急性麻醉大鼠超直接通路局部场电位与多单元活动的体内电生理记录

摘要

本研究介绍了在乌拉坦麻醉条件下对超直接通路进行多部位体内电生理记录的方法学。

摘要

越来越多的证据表明，许多神经精神疾病应被视为大规模神经元网络的紊乱。为了更好地理解这些疾病的病理生理基础，有必要精确描述神经回路中不同神经元部分之间的信息处理在何种方式上受到干扰。通过使用细胞外记录技术 体内 电生理记录，可以精确定义神经网络中的神经元活动。与替代技术相比，该方法的应用具有多项优势， 例如，功能性磁共振成像和钙成像，因为它具有独特的时空分辨率，且不依赖于基因工程生物体。然而，细胞外探针的使用 体内 由于该技术具有侵入性，无法普遍应用，因此其记录范围受到限制。本文介绍了一种简单且易于使用的方法，可同时在多个位点记录网络中的细胞外电位，如局部场电位和多单元放电活动。文中详细阐述了如何通过立体定向手术与多单元放电记录的在线分析相结合，实现对皮层下核团的精确定位。由此展示了如何在麻醉动物中研究完整的神经网络，例如超直接皮质-基底神经节环路。 体内.

引言

越来越多的累积证据表明，帕金森病（PD）和精神分裂症等多种神经精神疾病的发生机制基于广泛神经环路的关键性功能障碍，这些环路常涉及皮层和皮层下结构^1,2,3根据该理论，疾病临床表现的产生是由于细胞网络的信息处理能力受损，而非单个细胞或特定神经元成分的损伤所致。^1,2,3为了加深对这一复杂神经精神疾病群体的理解并寻找新的治疗方案，必须详细表征人类患者及动物模型中这些功能紊乱神经网络的神经元动态。在活体受试者中研究大规模神经网络的一种卓越方法是多部位细胞外电位的电生理记录。⁴利用该方法，可同时评估主要代表兴奋性和抑制性突触后电流时间总和的局部场电位（LFPs），以及由突触前电位产生的多单元活动（MUA）⁵细胞外电位记录相较于其他研究网络的方法具有多项优势， 例如，功能性磁共振成像和钙成像，因为它具有更高的时间和空间分辨率，且不依赖于基因工程改造的生物体⁵。然而，细胞外物质的使用 体内 由于这....

方案

实验操作严格遵循德国动物福利法（2014年最新修订版）及欧洲法规（2010/63/EU）。实验已获当地动物福利主管部门（LaGeSo，柏林）批准，并符合当地部门及国际指南的要求。

注意：在本方法中，使用两种电极模型记录来自连接初级运动皮层（M1）与丘脑底核（STN）以及黑质网状部（SNr）的超直接皮质-基底神经节通路的信号。M1区的硬膜外皮层脑电图（ECoG）记录采用定制的低阻抗Ag/AgCl电极。STN和SNr的记录则使用 commercially available 高阻抗钨电极进行。

1. 硬膜外Ag/AgCl电极的制备

1. 取一段长约5 cm、纯度为99.99%的银丝，直径为200 µm，必要时去除表面涂层。
2. 用镊子夹住银丝末端，将尖端朝下放入打火机或蜡烛火焰中，直至尖端开始熔化。待其形成直径约1 mm的球形后，从球形尖端起始处截取总长为15 mm的预成型电极。
3. 在银丝末端焊接一个与所用电生理记录系统匹配的精密连接器。从导线末端至连接器处涂覆导电银漆，以增强导电性，提高信号质量。
4. 待导电银漆干燥后，用一段长度为3 mm至1 mm的热缩管包裹焊点。使用钟表匠锤小心地将球形尖端压扁至原厚度的一半。
5. 戴上检查手套，用蘸有100%乙醇的无尘清洁布擦拭，以去除任何污垢和油脂。
6. 将电极放入15 mL离心管或....

结果

使用此处所述的记录电极，可从初级运动皮层、丘脑底核和黑质网状部采集局部场电位（LFP），并从丘脑底核（STN）和黑质网状部（SNr）采集多单元电活动（MUA）。最初，LFP和多单元电活动共同记录为宽带信号。随后，通过带通滤波器将LFP和MUA分离（LFP为0.05–250 Hz，MUA为300–4,000 Hz）。

为了准确定位皮层下核团，尤其是像丘脑底核（STN）这样的微小结构，将计划的立体定向坐标与在线记录的多单元电活动（MUA）信号对齐具有显著优势。在电极轨迹针对STN时，可记录到特征性的MUA放电模式（图2）^9,20。

在分析的后续步骤中，通常需要通.......

讨论

本研究展示了如何利用啮齿类动物中连接M1与STN和SNr的超直接皮质-基底神经节通路作为示例，同步记录给定神经网络多个位点的细胞外电生理信号。

记录丘脑下核（STN）等皮层下小结构的关键步骤是将记录电极精确引导至靶点。在本方法中，注意两个关键步骤可确保靶向的高准确性。在将电极插入脑组织之前，准备动物并将其固定于立体定位仪时，必须确保颅骨处于"平颅"位置²²。为达到平颅位置，需调整立体定位仪门齿杆的位置，直至颅骨上的前囟（bregma）和后囟（lambda）参考点处于相同的背腹平面²¹。只有确保这一位置，才能将立体定位图谱中的坐标高精度地应用于个体实验动物，因为图谱的构建正是基于平颅位置²¹。此外，实验证据表明，采用个体化的平颅位置进行靶向的准确性优于固定门齿杆位置的调整方式²³。记录电极在背腹平面上的位置应通过持续监测多单位放电活动进行精细调节。沿电极轨迹经过的不同核团和白质结.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
定制的硬膜外 Ag/AgCl 电极	Goodfellow GmbH D-61213 Bad Nauheim, Germany info@goodfellow.com	产品编号 AG005127，用于 99.99% 银丝	Ag/AgCl 电极可提供更优的信号质量，但仅可用于急性实验。可能的替代品：不锈钢电极
带丙烯酸块的立体定位仪夹持器	David Kopf Instruments, 7324 Elmo Street, Tujunga, CA 91042, USA	产品编号 型号 1770 标准电极夹持器	确保丙烯酸块具有适合目标区域电极设置的凹槽。可用锉刀轻松修改丙烯酸块以获得所需构型。可能的替代品：自制电极夹持器
钨丝微电极，阻抗 1.5 MΩ	Microprobes.com 18247-D Flower Hill Way  Gaithersburg, Maryland, 20879 USA	产品编号 WE3ST31.5A5-250um	1.5 MΩ 的阻抗对于同时记录多单元放电（MUA）和局部场电位（LFP）是必需的。可能的替代品：可使用不同材料的微电极。电极必须笔直、坚固且尽可能细。
大鼠对准工具	David Kopf Instruments, 7324 Elmo Street, Tujunga, CA 91042, USA	产品编号 型号 944 大鼠对准工具	可实现脑组织的精确定向，以匹配立体定位图谱。可能的替代品：带套管的立体定位夹持器
双组分牙科丙烯酸树脂	Associated Dental Products Ltd. Kemdent Works, Purton, Swindon Wiltshire, SN5 4HT, United Kingdom	Simplex Rapid Powder Clear 225g，产品代码：ACR803；Simplex Rapid Liquid 150ml，产品代码：ACR920	根据所用电极的不同，若电极体积小且重量轻，使用超级胶水可能是一种简便的替代方案。可能的替代品：超级胶水（氰基丙烯酸酯类）
法拉第笼	自行构建		合适的法拉第笼是对抗电磁干扰的最佳防护，但任何可形成箱形或覆盖在框架上且由导电材料制成的物体均可能有所帮助。可能的替代品：铝箔或铜网
具备记录软件及在线 spike 分类功能的电生理记录系统	OmniPlex® Neural Data Acquisition System Plexon Inc 6500 Greenville Avenue, Suite 700 Dallas, Texas 75206 USA		离线分类软件是一种潜在替代方案，可在开源社区中免费获取多种脚本和软件。