Method Article

自由运动大鼠皮质局部电位、心电图、肌电图和呼吸节律的同步记录

DOI:

10.3791/56980

⸱

April 2nd, 2018

 ,  , 
1Graduate School of Pharmaceutical Sciences, The University of Tokyo, 2Center for Information and Neural Networks

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

本研究介绍一种自由运动大鼠脑、心电图、electromyograms 和呼吸信号中局部场电位同时记录的方法。这种技术降低了实验成本, 简化了数据分析, 有助于理解大脑和周围器官之间的相互作用。

Abstract

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监测大脑和周围组织的生理动态是解决一些问题, 关于大脑如何控制身体功能和内部器官节律当动物暴露在情绪挑战和变化的生活环境。在一般实验中, 来自不同器官的信号, 如大脑和心脏, 是由独立的记录系统记录的, 需要多个记录设备和处理数据文件的不同程序。本研究描述了一种新的方法, 可以同时监测电 biosignals, 包括在多个脑区的局部场电位, 代表心脏节律的心电图, electromyograms 代表清醒/睡眠相关的肌肉收缩, 呼吸信号, 在一个自由移动的老鼠。这种方法的记录配置是基于一个传统的微驱动器阵列, 用于皮层局部场电位记录, 其中有数以万计的电极, 并且从这些电极获得的信号被集成到单个电板安装在动物的头上。在这里, 这个录音系统得到了改进, 使外围器官的信号也被转移到一个电子接口板上。在单个手术中, 电极首先分别植入适当的身体部位和靶脑区。所有这些电极的开端, 然后焊接到在动物的头部以上的电气板的个别通道, 以便所有的信号可以集成到单一的电路板。将此主板连接到记录设备, 可以将所有信号收集到单个设备中, 从而降低了实验成本, 简化了数据处理, 因为所有数据都可以在同一数据文件中处理。这项技术将有助于了解中央和外围器官之间的神经关联。

Introduction

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中枢神经系统控制身体状态以应对各种环境变化, 这种控制通常表现为心率、呼吸率和肌肉收缩的变化。然而, 很少有研究证实了这种外围生理因素与皮质活动有什么关联。为解决这一问题, 有必要从中央和外围组织监测电 biosignals 的大规模记录方法。在大脑皮层 , 局部场电位 ( LFP ) 信号入到皮质组织中的电极记录 extracellularly1,2,3。为了同时记录来自小哺乳动物 (如大鼠和小鼠) 皮质区域的多个 LFP 信号, 许多研究开发出了各种类型的定制电极组件, 称为微驱动器。传统的微驱动器由连接到电极中间部分的金属螺钉 (通常是 tetrodes), 一个容纳螺钉和电极的核心机构, 以及一个可容纳金属孔的电子接口板 (EIB) 来连接电极的打开端 (图 1、图 2和图 3)。这种电极组件使操作者能够控制在数天到数周内插入大脑的许多电极的深度, 并允许进行长期的神经元活动记录, 因为动物受到各种行为任务。在外围器官中, 心跳信号被植入在心脏区域或周围的一对电极上 (心电图), 在4,

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Protocol

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所有涉及动物的程序都是根据 NIH 的动物保护和使用指南进行的。

1. 集成微驱动器阵列的研制

  1. 为皮质 LFP 录制创建微驱动器阵列, 如其他地方所述1,2,3。在电极接口板 (EIB) 上留出至少6个金属孔, 用于心电图/肌电图/BR 通道, 如1.2 所述, 连接到 bioflex 线。
  2. 将 bioflex 线切成6片, 长度为5.0 厘米. 剥去聚四氟乙烯 (PTFE) 涂布两端的所有金属丝件, 长度为5.0 毫米. 将每个金属丝件的一端连接到一个打开的金属孔 (ECG/肌电信号/BR 通道) 上。 有金别针的欧洲投资银行。
  3. 将搪瓷线切成两5.0 厘米的碎片。焊锡每根导线的一端到欧洲投资银行的地面/参考 (g/r) 通道上 (图 3, 另请参阅以前的论文12,13)。
  4. 为制备心电图电极, 将 bioflex 线切成两个16厘米的片。将这些金属丝片两端的聚四氟乙烯涂层剥离在一端 (短端) 的长度为5.0 毫米, 另一端为15毫米 (长....

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Results

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这种方法可以同时捕获来自多个器官的生物电信号, 这些信号代表大脑的神经元活动, 心率, 呼吸节律和骨骼肌收缩(图 1)。图 4提供了可自由移动的大鼠在矩形框 (25 x 40 厘米2) 中自由觅食的具有代表性的记录数据。示例数据集包括移动和静止状态之间的典型行为转换。用小波分析方法从海马 LFP 跟踪计算出功率谱。从嗅球的表面积记录的 BR 信号用于粗略估计呼吸频率的相对变化, 例如在探索性嗅探行为过程中发生的。

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图 1: 用于监视来自自由.......

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Discussion

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为了了解大脑如何调节外围活动水平, 反之亦然, 大规模的记录方法同时捕获多体区域的电 biosignals 是必要的。这项研究描述了一个手术程序, 一个记录系统, 监测大脑局部磁场电位, 心率, 肌肉结构的大小和呼吸率, 已经改善了记录系统, 用于脑组织中的细胞外记录。该系统在集成的微驱动器阵列上收集来自大脑和外围器官的电信号到单一的 EIB 上。综合微驱动器阵列的制备应在手术前至少几个小时启动, 因为需要一段时间。在这里, 驱动器阵列包括用于记录大脑局部场电位的 tetrodes, 但如果这些电极的两端经过适当的焊接, 则可以将其他类型的金属电极 (如铂和钨电极) 连接到欧洲投资银行。在《议定书》的手术过程中, 经验丰富的实验者能够在2-3 小时内完成所有程序。

这个协议中的一个关键步骤是电极在组织上的定位, 特别是心电图和肌电图电极。为了获得稳定的记录, 可能需要多次训练重复。到目前为止, 所有录音都在手术后至少一个月内稳定下来。实验者应该注意到, 如果记录数据的信噪比变得很低, 这个问题经常是由于地面/参考电极的松散固定, 或者 EIBs 或另一端的电线两端的焊接不足。电线........

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Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

作者没有什么可透露的。

Acknowledgements

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这项工作得到了 Kaken (17H05939; 17H05551)、臣基金会和 Suzuken 纪念基金会的支持。

....

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
FEP 连接线绞合不锈钢 Cooner Wire Company， Chatsworth， CAAS 633Bioflex wire
EIB-36-PTBNeuralynx， Inc.， Bozeman， MTEIB-36-PTBEIB
Cereplex M贝莱德 Microsystems，犹他Digital headstage
Cereplex Direct 贝莱德 Microsystems，盐湖城，犹他数据采集系统
UEW 聚氨酯漆包线Oyaide.com，日本东京UEW 0.14mm 20m 漆包线
SD-102日本东京成重SD-102高速钻
Minimo ONE SERIES ver.2Minitor Co.，Ltd，日本东京C2012高喷钻电源 
Provinice 250 mLShofu Inc.， Kyoto， Japan213620136牙科水泥
小动物麻醉剂 日本千叶市生物机械TK-7麻醉剂 
盐酸丁丙诺啡Sigma-Aldrich，密苏里州圣路易B7536-1ML镇痛药
异氟醚DS Pharma Animal Health，日本大阪 Isoflu 250mL
凡士林，白色 Wako Pure Chemical Industries， Ltd.， 大阪， 日本224-00165 兽药膏 
 海藻酸钠Nacalai tesque， Kyoto， Japan31131-85
氯化钙二水合Wako Pure Chemical Industries， Ltd.， Osaka， Japan031-00435 
不锈钢螺丝 M1.0×4.0 MonotaRO， 兵库县， 日本42617504用于 BR 电极的不锈钢螺钉
不锈钢螺钉 M1.4×3.0MonotaRO， 兵库县， 日本42617687用于 g/r 电极和锚栓的不锈钢螺钉
州盐湖城 州 斯 物

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Kloosterman, F., et al. Micro-drive Array for Chronic in vivo Recording: Drive Fabrication. JoVE. (26), e1094(2009).
  2. Nguyen, D. P., et al. Micro-drive Array for Chronic in vivo Recording: Tetrode Assembly. Journal of Visualized Experiments : JoVE

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