方法文章

抑郁症和帕金森病小鼠模型中腹内侧前额叶皮层的清醒电生理剖析

DOI:

10.3791/69366

2025年12月30日

本文内容

摘要

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

我们利用一种帕金森病(PD)样小鼠模型,该模型在背侧裂缝核(DR)中过度表达突变的人类α-突触核A53T形式(h-α-Syn),开发了一种电生理记录方法,以探讨腹内侧前额叶皮层(vmPFC)-DR回路在PD抑郁/焦虑障碍中的作用。

摘要

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

虽然帕金森病(PD)主要被认为是一种运动障碍,但非运动症状通常在运动缺损之前出现,并显著影响疾病进展,在所有疾病阶段都至关重要。其中,抑郁和焦虑是最常见的症状,女性的症状负担比男性高。血清素能(5-HT)系统的改变常与情绪障碍相关,帕金森病(PD)和抑郁症患者的5-HT包管核(RN)中观察到α-突触核(α-Syn)的积累。因此,理解这些非运动症状背后的神经回路至关重要。

本研究采用女性小鼠模型,在DR中过度表达突变的人类α-合成蛋白(h-α-Syn)——腹内侧前额叶皮层(vmPFC)-背侧缝核(DR)回路在帕金森病相关情绪障碍中的作用。我们的方法能够高分辨率评估下皮层(IL)和边缘前皮层(PL)在基础条件以及厌恶条件反射和消退期间的神经元活动。我们利用清醒、固定头部的小鼠的音光感官条件反射范式,利用多通道电生理探针记录神经元反应。实验在虚拟现实走廊中进行,将圆柱形跑步机与双屏视觉显示结合起来,既能保持行为参与,又确保对感官刺激的精确控制和记录稳定性。

该方案建立在IL和PL皮层在恐惧条件反射和消退中的既有参与基础上,提供了一个稳健的框架,用于研究与抑郁和焦虑样行为相关的神经回路中的动态神经活动。通过在受控条件下同时进行行为和电生理测量,该方法为阐明帕金森病非运动症状的神经生物学机制和测试潜在干预措施提供了有力工具。

引言

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

帕金森病(PD)是一种运动障碍,但非运动症状已知早于运动表现出现,且在所有疾病阶段1234阶段均至关重要。其中,抑郁和焦虑是最常见的神经精神症状,严重影响帕金森病患者的生活质量,并导致女性比男性更高的症状负担5。尽管如此,他们常常被低估且治疗不足。基于以上所有原因,了解帕金森氏症神经生物学及其相关神经回路对于对患者进行分层并提供更个性化的护理至关重要。

尽管帕金森病的病因部分尚不明确,但已识别出若干关键的神经病理特征。该病的特征是黑质纹状体系统中多巴胺能(DA)神经元和纤维的逐渐退化和丧失,导致PD 7,8的典型运动缺陷。PD的另一个特征是路易体(LB)和路易神经质——由纤维蛋白聚集体形成的细胞内包裹体——主要由α-突触核蛋白(α-Syn9,10组成。神经影像学研究还显示,其他神经递质系统受到影响——甚至在DA参与之前——其中包括血清素能(5-HT)系统11,12,13。血清素能(5-HT)系统的变化通常与情绪障碍相关,已在被诊断为帕金森病(PD)和抑郁症患者的5-HT缝隙核(RN)中检测到α-突触核(α-Syn)沉积。

背侧锁链核(DR)是RN15中最大的5-闭合核,在情绪调节、感知、奖励、攻击性和社交互动中起着关键作用。因此,DR功能障碍与神经精神疾病如压力、焦虑和抑郁有关(15,16)。此时,强调DR与前额叶皮层(PFC)之间强烈的双向功能和解剖联系非常重要,前额叶皮层是高阶脑功能所必需的大脑区域。虽然前前额肌更偏背侧的区域与认知功能相关,但更腹内侧的区域(vmPFC)在情绪调节、动作控制、记忆和决策中起着基础作用(17,18)。因此,vmPFC和DR共同显著影响情绪,该回路活动改变与抑郁症状相关18。此外,RN中5-HT神经元中α-Syn的聚集已被证明会诱发焦虑和抑郁样表型19,20,21。

利用一种患有抑郁表型的PD雌性小鼠模型,通过腺相关病毒(AAV)载体在DR中过度表达突变的人类α-合成蛋白A53T形式(h-α-Syn),我们开发了一种电生理记录方法。该方法旨在探讨vmPFC-DR回路在帕金森病中抑郁/焦虑障碍中的作用。该方法通过单单元和局部场电位(LFPs)记录,评估清醒小鼠下皮层(IL)和前边缘皮层(PL)的神经活动。这是通过多通道探针配合虚拟现实运行器实现的。鉴于PL和IL皮层在厌恶条件反射中的参与,我们还测量它们在该范式下的活动,以评估它们在压力情境下的表现。必须明白,PL主要驱动条件反应,而IL皮层在这些反应的消亡中起关键作用(22,23)。

以下方案描述了植入头杆并在 体内快速记录PL和IL皮层电活动的步骤。我们通过虚拟现实走廊实现这一点,该走廊结合了为固定头部鼠标设计的圆柱形跑步机和双屏视觉显示。该方案分为四个主要阶段:(1)头杆植入手术,(2)习惯化,(3)记录与信号采集,以及(4)数据分析:尖峰排序和数据预处理。

在诱导大脑5-HT系统中h-α-Syn过表达三周后,小鼠接受头杆植入手术,从而实现后续的头部固定。经过一周的恢复期后,小鼠会习惯实验者以及跑步机和固定头部系统,持续4天。在记录日,该设备用于记录PL和IL皮层在基线条件下及厌恶条件反射下的神经活动。原始神经数据通过Kilosort4自动尖峰排序处理,随后在Phy2中手动整理,以提取高质量的单单位簇以供进一步分析(见图1)。

提议的清醒、固定头部多通道vmPFC记录协议相比传统替代方案如麻醉或体外制剂及无线记录在自由活动动物中具有多项优势。与麻醉或体外方法不同,该方法允许在虚拟现实环境中,在受控视觉和听觉刺激下评估vmPFC活动,这对于实施厌恶条件反射范式至关重要24,25。与自由移动的录音不同,固定头部配置提供了对感官输入和任务条件的精确实验控制,从而减少了变异性并实现了一致的试验结构。此外,集中注意力降低了自由移动范式中任务脱离的风险,尤其是在厌恶刺激下,同时仍允许高产率、稳定的多声道录音26

从实际角度看,该方案要求动物习惯于头部固定和跑步机跑步,但它受益于市面上商业化且相对经济的头部固定系统,这些系统包含圆柱形跑步机。这使得该方法对小型实验室更为易用,因为探头可以多次重复使用(最多插入~10次),相比长期自由移动的植入物,成本显著降低。因此,该方法在实验控制、行为相关性和成本效益之间取得了平衡。另一个需要考虑的因素是厌恶条件反射范式的实施。本研究采用基于啮齿动物天生畏光的实验设计:10个听觉音调(条件刺激)后,每个音调后短暂暴露于强光(无条件刺激)。虽然这种模式比其他经典条件反射方法(如电击)压力更小,但它构成了更接近现实世界的压力源。

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

方案

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

所有实验均由年龄匹配的对照组进行,动物作设计遵循3R规则;根据欧盟指令2010/63(2010年9月22日)、西班牙立法(RD 1201/2005、L.32/2007和L.6/2013)所列举的伦理指南,并由瓦伦西亚自治政府批准(ES462500001003;参考号2023-VSC-PA-0073)及瓦伦西亚大学当地生物伦理委员会(参考号A20230214153605)。

注意:为确保安全和防止污染,整个过程中请佩戴个人防护装备,包括一次性手套和短靴、实验服、口罩和发网。根据当地法规和适用的国家回收计划,使用兽医药物回收系统处理因使用残留物而产生的残留物。

1. 鼠标模型生成

注:成年雌性C57BL/6J小鼠(9周龄)在受控环境条件下饲养(22±1°C;12小时明暗周期),可自由获取食物和水。

  1. 在小鼠麻醉腔内异氟醚麻醉(诱导4%,维持2%)下,随机分配小鼠接受立体定向显微注射(相对于波格玛坐标:前后[AP] −4.5毫米,中侧[ML] −1.0毫米,背腹[DV] −3.2毫米;注射角度:20°),使用自动微注射器,流量0.4微升/分钟。 如前所述,192728
  2. 确保每只小鼠总量为0.6微升,要么接收一个重组腺相关病毒血清型1/2(AAV1/2;浓度:5.16 ×10 12 gp/mL),编码人类h-α-Syn的A53T突变形态,以诱导DR的5-HT神经元(n=4)中过度表达(n=4),或一个含有非编码填充DNA(AAV-EV)的空AAV1/2载体。 用作对照组(n=5)。
  3. 为防止反流,针头再保持8分钟,然后以320-400微米/分钟的速度缓慢拔出。
    注意:为了安全起见,确保扫气系统在进行任何立体定向手术前能够正常捕获麻醉蒸气(第1和第2节)。如果在加注蒸汽器时发生异氟醚泄漏,应立即使用惰性吸水材料(如锯末)清理。根据当地法规,使用兽医药物回收系统处理异氟醚过滤器及其残留物。

2. 头部-导骨植入手术

注意:在生成小鼠模型后3周,按照以下步骤进行头杆植入手术。

  1. 术前准备与麻醉
    1. 用异氟醚麻醉动物(诱导用4%,维持用1.5-2%),通过异氟醚蒸发器给药。
    2. 将小鼠置于立体定位器中加热垫上,以在整个过程中保持体温。
    3. 轻轻打开小鼠的嘴,将其牙齿放在咬合杆上,并连接立体定向装置的面罩,以确保持续的异氟醚输送以维持麻醉。
    4. 使用眼药水预防眼部溃疡。
    5. 手术刀切口前至少10分钟通过皮下注射布托法诺(5 mg/kg,盐水溶液)进行镇痛。
    6. 在内耳涂抹局部利多卡因(每只耳朵各0.03毫升,4毫克/公斤,最大剂量不超过7毫克/公斤或利多卡因/普利卡因软膏[利多卡因25毫克/克和普利卡因25毫克/克]),以减轻耳杆带来的不适。
  2. 立体定位与头骨准备
    1. 将耳杆固定在头部位置,确保对称且动作最小。
    2. 调整门牙杆,使Bregma和λ保持水平水平,确保它们位于中线。
    3. 通过检查足部撤回、睑反射、呼吸频率下降和胡须移动的缺失,确认麻醉诱导。
    4. 确保鼠标正确放置在立体定位框架内,并仔细调整耳杆。
    5. 刮除手术部位并使用消毒液(聚维酮碘后加70%乙醇)消毒,以降低感染风险。
    6. 在头皮中线切开,轻轻拉开下方组织以暴露头骨,同时保持止血。确保皮肤被充分打开,以显示顶颞脊。为此,在皮肤下的筋膜上放置四个细小的斗牛犬夹,以最大化暴露。
    7. 清理并彻底干燥暴露的头骨,以便清晰看到解剖标志(bregma和lambda)。
    8. 通过将头骨和λ骨头对齐在同一水平面上,使头骨在前后轴上平整。
    9. 通过匹配两侧顶颞脊的深度,使头骨在中外侧轴上保持水平。
  3. 钻孔与植入
    1. 在坐标AP:+1.75处在vmPFC上方钻一个直径1毫米的孔;ML:−0.4;DV:+3.1(图2)。使用立体转向臂在记录当天用墨水标记四个顶点,以指导硅探针插入。此外,用手术刀连接上述点,并大量涂抹墨水,使其渗透切口,确保痕迹稳定,从而画出十字。用沾有70%酒精的棉签去除多余墨水。
    2. 在小脑上方后颅骨区域钻两个额外孔。分别在每个孔中手动插入一根导线以便后续参考和接地(见图2)。
      1. 或者,可以使用不锈钢螺丝(A2不锈钢,M1×2尺寸,或18-8不锈钢螺丝,直径0.061英寸×长度3/16英寸)或不锈钢公式跳线。无论选择哪种方式,确保提供电接触的元件始终与大脑表面保持直接接触,不施加压力,以避免组织损伤、影响动物福利或影响记录质量。
    3. 用手术刀在暴露的颅骨上刻浅沟槽,增加表面积以增强植入物的粘附。
    4. 在清洁和干燥后的头骨上依次涂抹中间型牙科胶树脂:首先是基质催化剂混合物,使其完全干燥,然后使用含粉末混合物,确保覆盖整个表面和头骨边缘。在进行手术前,用镊子确认颅骨与未来植入物之间的粘合剂已完全牢固。
    5. 在PFC记录孔和参考/磨砂孔之间放置一根不锈钢头杆(见图2)。将头杆与立体定位臂对齐,确保与头骨完全齐平,从而在头部固定及后续硅探针插入过程中保持准确的立体坐标。
    6. 使用牙科胶水将所有金属部件粘结在颅骨上,并小心避免任何水泥进入录音孔。
    7. 用双组分外科硅胶覆盖开颅手术部位。
      注意:如果严格遵循所有步骤,头部的植入及后续功能预计将顺利进行,预计成功率超过95%。
  4. 术后护理
    1. 仔细监测脑部手术后的老鼠恢复情况,确保动物恢复意识、保持体温并获得疼痛缓解。
    2. 老鼠单独关在笼子里,并观察直到完全康复。
    3. 术后每12小时注射一次皮下布托尔凡醇(5 mg/kg,盐水溶液中),持续3天。
      注意:(关键)在整个手术过程中,持续监测生命体征(心率和呼吸频率、血氧饱和度和血压)。根据需要使用眼药水,以防止角膜干燥或损伤。

3. 习惯化

注意:一旦小鼠恢复术前体重(大约术后5至7天),开始为期4天的适应方案,逐步适应实验环境。

  1. 第1天:进行两次10分钟的作,每次间休息1小时,让小鼠熟悉实验者。在鼠标放在前臂时轻轻触摸,让它熟悉实验者。
  2. 第2天:进行两次5分钟的搬家训练。每次训练后,以10秒间隔轻轻握住老鼠头杆,总共5分钟。
  3. 第3天:在短暂的作后,让老鼠在跑步机上自由奔跑7分钟。然后固定头部,保持老鼠保持头部固定位置5分钟。
  4. 第4天:进行一次15分钟的固定头部跑步机跑步训练。
    注意:(关键)根据既定动物福利指南,表现出过度减重、理发、探索行为减少或活动能力下降的动物,必须退出研究。植入物必须保持完全稳定。任何位移都需要将该动物排除在研究之外,因为这可能在记录过程中损坏多通道探针,和/或导致信号不稳定、噪声较大。

4. 探针准备

注意:要将探头连接到适配器(图3A),请按照以下步骤作:

  1. 将探针适配器/连接器连接到立体定位臂适配器上。
  2. 将两个头级适配器(每个Om32)与探针适配器(见图3A)连接,确保方向一致并避免过度受力。
  3. 将探头连接到适配器(见图3B)。为了实现IL和PL区域在64个不同深度的同时记录,使用单柄、64通道的硅探针(柄长:8毫米;柄厚:15微米)(见图4A)。
  4. 为便于探针的后续定位,需在探针上涂覆组织学相容的荧光染料或铁磁粒子,从而实现后续记录点的验证。
  5. 通过以下方法之一涂抹染料:
    1. 将整根刀杆浸入溶液中。
    2. 从微量移液器中滴下一小滴溶液到探针上,然后沿着刀柄涂抹。
    3. 用蘸了溶液的细刷在探针背面上色。
    4. 在步骤4.5.2和4.5.3中,至少施行三次冲洗以确保柄部得到充分涂层。
      注意:4.1至4.3步仅在首次使用探针时要求,因为它可以在多个录制会话中重复使用。录制完毕后,断开串行外设接口(SPI)线缆,同时保持探头连接适配器,适配器安装在立体磁臂适配器上。

5. 记录与信号获取

  1. 通过阴道涂片中基于细胞类型学的非侵入性方案监测发情周期,确保女性处于发情期29,30
  2. 将动物固定在带有立体定位框架的圆柱形跑步机上(见图4B)。确保跑步机和框架正确对齐,以提供不同受试者的稳定性和可比性。
  3. 要记录和获取信号,请按照步骤5.3.1-5.3.15作。
    1. 使用放大镜确保植入物完全不动。
    2. 将探针组件——包括探针、适配器和头级适配器——安装到立体定位框架的适配器臂上。
    3. 将之前连接到采集板的SPI电缆连接到头级(图3B)。记录每个主机级连接的SPI电缆,因为这对后续自动尖峰分拣时电极布局至关重要。
    4. 将探针适配器的接地线连接到记录半球同侧的公桥,并将参考线连接到对侧。在嵌入脑部的导线上涂少量焊锡,然后短暂加热以固定连接。避免过热,以免损伤底层组织或适配器电子元件。
    5. 放置放大镜以观察PL和IL皮层探针插入的孔洞。确保墨水标志始终清晰可见,以保持手术过程中的精确立体坐标。
    6. 利用立体定位臂和预先标记的标志,将探针引导到vmPFC孔的中心。
    7. 小心地将探头置于开颅中心,轻轻触摸脑表面。在暴露的组织上涂抹温盐水以防止干燥。
    8. 开始以每分钟50微米的速度降低探头,持续4-5分钟,以减少组织炎症。确保探针柄在初次插入时不会弯曲。
    9. 测量录音点的阻抗,并与制造商提供的阻抗进行比较。初步评估确保进入大脑的首批通道在插入过程中未受损或阻塞。
      注意:(关键)电极阻抗应与制造商的基线值进行比较。通常允许最多~30%的偏差,且不会影响录音质量。30%到100%的增加仍可用,但需谨慎并密切监测。超过100%的变化通常表明受损或堵塞,受影响部位应被视为不可靠。在这种情况下,应如前所述对探头进行清洁以降低阻抗。如果阻抗无法恢复到可接受范围,则必须丢弃探针。然而,最终还是由实验者考虑能容忍多少不可靠通道,然后才会丢弃探针;一个常用的标准是,被攻破的信道不应超过~10%。
    10. 继续以50微米/分钟的速度降低探头,同时监测进入大脑的通道的实时信号。核实这些信号是否与先前评估过的信道相似,以确认插入正确。
    11. 推进探头直到深度达到+3.1 mm DV,同时在下放过程中使用温盐水保持开颅口水分。
    12. 取下放大镜,消除房间内其他电噪声来源。
    13. 重新测量阻抗,以确认探针下放时没有记录点被堵塞。
    14. 从4-5个连续通道监听信号作为参考,等待90-120分钟以获得探针信号稳定。在此稳定期后,确认信号漂移最小,以确保后续自动尖峰分选能可靠隔离单单元簇。
    15. 在开始采集数据前重新测量阻抗,以确认记录现场的正确条件并建立基线阻抗测量。定期使用温盐水以防止组织干燥。将录制保存为二进制文件(例如.dat或.bin),以便后续对数据进行预处理。
  4. 稳定后,按照步骤5.4.1-5.4.6进行。
    1. 记录30分钟的基线神经活动(图4C)。
    2. 基线记录后30分钟,使用Arduino启动厌恶条件反射方案。该系统包含10个听觉音调(每音调10个s),每分钟一次,持续10分钟。每个音调后紧接着通过虚拟现实迷宫屏幕呈现的10秒光刺激(图4C)。
    3. 记录10分钟内的神经活动,且不使用任何条件反射刺激。
    4. 在消灭协议期间记录PL和IL皮层活动,该过程呈现10个听觉音调,但没有随后的光刺激。
    5. 在没有任何刺激的情况下,记录神经活动10分钟。
    6. 停止录音。
  5. 录音后程序:完成录音后,按照步骤5.5.1进行。
    1. 探针取出:使用温盐水,并以100-150微米/分钟的速度小心取出探头,同时持续监测电极信号,以避免探针机械损伤和组织拉伸,避免影响后续组织重建。
    2. 探头从脑部取出后,立即将刺刀浸泡在蒸馏水中10分钟,以防止附着组织干燥。
    3. 对动物进行麻醉,使用戊巴比妥钠(100 mg/kg)。然后,在化学排气罩内,向小鼠经心灌注80毫升生理盐水(0.9%),接着注入80毫升4%的对甲醛,稀释于花生酱(0.1 M,pH 7.6)。
      1. 为避免对甲醛、接触和吸入,请使用眼睛/面部防护装备、化学防护手套和防尘口罩。灌注结束后,将剩余的对甲醛沉积到非卤素溶剂容器中。
      2. 如果发生溢出,应将材料弄湿以防止尘埃扩散,并放入密封容器中。用漂白剂清洁受污染区域和工作表面,以中和对甲醛。
    4. 取出脑部,固定后在4°C过夜,并以30%蔗糖浸泡在PB(0.1 M,pH 7.6)中,4°C以进行冷冻保护。使用冷冻切片机获取30微米冠状切片,并将切片安装在明胶化玻璃载玻片上。
      注意:这些切片将用于通过免疫组化确认DR α-Syn过表达,如前述的192021和探针位置。
    5. 探头清洁:将探针可植入区域浸入1%酶类洗涤剂溶液中的蒸馏水中1小时。
    6. 将探针柄浸泡在蒸馏水中再浸泡10分钟,以去除洗涤剂残留。
    7. 保持直立姿势干燥20-30分钟。干燥后,用显微镜检查探针,确认记录部位无组织或杂质残留。如果探针完全干净,浸泡在高档异丙醇中1分钟,然后存放在原装防静电盒中。

6. 数据分析:尖峰排序与数据预处理

注意:要分析细胞外神经记录并将单个尖峰归因于特定神经元,请使用Kilosort431 尖峰排序算法。

  1. 使用 Kilosort431 执行自动尖峰排序。在 Kilosort4 图形界面中,选择二进制记录文件,并根据制造商的配置表指定探头布局。使用默认参数进行尖峰排序,这些参数非常适合捕捉IL和PL皮层中记录的波形,无需进一步调整。
  2. 用Phy2(kwikteam/phy)检查Kilosort输出,方便额外手动整理。加入社区开发的插件(petersenpeter/phy2-plugins;jiumao2/PhyWaveformPlugin),为Phy2增加额外功能,提升策划数据的质量。
  3. 标记为噪声,丢弃频率为<0.05 Hz或峰数少于500个的集群。
  4. 另外,将以下聚类标记为噪声:
    1. 那些显示三角形自相关图的标记为噪声。
    2. 那些波形形状不像尖峰的标记为噪声。
    3. 将单个录音通道或所有声道中检测到的噪声标记为噪声,且其幅度各异。
    4. 将那些在自相关图中表现出强烈周期性的标记为噪声。
  5. 仅选择具有生理上适当波形、自相关图中有难应谷证据、合理幅度变化且主成分明显分离的簇。
  6. 通过应用基于距离的异常值去除,手动清理每个星团。
  7. 继续审查波形和幅度变化,作为手动清洁有效性的关键指标。
    注意:一旦尖峰排序完成,可以使用Python实现的例程分析vmPFC的神经元活动模式。

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

结果

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

利用详细实验方案对PL和IL皮层活动的最新记录揭示了重要发现:DR中的h-α-Syn过度表达,导致雌性小鼠出现焦虑样表现型,同时也改变了腹内侧vmPFC活性。通过基于Python的分析,我们证明了DR核5-HT神经元中的α-Syn过度表达改变了vmPFC-DR回路的放电动力学和功能组织,从而减少了神经元亚型之间的电生理区分。在对照动物中,神经元亚型基于电生理特性明显可区分,从而能够准确分类SST+、锥体和PV+神经元。相比之下,A53T α-Syn 过表达导致明显的分离性丧失,导致特征空间重叠,神经元群体间存在大量错误分类(见图5)。这种破坏反映了发射率分布的崩溃,表明α-Syn病理影响了维持正常条件下回路级组织的独特电生理身份。

图6展示了对照动物和那些过度表达突变A53T形式的h-α-Syn的神经元,利用我们自己的phyton程序(https://github.com/NeuronalCircuitsLab-UV/Papers-Projects/tree/ma...

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

讨论

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

该方案采用了一种稳健的方法,用于在清醒、固定头部小鼠中进行PL和IL皮层的体内电生理评估,采用虚拟现实走廊系统。该方法的重要性在于能够在PD模型中直接研究vmPFC-DR回路,在觉醒状态下表现良好。即使头部专注限制动物的动作并可能带来压力,它仍能精确控制刺激,记录稳定性,并适合研究感知和认知过程,尽管可能不反映自然行为24,25。该方法相比体外或麻醉制剂具有显著优势,因为它允许研究神经活动在更具生理相关性的状态下,尤其是在厌恶条件反射中,这对应激情境进行建模(32,33)。事实上,在全身麻醉期间,行为状态和大脑整体活动,尤其是皮层反应,会发生深刻变化 34,35,36。

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

披露

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

作者声明没有利益冲突。

致谢

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

本研究由2023年BBRF青年研究员资助31547(MSA)、MCIU/AEI/FEDER欧盟资助PID2022-141700OB-I00、MCIN/AEI/10资助。13039/501100011033(阿尔伯塔省)、AGAUR 2021-SGR-01358、加泰罗尼亚政府(AB)以及PID2022-141733NB-I00(佛蒙特省)。我们还要感谢西班牙压力研究网络MCIN/AEI/10.13039/501100011033以及CB/07/09/0034心理健康生物医学研究中心网络(CIBERSAM)。MSA获得了瓦伦西亚大学颁发的玛格丽塔·萨拉斯奖学金(MS21-132),该奖学金由西班牙政府大学部重新分类,由欧盟资助,即下一代欧盟。

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
AAV1/2-CMV/CBA-人类A53T aSyn-WPRE-BGH-polyA查尔斯河GD1001-RV人类A53T aSyn
AAV1/2-CMV/CBA-Null/Empty-WPRE-BGH-polyA查尔斯河GD1004-RV空矢量控制
ADPT A64-Om32x2剑桥神经技术学院全能学 2228适配器
双组分外科硅胶 世界精密仪器奎克-嫂子
布托尔法诺尔 Torbugesic 兽医 / cymit quí云母67753-31-5
杜拉莱信实牙科制造 / 卡尔马43640牙科水泥及nbsp;
H9 多通道探头剑桥神经技术学院ASSY-77 H9
EMLA乳膏(利多卡因/普里科莱因) 利里奥斯·瓦恩蒂尔德;& 急性;Sempere 药房679290
微注射机 世界精密仪器KDS-310-PLUS
MSS异氟醚蒸发器 英国医疗用品与服务MSSVAP02 
开放Ephys收购委员会开放的EphysOEPS-9029采购委员会;开放Ephys采集委员会可通过USB向计算机传输多达512通道的神经数据
C&B元纽带 帕克尔S380-RD快速胶水
戊巴比妥 致命维托喹酚/默克生命科学公司,S.L.U.P-010-1ML巴比妥酸盐
右转32通道及nbsp;头舞台Intan科技#C3314头台适配器 
冰晶流Thea S.A. Laboratories / Lirios Vañ& 急性;Sempere 药房6515167眼科凝胶 
立体定向装置及nbsp;斯托尔廷51730U
立体定向框架成重SR-6N/SM-15R
特格-a-酶西格玛·奥尔德里奇Z273287探头清洁剂

参考文献

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Cooney, J. W., Stacy, M. Neuropsychiatric issues in Parkinson's disease. Curr Neurol Neurosci Rep. 16 (5), 49(2016).
  2. Schapira, A. H. V., Chaudhuri, K. R., Jenner, P. Non-motor features of Parkinson disease. Nat Rev Neurosci. 18 (7), 435-450 (2017).
  3. Ahmad, M. H., Rizvi, M. A., Ali, M., Mondal, A. C. Neurobiology of depression in Parkinson's disease: Insights into epidemiology, molecular mechanisms and treatment strategies. Ageing Res Rev. 85 (1), 101840(2023).
  4. Absalyamova, M., Traktirov, D., Burdinskaya, V., Artemova, V., Muruzheva, Z., Karpenko, M. Molecular basis of the development of Parkinson's disease. Neuroscience. 565 (1), 292-300 (2024).
  5. Crispino, P., et al. Gender differences and quality of life in Parkinson's disease. Int J Environ Res Public Health. 18 (1), 198(2020).
  6. Chuquilín-Arista, F., Álvarez-Avellón, T., Menéndez-González, M. Prevalence of depression and anxiety in Parkinson's disease and impact on quality of life:A community-based study in Spain. J Geriatr Psychiatry Neurol. 33 (1), 207-213 (2020).
  7. Greffard, S., et al. Motor score of the Unified Parkinson Disease Rating Scale as a good predictor of Lewy body-associated neuronal loss in the substantia nigra. Arch Neurol. 63 (1), 584-588 (2006).
  8. Mamelak, M. Parkinson's disease, the dopaminergic neuron and gammahydroxybutyrate. Neurol Ther. 7 (1), 5-11 (2018).
  9. Wakabayashi, K., Tanji, K., Mori, F., Takahashi, H. The Lewy body in Parkinson's disease:Molecules implicated in the formation and degradation of alpha-synuclein aggregates. Neuropathology. 27 (5), 494-506 (2007).
  10. Sezgin, M., Bilgic, B., Tinaz, S., Emre, M. Parkinson's disease dementia and Lewy body disease. Semin Neurol. 39 (2), 274-282 (2019).
  11. Jellinger, K. A. The pathobiological basis of depression in Parkinson disease:Challenges and outlooks. J Neural Transm. 129 (12), 1397-1418 (2022).
  12. Wang, J., Sun, J., Gao, L., Zhang, D., Chen, L., Wu, T. Common and unique dysconnectivity profiles of dorsal and median raphe in Parkinson's disease. Hum Brain Mapp. 44 (1), 1070-1078 (2023).
  13. Miquel-Rio, L., Sarriés-Serrano, U., Pavia-Collado, R., Meana, J. J., Bortolozzi, A. The role of α-synuclein in the regulation of serotonin system: Physiological and pathological features. Biomedicines. 11 (2), 541(2023).
  14. Halliday, G. M., Blumbergs, P. C., Cotton, R. G., Blessing, W. W., Geffen, L. B. Loss of brainstem serotonin- and substance P-containing neurons in Parkinson's disease. Brain Res. 510 (1), 104-107 (1990).
  15. Ren, J., et al. Single-cell transcriptomes and whole-brain projections of serotonin neurons in the mouse dorsal and median raphe nuclei. Elife. 8 (1), e49424(2019).
  16. Huang, K. W., et al. Molecular and anatomical organization of the dorsal raphe nucleus. Elife. 8 (1), e46464(2018).
  17. Hiser, J., Koenigs, M. The multifaceted role of the ventromedial prefrontal cortex in emotion, decision making, social cognition, and psychopathology. Biol Psychiatry. 83 (1), 638-647 (2018).
  18. Alexander, L., Wood, C. M., Roberts, A. C. The ventromedial prefrontal cortex and emotion regulation: Lost in translation. J Physiol. 601 (1), 37-50 (2023).
  19. Miquel-Rio, L., et al. Human α-synuclein overexpression in mouse serotonin neurons triggers a depressive-like phenotype. Rescue by oligonucleotide therapy. Transl Psychiatry. 12 (1), 79(2022).
  20. Sarries-Serrano, U., Miquel-Rio, L., Surroca-Lopez, A., Paz, V., Meana, J. J., Bortolozzi, A. Sex-based modulation of endoplasmic reticulum stress and antidepressant response in a mouse model of α-synucleinopathy. Neuroscience Appl. 2 (1), 101028(2023).
  21. Miquel-Rio, L., et al. Early synaptic changes and reduced brain connectivity in PD-like mice with depressive phenotype. NPJ Parkinsons Dis. 11 (1), 242(2025).
  22. Vidal-Gonzalez, I., Vidal-Gonzalez, B., Rauch, S. L., Quirk, G. J. Microstimulation reveals opposing influences of prelimbic and infralimbic cortex on the expression of conditioned fear. Learn Mem. 13 (6), 728-733 (2006).
  23. Giustino, T. F., Maren, S. The role of the medial prefrontal cortex in the conditioning and extinction of fear. Front Behav Neurosci. 9 (1), 298(2015).
  24. Guo, Z. V., et al. Procedures for behavioral experiments in head-fixed mice. PLoS One. 9 (2), e88678(2014).
  25. Nasr, A., Dominiak, S. E., Sehara, K., Nashaat, M. A., Sachdev, R. N. S., Larkum, M. E. Efficient training approaches for optimizing behavioral performance and reducing head fixation time. PLoS One. 17 (11), e0276531(2022).
  26. Bjerre, A. S., Palmer, L. M. Probing cortical activity during head-fixed behavior. Front Mol Neurosci. 13 (1), 30(2020).
  27. Alarcón-Arís, D., et al. Anti-α-synuclein ASO delivered to monoamine neurons prevents α-synuclein accumulation in a Parkinson's disease-like mouse model and in monkeys. EBioMedicine. 59 (1), 102944(2020).
  28. Pavia-Collado, R., et al. Intracerebral administration of a ligand-ASO conjugate selectively reduces α-synuclein accumulation in monoamine neurons of double mutant human A30PA53Tα-synuclein transgenic mice. Int J Mol Sci. 22 (6), 2939(2021).
  29. McLean, A. C., Valenzuela, N., Fai, S., Bennett, S. A. Performing vaginal lavage, crystal violet staining, and vaginal cytological evaluation for mouse estrous cycle staging identification. J Vis Exp. (67), e4389(2012).
  30. Byers, S. L., Wiles, M. V., Dunn, S. L., Taft, R. A. Mouse estrous cycle identification tool and images. PLoS One. 7 (4), e35538(2012).
  31. Pachitariu, M., Sridhar, S., Pennington, J., Stringer, C. Spike sorting with Kilosort4. Nat Methods. 21 (5), 914-921 (2024).
  32. Opitz, A., Falchier, A., Linn, G. S., Milham, M. P., Schroeder, C. E. Limitations of ex vivo measurements for in vivo neuroscience. Proc Natl Acad Sci U S A. 114 (20), 5243-5246 (2017).
  33. Sorrenti, V., Cecchetto, C., Maschietto, M., Fortinguerra, S., Buriani, A., Vassanelli, S. Understanding the effects of anesthesia on cortical electrophysiological recordings: A scoping review. Int J Mol Sci. 22 (3), 1286(2021).
  34. Brown, E. N., Purdon, P. L., Van Dort, C. J. General anesthesia and altered states of arousal :A systems neuroscience analysis. Annu Rev Neurosci. 34 (1), 601-628 (2011).
  35. Sellers, K. K., Bennett, D. V., Hutt, A., Williams, J. H., Fröhlich, F. Awake vs. anesthetized: Layer-specific sensory processing in visual cortex and functional connectivity between cortical areas. J Neurophysiol. 113 (10), 3798-3815 (2015).
  36. Qiu, J., et al. The volatile anesthetic isoflurane differentially inhibits voltage-gated sodium channel currents between pyramidal and parvalbumin neurons in the prefrontal cortex. Front Neural Circuits. 17 (1), 1185095(2023).
  37. Windels, F. Neuronal activity: From in vitro preparation to behaving animals. Mol Neurobiol. 34 (1), 1-26 (2006).
  38. Belle, A. M., et al. Evaluation of in vitro neuronal platforms as surrogates for in vivo whole brain systems. Sci Rep. 8 (1), 10820(2018).
  39. Juczewski, K., et al. Stress and behavioral correlates in the head-fixed method:Stress measurements, habituation dynamics, locomotion, and motor-skill learning in mice. Sci Rep. 10 (1), 12245(2020).
  40. Chen, P. C., Young, C. G., Schaffer, C. B., Lal, A. Ultrasonically actuated neural probes for reduced trauma and inflammation in mouse brain. Microsyst Nanoeng. 8 (1), 117(2022).
  41. Wang, S., et al. Mechanically adaptive and deployable intracortical probes enable long-term neural electrophysiological recordings. Proc Natl Acad Sci U S A. 121 (40), e2403380121(2024).
  42. Andermann, M. L., et al. Chronic cellular imaging of entire cortical columns in awake mice using microprisms. Neuron. 80 (4), 900-913 (2013).
  43. Kondo, M., Kobayashi, K., Ohkura, M., Nakai, J., Matsuzaki, M. Two-photon calcium imaging of the medial prefrontal cortex and hippocampus without cortical invasion. Elife. 6 (1), e26839(2017).

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

重印与许可

申请许可以重复使用本 JoVE 文章的文本或图表

申请许可

标签

Mouse Model DepressionDorsal Raphe NucleusSerotonergic SystemAversive ConditioningFear ExtinctionMultichannel ElectrophysiologyVirtual Reality Mice

相关文章