在自由运动大鼠的反应中, 皮质局部电位和电皮质图谱的同时记录

Summary

我们开发了一种技术, 同时记录电皮质成像和局部场电位, 以响应来自自由移动的大鼠的诱发电位激光刺激。这项技术有助于在介观和宏观层面建立电皮质信号的直接关系, 这有利于大脑中的噪声信息处理的研究。

Abstract

选择性激活无噪声神经末梢的激光热脉冲引起的电皮质反应, 在许多动物和人类研究中被广泛用于研究诱发电位信息的皮质处理。这些激光唤起的脑电位 (lep) 由几个瞬态反应组成, 这些响应是随着激光刺激的发生而被时间锁定的。然而, lep 响应的功能特性在很大程度上仍然是未知的, 因为缺乏一种采样技术, 可以同时记录皮层表面的神经活动 (即电皮质图 [ecog] 和头皮脑电图 [头皮脑电图]) 和大脑内部 (即, 局部场电位 [lfp])。为了解决这个问题, 我们在这里提出了一个使用自由移动的老鼠的动物协议。该协议由三个主要程序组成: (1) 动物准备和手术程序; (2) 同时记录 ecog 和 lfp 对诱发电位激光刺激的反应; (3) 数据分析和特征提取。具体而言, 在3d 打印保护壳的帮助下, 将植入大鼠头骨上的 ecog 和 lfp 电极牢固地固定在一起。在数据收集过程中, 当动物处于自发静止时, 在老鼠的前爪上通过腔底的缝隙传递激光脉冲。持续的白噪声被播放, 以避免激活听觉系统的激光产生的超声波。因此, 只有有选择地记录的是噪声反应。使用标准的分析程序 (例如带通滤波、划时代提取和基线校正) 提取刺激相关的大脑反应, 我们得到的结果表明, 具有高信噪比的 lep 是同时记录从 ecog 和 lfp 电极。这种方法使同时记录 ecog 和 lfp 活动成为可能, 从而在介观和宏观层面提供了一座电皮质信号的桥梁, 从而促进了对噪声信息处理的调查。在大脑中。

Introduction

脑电图是一种记录大脑中数千个神经元同步活动所产生的电势和振荡大脑活动的技术。它被广泛用于许多基础研究和临床应用^1,2。例如, 脑电图对强烈激光热脉冲 (即lep) 的反应被广泛用于研究诱发感觉输入^{3,4, 5的}外围和中央处理。在人类中, lep 主要由三个不同的偏转组成: 早期成分 (n1) 是体细胞组织的, 可能反映初级体感感皮层 (s1)⁶的活动, 以及中心的晚期成分 (n2 和 p2)分布, 更有可能反映二次体感皮层, 脑岛, 和前扣带^{回皮层的活动 7,8}。在以前^{的研究 9,}10, 我们证明, 使用 ecog (一种颅内脑电图) 从直接放置在大脑暴露表面的电极中取样的大鼠 lep 也由三个不同的偏转 (即, 由睡眠动力学组织的 n1 和集中分布的 n2 和 p2)。大鼠 lep 成分的极性、顺序和地形类似于人类....

Protocol

实验中使用了成年雄性 sprague-dawley 大鼠 (重400-450 克)。所有手术和实验程序都遵循了《国家卫生研究院实验动物护理和使用指南》。这些程序得到了中国科学院心理学研究所研究伦理委员会的批准。

1. 电极植入术

1. 手术前将大鼠置入具有5% 异氟醚和 1 lmmin 气流率的腔内。
2. 使用立体定向装置, 将老鼠的头部固定在麻醉面罩中。通过麻醉面膜以2% 的浓度管理异氟醚, 气流速率为 0.5 lmmin, 以保持手术过程中的麻醉深度。请注意, 当大鼠对脚趾捏反应不佳时, 手术耐受性就会得到实现。
3. 将眼药膏涂在眼睛上, 避免角膜干燥。
4. 用标准的剃须刀刮掉大鼠头皮的顶部。
5. 使用医用碘消毒液和75% 的酒精对头皮进行消毒, 以去除碘。
6. 注射利多卡因 (2%) 到头皮局部镇痛。服用阿托品 (0.2 ml i. p.) 抑制呼吸分泌过多。
7. 用手术刀在头皮上做一个大约2-3 厘米的中线切口。沿着中线切割和切除部分头皮, 并暴露头盖骨。必要时, 使用电凝器止血。
8. 根据预定义的立体定向坐标 (根据 bregma 的位置放置) 标记 ecog 电极的位置, 以及参考电极和接地电极在中线上的位置 (分别放置在 lambda 上2毫米和4毫米)。
9. ecog 螺钉的钻孔 (直径: 0.5 毫米....

Results

在有代表性的实验中, 记录了5只大鼠的电生理数据。激光刺激被传递到每只老鼠的右前爪 20次, 有 gt;40 的刺激间隔。激光诱发电位的大脑反应被记录使用 ecog 螺钉和深度导线, 深度导线被植入双侧原生体感皮质 (s1) 和原发运动皮质 (m1)。

如图 1所示, 两个 ecog (以黑色标记) 和深度导线电极 (以颜色标记, 四个区域各有5条线) 根据立体导震坐标放置在以下位置 (参照 bregma 表示)。毫米;正 x 和 y 轴值分别表示右和前置位置): 左 ecog 中, x =-1.5 和 y = 1.75;在正确的 ecog, x = 1.5 和 y = 1.75;在左 s1, x =-4 和 y = 0.5;在正确的 s1, x = 4 和 y = 0.5;在左边 m1, x =-3 和 y = 3;在正确的 m1, x = 3 和 y = 3。

Discussion

在本研究中, 我们描述了一种技术, 同时记录 ecog 和皮质 lfp 反应引起的噪声激光刺激从自由移动的大鼠。结果表明, 在 ecog 和 lfp 信号中, 激光刺激发生后, lep 响应可以清晰检测到。同时记录 ecog 和皮质 lfp 信号将使科学家能够研究它们之间的关系, 以便更好地了解神经元活动对 lep 组件的贡献。

应注意拟议技术中的五个关键步骤。首先, 重要的是要确保颅骨的表面是干净和干燥的, 然后再固定在它的保护壳的基础上, 使用牙科丙烯酸。此步骤使保护壳底座能够稳定地固定。其次, 由于 ecog 螺丝的直径比孔的直径稍大, 最初的螺钉驱动会扩大孔, 形成螺丝钉。在本研究中, 钨线的孔与 ecog 螺钉的孔之间的距离非常小 (例如, 小于 0.3 mm)。如果所有孔都是在 ecog 螺杆驱动和深度导线插入之前钻孔的, 则 ecog 孔周围的头骨将是脆弱的, 并且在螺钉驱动过程中不会承受孔增大的机械载荷。因此, 在进行钨丝插入的孔钻之前, 需要将 ecog 螺钉驱动到孔中, 形成螺纹。如果插入的 ecog 螺钉在钻钨线的孔时阻碍视图, 建议在协议步.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
雄性 Sprague-Drawley 大鼠	Vital River
异氟醚	RWD 生命科学
小动物异氟醚麻醉系统	RWD 生命科学		包括大鼠麻醉防毒面具
立体定位仪	RWD 生命科学
具有 ECoG 和 LFP 组合电极			的装置该装置是自制的，它将 ECoG 和深度线电极组装到一个连接器模块
3D 打印的保护壳			上，外壳的质地是聚乳酸的，外壳是自制的，包含底座、墙壁和帽子三部分。墙壁上覆盖着铜锥，构成法拉第笼
钨丝（直径：50毫米）	加利福尼亚细线公司		用于皮质LFP记录的电极
不锈钢螺丝 （直径：0.6 mm）			用于 ECoG 记录
的电极 电动颅钻	RWD 生命科学
钻头（直径：0.5 mm）	RWD Life Science		该钻头用于钻 ECoG 螺钉的孔
钻头（直径：0.2毫米）	RWD Life Science		该钻头用于钻深线的孔
牙科芳基粉末	SNC 牙科
牙科芳基液体	SNC 牙科
石蜡	Fisher Scientific		该混合物用于密封开颅手术，以确保微线阵列的后续运动
矿物油	Fisher Scientific
电凝器	Bovie medical Corporation
RHD2132放大器板	Intan Technologies		A 32 通道前级
RHD2000 系统	Intan Technologies		数据采集系统
红外钕钇铝钙钛矿 （Nd：YAP） 激光发生器	电子工程
Matlab R2016b	The MathWorks