني وجود أوجه عدم تماثل في نصف الكرة الأرضية في مناطق M2 من ضوابط النوع البري. وبالمقارنة، أظهرت LFPs اليسرى والأيمانية لفئران APP/PS1 تزامنًا أعلى في مجال الوقت، مما يشير إلى انخفاض عدم التماثل بين M2 الأيسر والأيني. ثم تم تصفية ذبذبات غاما من LFPs وأجريت تحليلات الاتساق لقياس تشابه الإشارات الكهربائية في نطاق ترددات غاما. وأظهرت النتيجة أن تماسك غاما بين اليسار واليمين M2 في فئران APP/PS1 كان أعلى بكثير من ذلك في فئران النوع البري، مما يشير إلى تزامن أعلى، وبالتالي خفض التميمة بين M2 الأيسر والأيني في فئران APP/PS1.
يوريثان هو السامة والمواد المسببة للسرطان، لذا يرجى دائما توخي الحذر، واتباع أنظمة السلامة عند التعامل معها. من المهم جداً اختبار عمق التخدير كل ساعة، من أجل ضمان LFPs مستقرة يتم تسجيلها. يمكن تطبيق عملية التسجيل والتحليل على مسارات الدماغ الأخرى ، وخاصة بالنسبة للمختبرات التي ليس لديها أنظمة للتسجيل متعدد القنوات في الحيوانات المتحركة بحرية.
اعرض النص الكامل واحصل على الوصول إلى آلاف الفيديوهات العلمية
النظرة العامة
تقدم هذه الدراسة تسجيلات كهربائية فيزيولوجية حية للإمكانات المجالية المحلية (LFP) في القشرة الحركية الثانوية الثنائية (M2) للفئران، مع التركيز على جانبية النصف الكروي. يبحث البحث في الاختلافات في التزامن بين الفئران APP/PS1 والضوابط من النوع البري (WT)، ليكشف عن جانبية دماغية متغيرة قد تكون مرتبطة بمرض الزهايمر.
مكونات الدراسة الرئيسية
مجال العلوم
- علم الأعصاب
- الفيزيولوجيا الكهربائية
- بحوث مرض الزهايمر
الخلفية
- الإمكانات المجالية المحلية (LFPs) حيوية لتقييم النشاط العصبي.
- الالتزامن مهم لفهم جانبية النصف الكروي.
- قد يغير مرض الزهايمر آليات جانبية الدماغ.
- استخدمت الدراسة نموذج الفأر (APP/PS1) لاستكشاف هذه التغييرات.
هدف الدراسة
- لتقييم مستويات الالتزامن بين M2 الأيسر والأيمن في فئران APP/PS1.
- للتحقيق في تأثير أمراض الزهايمر على جانبية النصف الكروي.
- لتحديد العلامات الحيوية المحتملة لعلاجات الزهايمر من خلال المقاييس الكهربائية الفسيولوجية.
الطرق المستخدمة
- التسجيل الكهربائي الفسيولوجي في الجسم الحي للإمكانات المجالية (LFPs) في مناطق M2 في الفأر.
- استخدمت فئران APP/PS1 والضوابط من النوع البري لتقييم تأثيرات الجانبية.
- تم إجراء تحليلات التوافق والترابط المتبادل على بيانات LFP التي تم التقاطها.
- تم تفصيل وضع القطب، التحكم في الجودة، واكتساب البيانات في البروتوكول.
- تضمنت الطرق الترشيح العالي والمنخفض وتمديد الإشارات للتحليل.
النتائج الرئيسية
- أظهر الترابط المتبادل أن الفئران من النوع البري أظهرت عدم تناسق كبير في LFPs، على عكس فئران APP/PS1، التي أظهرت التزامن المتزايد.
- أظهرت النتائج تماسكًا أكبر في نطاق جاما في فئران APP/PS1، مما يشير إلى انخفاض في الجانبية.
- قد تتصل التغييرات الكهربائية الفسيولوجية بالآليات الأساسية لأمراض الزهايمر.
الاستنتاجات
- توضح الدراسة أن الالتزامن المتغير في M2 يمكن أن يكون علامة على أمراض الزهايمر.
- قد تساهم الأفكار في فهم الآليات العصبية المتعلقة بجانبية النصف الكروي ومرض الزهايمر.
- تسلط هذه الدراسة الضوء على أهمية القياسات الكهربائية الفسيولوجية في استكشاف نماذج الأمراض.
الأسئلة الشائعة
Executive Industry Relevance
Assessing hemispheric lateralization via bilateral LFP recording provides a quantitative electrophysiological readout for evaluating neural circuit symmetry in preclinical models. This approach supports target validation by linking neurophysiological asymmetry to disease-related phenotypes, offering mechanistic de-risking for CNS therapeutic hypotheses. The method enables early detection of network-level alterations that may precede cognitive decline, enhancing predictive confidence in Alzheimer's disease models.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses by measuring interhemispheric synchronization as a functional readout of cortical network integrity.
- Operational Value: Enables biological de-risking through direct comparison of lateralization phenotypes between disease models and wild-type controls.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by identifying electrophysiological biomarkers that correlate with pathological progression in APP/PS1 mice.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Produces standardized, quantifiable LFP synchronization and coherence metrics suitable for high-fidelity longitudinal tracking.
- Scalability: Protocol flexibility allows application across brain pathways, enabling multi-target screening in neuronal circuit studies.
- Reproducibility: Defined electrode placement, filtering parameters, and analysis windows support cross-lab consistency in electrophysiological phenotyping.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Captures early network dysfunction in APP/PS1 mice, aligning with altered brain lateralization observed in aging and preclinical Alzheimer's.
- Translational Continuity: Links electrophysiological asymmetry to potential biomarkers, supporting bridge from discovery to preclinical validation.
- Risk-Adjusted Advancement: Enables go/no-go decisions based on normalization of lateralization metrics following therapeutic intervention.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery continuum from target engagement to lead optimization, providing electrophysiological phenotyping that informs mechanism-based compound screening.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by quantifying hemispheric asymmetry as a readout of cortical circuit balance and connectivity.
- Screening: Delivers assay-ready, quantitative outputs (cross-correlation, gamma coherence) for evaluating compound effects on network synchronization.
- Analytics: Generates synchronized LFP metrics and coherence spectra that enable statistical comparison of neural coupling across experimental groups.
- Translational Research: Connects M2 lateralization changes to disease phenotype, supporting biomarker alignment in preclinical Alzheimer's models.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable electrophysiological platform for assessing lateralization in diverse CNS disease models beyond Alzheimer's.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity by providing direct, real-time measures of interhemispheric cortical communication.
- Operational Value: Ensures standardization through precise surgical coordinates, electrode impedance testing, and defined signal processing parameters.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by enabling early detection of network-level phenotypes, reducing failure risk in later-stage CNS programs.
- Portfolio Impact: Informs risk-adjusted prioritization via objective, biomarker-linked electrophysiological endpoints that reflect target engagement and circuit modulation.
Implementation Considerations
- Requires expertise in stereotaxic surgery, electrophysiology, and neural signal processing for accurate LFP acquisition and interpretation.
- Dependent on stable anesthesia maintenance (e.g., urethane) and electrode quality control to minimize signal drift and ensure recording fidelity.
- Necessitates cross-team standardization of surgical protocols, filtering settings (0.1 Hz HPF, 1000 Hz LPF), and analysis windows (100-second epochs) for reproducible results.
- Adaptation to other brain regions requires revalidation of electrode placement and confirmation of LFP signal integrity in target nuclei.
- Practical limitations include surgical invasiveness and inter-animal variability in electrode placement, which may affect signal amplitude and require cohort-wise normalization.
