本方案描述了在麻醉大鼠中同时记录视网膜电图和视觉诱发电位的方法。
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本方案描述了在麻醉大鼠中同时记录视网膜电图和视觉诱发电位的方法。
视网膜电图(ERG)和视觉诱发电位(VEP)常用于评估视觉通路的完整性。ERG 测量视网膜对光刺激产生的电反应,而 VEP 则测量同一光刺激事件后,从视网膜到初级视皮层的视觉通路相应功能的完整性。ERG 波形可分解为多个成分,分别反映不同视网膜神经元和胶质细胞类群的反应。VEP 波形的早期成分代表视神经及更高级皮层中枢的完整性。这些记录可根据具体应用单独或联合进行。本文所述方法可同时评估双眼及双半球的视网膜和皮层视觉诱发电生理活动。这种方法有助于更全面地评估视网膜功能,以及视网膜功能改变对视觉诱发电皮层功能所产生的上游影响。
视网膜电图(ERG)和视觉诱发电位(VEP)的测量为视觉通路完整性的定量评估提供了有用的方法。ERG测量视网膜对光刺激产生的电反应,而VEP则测量同一光刺激事件后从视网膜至初级视皮层的视觉通路相应功能完整性。本文描述了一种在常用实验动物模型——大鼠中记录和分析ERG与VEP反应的实验方案。
视网膜电图(ERG)通过量化视网膜对闪光刺激产生的总体电反应,提供多种关键视网膜细胞类别功能完整性的指标。光刺激的开启与关闭引发一系列协调的离子流动,从而产生可检测的电压变化,这些变化可通过置于眼球外部的表面电极进行测量。所记录的波形由一系列特征明确的成分组合而成,各成分在幅度、时间及频率上有所不同。大量研究表明,这些成分在多种脊椎动物的视网膜中相对保守,且彼此之间可被分离。通过审慎选择刺激条件(如闪光刺激、背景光、刺激间间隔)并分析复合波形中的特定特征,可可靠地获得特定视网膜细胞群的功能测量结果1,2。这些特性构成了ERG作为无创性视网膜功能评估工具的实用基础,因而使其得到广泛应用。本文重点介绍测量ERG及其特征分析的方法学,以获取有关视网膜中主要细胞类群的信息,即光感受器细胞(PIII成分)、双极细胞(PII成分)以及视网膜神经节细胞(暗视阈值反应正相成分,pSTR)。
视觉诱发电位(VEP)用于检测皮层对光的反应,其信号最初起源于视网膜,随后通过视神经、视束、丘脑(外侧膝状体核,LGN)和视辐射逐级传递至大脑皮层的V1区3。在啮齿类动物中,每只眼睛的大部分(90 - 95%)视神经纤维发生交叉4,并支配对侧中脑。与视网膜电图(ERG)不同,目前尚无法将VEP的不同成分归因于特定的细胞类型5,因此视觉通路中任何部位的变化都可能影响VEP波形。尽管如此,VEP仍是一种评估视觉功能和视觉通路完整性的有效非侵入性指标。当VEP与ERG联合使用时,可对视觉系统(即 视网膜/视觉通路)进行更全面的评估。
可根据具体应用单独或联合进行ERG和VEP记录。本文所述方法能够在麻醉大鼠中同步评估双眼及双半球的视网膜和皮层视觉诱发电生理反应。该方法有助于更全面地评估视网膜功能,以及视网膜功能改变对视觉诱发电皮层功能所产生的上游影响。
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所有实验程序均按照澳大利亚国家卫生和医学研究委员会(National Health and Medical Research Council)发布的《科学用途动物护理与使用实践规范》进行。伦理批准由墨尔本大学理学院动物伦理委员会(批准编号 0911322.1)获得。
1. 慢性视觉诱发电位电极的植入前准备
注意:如果需要同时采集ERG和VEP信号,则必须至少在信号采集前1周通过手术将VEP电极植入动物体内。
2. 视网膜电图与视觉诱发电位记录
| 波形 | 刺激光能量 (log cd·s·m-2) | 重复次数 | 刺激间间隔 (秒) |
| STR | -6.24 | 20 | 2 |
| STR | -5.93 | 20 | 2 |
| STR | -5.6 | 20 | 2 |
| STR | -5.33 | 20 | 2 |
| 视杆b波 | -4.99 | 10 | 2 |
| 视杆b波 | -4.55 | 10 | 2 |
| 视杆b波 | -4.06 | 5 | 5 |
| 视杆b波 | -3.51 | 5 | 5 |
| 视杆b波 | -3.03 | 1 | 15 |
| 视杆b波 | -2.6 | 1 | 15 |
| 视杆b波 | -1.98 | 1 | 15 |
| 混合a-/b波 | -1.38 | 1 | 30 |
| 混合a-/b波 | -0.94 | 1 | 30 |
| 闪光1:混合a-/b波,平均20次:VEP | -0.52 | 20 | 5 |
| (下一次前90秒) | |||
| 闪光1:混合a-/b波,平均20次:VEP | 0.04 | 20 | 5 |
| (下一次前120秒) | |||
| 闪光1:混合a-/b波,平均20次:VEP | 0.58 | 20 | 5 |
| (下一次前180秒) | |||
| 闪光1:混合a-/b波,平均20次:VEP | 1.2 | 20 | 5 |
| (下一次前180秒) | |||
| 闪光1:混合a-/b波,平均20次:VEP | 1.52 | 20 | 5 |
| (下一次前180秒) | |||
| 视锥a-/b波 | 1.52 | 4 | 0.5 |
表1. 使用不同刺激能量的ERG和VEP记录方案。 刺激呈现从弱光(顶部)到强光(底部)闪光依次进行,刺激间间隔足够长以确保暗适应。在方案结束时,以短间隔重复呈现四次闪光,以诱发由视锥细胞介导的反应。
3. 视网膜电图(ERG)波形的分析
注:ERG 和 VEP 分析此前已有详细描述3,9,10。以下部分提供简要概述。
4. VEP 波形分析
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ERG a波(> -1.38 log cd·s·m⁻²-2),b波(> - 4.99 log cd·s·m⁻²-2短串联重复序列(STRs)< - 4.99 log cd.s.m-2)以及视觉诱发电位(VEPs)> - 0.52 log cd·s·m⁻²-2) 被同时记录(图1和图3)。在极微弱的闪光刺激下,闪光后约110毫秒出现正向STR(pSTR),约220毫秒出现负向STR(nSTR)(图1和图2)。一个具有大b波的视网膜电图,在中等强度闪光刺激开始后50至100毫秒之间达到峰值,可对其PII反应进行分析(图1和图2)。在此刺激能量下,峰前的负向a波可忽略不计。在更高亮度的能量刺激下,负向偏转的a波变得更加显著,可通过PIII反应进行量化。图2)。暗视VEP波形表现为一个负向反应(P1N1;15–70毫秒窗口),随后是一个...
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ERG 和 VEP 分别是视网膜和皮层视觉功能的客观测量指标。同步记录的优势在于能够更全面地评估整个视觉通路。具体而言,通过同时评估所获得的互补信息,有助于更清晰地确定视觉通路中损伤的部位。例如, 对于具有重叠的视网膜电图(ERG)表现但视觉诱发电位(VEP)特征 distinct 的疾病18,当视神经病变可能与原发性脑萎缩共存时19,20,或当视觉通路多个部位损伤的表现可能混淆VEP丢失情况时21,22通过同时测量ERG和VEP,还可推导出视网膜与皮层反应之间的增益指数,这可能为检测细微的病理变化提供一种有用的工具。本方案适用于常用实验大鼠的ERG和VEP测量,但也可 easily 适应用于其他哺乳动物物种。23-25啮齿类动物的ERG和VEP波形为人类眼部观察到的反应提供了合理的临床前替代指标26-28.
通过设计特定的刺激方案,可在单次记录过程中同时获得ERG和VEP反应。表1展示了一系列光强度梯度,并充分考虑了连续...
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作者无与本工作相关的披露事项。
本项目由国家健康与医学研究理事会(NHMRC)1046203(BVB,AJV)和墨尔本神经科学研究所研究员项目(CTN)资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 鳄鱼夹 | 通用品牌 | HM3022 | 用于连接VEP螺钉电极与导线的不锈钢26 mm夹子 |
| 生物放大器 | ADInstruments | ML 135 | 用于放大ERG和VEP信号 |
| 1.0% 羧甲基纤维素钠 | Allergan | CAS 0009000-11-7 | 改善有源ERG电极信号质量的黏性液体 |
| 卡洛芬 0.5% | 辉瑞动物健康集团 | CAS 53716-49-7 | 商品名:Rimadyl 注射液(50 mg/ml)。用于术后镇痛,用生理盐水稀释至 0.5%(5 mg/ml) |
| 氯己定 0.5% | Orion Laboratories | 27411, 80085 | 用于外科器械的消毒 |
| 循环水浴 | Lauda-Kö尼格斯霍芬 | MGW Lauda | 用于在手术和电生理记录期间维持麻醉动物的体温 |
| 银汞合金 | DeguDent GmbH | 64020024 | 为了加固电极-颅骨组件,对其进行包埋处理 |
| 牙科钻头 | Storz Instruments,博士伦 | #E0824A | 用于在每个半球颅骨上钻孔以植入视觉诱发电位(VEP)螺钉的直径约0.7 mm的微型钻头 |
| 钻孔 | 博世 | Dremel 300 系列 | 一种用于环钻的自动钻孔装置 |
| 电极导线 | 草类遥测因子 | F-E2-30 | 连接银丝电极与放大器的铂金导线 |
| 法拉第笼 | 定制 | 确保避光以维持暗适应状态。封闭全视野刺激装置以提高信噪比 | |
| 纱布拭子 | Multigate Medical Products Pty Ltd | 57-100B | 用于手术过程中干燥手术切口和暴露的颅骨表面 |
| 均匀光照积分球 | Photometric Solutions International | 定制设计的光刺激器:直径36 mm,孔径尺寸13 cm | |
| 魔术贴 | VELCRO 澳大利亚有限公司 | VELCRO 品牌可重复使用绑带 | 用于固定电极和动物在记录平台上的钩环扣带 |
| 异氟烷 99.9% | Abbott Australasia Pty Ltd | CAS 26675-46-7 | 商品名:Isoflo(TM) 吸入用麻醉剂。用于视觉诱发电位(VEP)电极植入手术的药用级吸入麻醉剂与氧气混合气体 |
| 氯胺酮 | Troy Laboratories | 伊里乌姆·凯塔米爾 | 商品名:Ketamil注射液,品牌:Ilium。药用级麻醉剂,用于电生理记录 |
| Luxeon LED | 飞利浦照明公司 | 用于光刺激的光源为二十个5 W和一个1 W的LED。 | |
| 显微操作仪 | 哈佛仪器公司 | BS4 50-2625 | 记录过程中固定ERG有源电极 |
| 针电极 | 草类传送因子 | F-E2-30 | 皮下植入尾部,作为ERG和VEP的接地电极 |
| 去甲肾上腺素 2.5% 最小剂量装 | 博士伦 | CAS 61-76-7 | 滴加托吡卡胺以实现最大瞳孔扩张,便于进行视网膜电图记录 |
| 聚维酮碘 10% | 赛诺菲-安万特 | CAS 25655-41-8 | 商品名:Betadine,用于手术前剃毛皮肤消毒的10%抗菌剂,500 ml |
| Powerlab 数据采集系统 | ADInstruments | ML 785 | 控制LED |
| 0.5% 丙美卡因 | 爱尔康实验室 | CAS 5875-06-9 | 视网膜电图记录期间角膜麻醉的处理 |
| 生理盐水 | Gelflex | 不可注射,用于电镀银丝电极 | |
| Scope 软件 | ADInstruments | 版本 3.7.6 | 通过 Powerlab 系统同步触发刺激并采集数据 |
| 银(细圆丝) | A&金属 A 和 E | 0.3 mm | 用于制备活动性和非活动性ERG电极,以及非活动性VEP电极 |
| 不锈钢螺丝 | MicroFasterners | 0.7 mm 轴直径,3 mm 长度,用于植入初级视皮层并作为有源视觉诱发电位(VEP)电极 | |
| 立体定位仪 | David Kopf | Model 900 | 一种根据Paxinos定位小动物初级视皮层的立体定位仪 & Watson 2007年大鼠脑图谱坐标 |
| 手术刀片 | Swann-Morton Ltd. | 0206 | 用于切开覆盖初级视皮层的皮肤区域以植入视觉诱发电位(VEP)电极 |
| 缝合 | 上海浦东金环医疗用品有限公司 | 3-0 丝线编织缝线(不可吸收),用于VEP电极植入手术期间皮肤牵拉 | |
| 0.3% 妥布霉素眼膏 | 爱尔康实验室 | CAS 32986-56-4 | 商品名:Tobrex。术后涂抹于皮肤切口周围的预防性抗生素软膏 |
| 0.5% 托吡卡胺 | 爱尔康实验室 | CAS 1508-75-4 | 商品名:0.5% 托吡卡胺滴眼液,滴眼以实现视网膜电图记录所需的散瞳 |
| 赛拉嗪 | Troy Laboratories | 伊犁 Xylazil-100 | 用于电生理记录的药品级麻醉剂 |
| 移液器吸头 | Eppendorf Pty Ltd | 0030 073.169 | Eppendorf epTIPS 100 - 5,000 ml,用于定制电极 |
| Microsoft Office Excel | 微软 | 版本 2010 | 用于数据分析的电子表格软件 |
| Lethabarb 安乐死注射液 | Virbac(澳大利亚)私人有限公司 | LETHA450 | 325 毫克/毫升 戊巴比妥钠用于快速安乐死 |
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