Name: 小鼠二次运动皮质中双边局部场电位记录半球横向化评价 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2019-07-31T12:30:00.000+00:00
Duration: 7 min 3 s
Description: 学习在小鼠双侧次级运动皮层进行局部场电位记录的方法，用于评估阿尔茨海默病模型中脑半球横向化与神经同步性的变化。该技术为研究神经疾病机制提供了重要的电生理学工具。

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本工作得到了国家自然科学基金（31771219，31871170）、广东省科学技术厅（2013KJCX0054）以及广东省自然科学基金（2014A030313418，2014A030313440）的资助。

所有动物均按照中国科学技术部实验动物指南的要求，在标准条件下成对饲养（12小时明暗循环、恒温环境、自由摄食和饮水），实验已获广州大学当地伦理委员会批准。本实验为非存活性操作。&#160;
注意：代表性结果中所示数据使用了3-5月龄的APP/PS1（B6C3-Tg（APPswe, PSEN1dE9）85Dbo/J）双转基因小鼠及其同窝野生型（WT）对照小鼠进行记录（每组n = 10）。
1. 动物麻醉与手术
<ol>
	<li>根据您所在机构动物护理委员会批准的麻醉方案，称重并麻醉小鼠。&#160;</li>
	<li>使用镊子进行尾部或足趾夹捏，以确认手术前已达到深度麻醉状态。</li>
	<li>将小鼠置于立体定位仪中，并固定其头部。</li>
	<li>在双眼上涂抹眼膏以保持湿润。遵循您所在机构关于术前和术后镇痛的动物护理指南。&#160;</li>
	<li>使用手术剪刀剃除手术区域的毛发。在暴露的手术区域中央做一个12–15 mm的小切口。用镊子轻轻将头皮从正中线拉开。</li>
	<li>轻柔分离皮肤并清除残留组织。使用浸有双氧水的棉签清洁颅骨表面。</li>
	<li>在颅骨左右两侧钻两个直径为1.0–1.5 mm的小孔，以便在体视显微镜下将记录微电极插入M2区域（图1A）。 
	注意：双侧M2的立体定位坐标为：前囟前1.94 mm，正中线外侧1.0 mm，硬脑膜下0.8–1.1 mm。</li>
	<li>用钨针小心去除硬脑膜。</li>
	<li>将玻璃硼硅酸盐微移液管（外径：1.0 mm）拉制成记录微电极，电阻为1–2 MΩ。</li>
	<li>使用机械微操纵器，将两根分别充满0.5 M NaCl的记录微电极以60°角插入小孔中（&#160;图1B）。</li>
</ol>
2.&#160;小鼠双侧 M2 区的 LFP 记录
<ol>
	<li>将左右玻璃电极缓慢降至双侧M2的适当坐标位置&#160;(图1C).</li>
	<li>为质量控制，在采集局部场电位（LFPs）之前，使用差分放大器检测每个电极的阻抗。</li>
	<li>将记录过程设置为高通0.1 Hz、低通1,000 Hz，放大倍数为1,000倍。</li>
	<li>采集数字化数据&#160;稳定状态下小鼠以每秒2次呼吸频率均匀呼吸时，至少60秒的自发活动原始局部场电位数据&#160;在麻醉状态下</li>
	<li>记录完毕后，缓慢将电极从脑组织中取出，随后通过快速颈椎脱位法处死小鼠。</li>
	<li>保存数据并进行离线分析。</li>
</ol>
3. 互相关分析
<ol>
	<li>在分析软件中点击 分析 - 波形相关性，并导入数据。</li>
	<li>参数设置
	<ol>
		<li>将一个波形通道信号定义为第一通道，另一个定义为参考通道。将宽度设为 2，偏移量设为 1（图 2A）。</li>
		<li>通过选择起始时间和结束时间，设置两个局部场电位（LFP）的持续时间为 100 秒。点击 处理 按钮以执行互相关分析（图 2B）。 
		注意：具有此类持续时间的双侧同步信号已足够长，可用于显示神经元的自发活动，从而揭示同步化的基本特性。</li>
	</ol>
	</li>
	<li>点击 文件 - 另存为，然后将与弹出图表对应的互相关结果以 .txt 格式保存。</li>
	<li>打开该 .txt 文件（图 2C），删除时间滞后在 0 ± 0.01 秒范围内的相关值（因为两个连续的伽马波至少有 0.01 秒的时间间隔），然后对负时间滞后部分的其余互相关数据求平均值，或对正时间滞后部分的其余互相关数据求平均值。</li>
</ol>
4. 相干性分析
<ol>
	<li>在分析软件中导入并运行数据。</li>
	<li>将两个LFP信号分别指定为第一和第二波形通道，然后设置块大小值（图3A）。 
	注意：块大小指在FFT中使用的数据点数量。块大小越大，频率分辨率越高。此处建议设置为4096。</li>
	<li>手动移动虚线，确保两个通道信号的时间精度设定为相同的时段（图3B）。按下添加区域按钮以加载该区域并执行相干性分析。</li>
	<li>点击文件 — 另存为，将与弹出图表对应的相干性结果保存为.txt格式（图3B）。</li>
</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

本文报道了体内双侧细胞外记录的实验方法，并结合分析两个脑区局部场电位（LFP）信号的同步性，该方法灵活且易于实施，可用于评估大脑半球的偏侧化以及两个脑区神经活动之间的连接性、方向性或耦合性。该方法不仅可用于揭示群体神经元活动，还可广泛用于研究脑区间电生理的基本特性，尤其适用于关注振荡活动筛选或缺乏在行为动物中进行多通道记录系统的实验室23。
通常，有多种技术可用于监测脑部活动，包括脑电图（EEG）、脑磁图（MEG）和功能性磁共振成像（fMRI）。与本文所展示的记录方法相比，这些方法的时间和空间分辨率相对较低。例如，脑电图是研究脑组织细胞外活动最古老且商业化程度最高的仪器之一。尽管已有研究在自由活动的啮齿类动物中采用&#34;高密度”脑电图以改善其空间分辨率不足的问题24,25,26，但颅骨始终会引入更多噪声，从而降低皮层伽马振荡的信...

阿尔茨海默病（AD）是最常见的痴呆类型1,2。细胞外β-淀粉样蛋白（β-amyloid protein, Aβ）沉积和细胞内神经原纤维缠结（NFTs）是AD的主要病理特征3,4,5，但AD发病机制的详细过程仍不明确。大脑皮层是认知和记忆的关键结构，在AD中受到损害6，且随着年龄增长，会出现行走缓慢、环境导航困难和步态异常等运动功能障碍7。在AD患者8以及认知功能受损的老年人9中，也观察到前运动皮层（PMC）和辅助运动区（SMA）存在Aβ沉积和神经原纤维缠结，提示运动系统的功能障碍参与了AD的发病过程。
大脑由两个被纵向裂隙分隔开的独立大脑半球构成。健康的大脑在结构和功能上均表现出不对称性10，这种现象称为&#34;侧化&#34;，使大脑能够高效地处理多种任务和活动。随着年龄增长，认知和运动能力会衰退，同时伴随大脑侧化程度的降低11,12。在健康大脑中，左半球的运动功能表现明显13，但在阿尔茨海默病（AD）大脑中，由于与左侧皮层萎缩相关的左半球优势功能丧失，会出现异常的侧化现象14,15,16。因此，理解AD发病过程中大脑侧化可能发生的改变及其潜在机制，可能为揭示AD的发病机制提供新的视角，并有助于发现潜在的治疗生物标志物。
电生理测量是一种评估动物神经元活动变化的敏感且有效的方法。已有电生理研究通过同步的半球间传递时间记录，证实了老年人半球不对称性减弱的现象（HAROLD）17，表现为老年人对单耳呈现的言语刺激缺乏或减弱了半球不对称性18。本研究结合最常用的阿尔茨海默病小鼠模型之一APP/PS119,20,21,22，以及对左右两侧M2区局部场电位（LFPs）进行的in vivo双侧细胞外记录，评估了阿尔茨海默病中可能存在的偏侧性功能缺陷。此外，通过简单的参数设置，数据分析软件（见材料表）内置的功能可提供比复杂数学编程语言更快速、更直接的电信号同步性分析方法，对in vivo电生理学初学者更加友好。

<table><tbody><tr><td>交流/直流差分放大器</td><td>A-M Systems</td><td>Model 3000</td><td></td></tr><tr><td>模数转换器</td><td>Cambridge Electronic Design Ltd.</td><td>Micro1401</td><td></td></tr><tr><td>玻璃硼硅酸盐微电极毛细管</td><td>南京舜科教学实验设备有限公司</td><td>161230</td><td>外径：1.0 mm</td></tr><tr><td>微电极拉制仪</td><td>Narishige</td><td>PC-10</td><td></td></tr><tr><td>氯化钠（NaCl）</td><td>广州化学试剂厂</td><td>7647-14-5</td><td></td></tr><tr><td>针式微电极夹持器</td><td>World Precision Instruments, INC.</td><td>MEH3SW10</td><td></td></tr><tr><td>Spike2&amp;nbsp;</td><td>Cambridge Electronic Design Ltd.</td><td></td><td></td></tr><tr><td>体视显微镜</td><td>Zeiss</td><td>435064-9020-000</td><td></td></tr><tr><td>立体定位仪&amp;nbsp;</td><td>RWD Life Science</td><td>68045</td><td></td></tr><tr><td>氨基甲酸乙酯（Urethane）</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>94300</td><td></td></tr></tbody></table>

通过小鼠次级运动皮层双侧局部场电位记录评估半球偏侧化

Evaluation of Hemisphere Lateralization with Bilateral Local Field Potential Recording in Secondary Motor Cortex of Mice

本文展示了在小鼠皮层区域进行体内双侧局部场电位（LFP）记录与分析的完整且详细的实验流程，该方法可用于评估可能存在的偏侧性缺陷，以及研究啮齿类动物脑连接性和神经网络活动的耦合情况。阿尔茨海默病（AD）是一种常见的神经退行性疾病，其潜在的病理机制在很大程度上仍不清楚。已有研究表明，人脑的偏侧化在衰老过程中会发生改变，但异常的偏侧化是否是AD的早期征象之一，目前尚未确定。为探讨这一问题，我们对3至5月龄的AD模型小鼠APP/PS1及其同窝野生型（WT）对照小鼠进行了双侧LFP记录。结果显示，在APP/PS1小鼠中，左右两侧次级运动皮层（M2）的局部场电位（特别是在伽马频段）比WT对照组具有更高的同步性，提示在此AD小鼠模型中双侧M2半球的不对称性有所下降。值得注意的是，该记录与数据分析流程具有良好的灵活性且易于操作，也可应用于其他脑通路的研究，适用于关注神经环路的实验。

为了探究早期阿尔茨海默病（AD）病理是否损害大脑半球偏侧化能力，我们在3至5月龄的APP/PS1小鼠和野生型（WT）对照小鼠中进行了双侧M2区细胞外局部场电位（LFP）记录，并分析了左右侧LFP信号的互相关性。在WT小鼠中，结果显示，正时间滞后的左右LFP平均相关性与负时间滞后的相关性存在显著差异，提示WT对照小鼠M2区域存在半球不对称性（图4C；WT-正滞后，0.08161 ± 0.01246；WT-负滞后，0.0206 ± 0.01218；双样本t检验，p = 4.74531E-4 ＜ 0.001）。相比之下，APP/PS1小鼠的左右侧LFP在时域上表现出更高的同步性，提示其左右M2区域之间的不对称性降低（图4C；APP/PS1-正滞后，0.13336 ± 0.0105；APP/PS1-负滞后，0.12635 ± 0.01066；双样本t检验，p = 0.64157 ＞ 0.05）。
<p class="...

我们介绍了在小鼠双侧次级运动皮层（M2）中进行局部场电位（LFP）的体内电生理记录方法，该方法可用于评估大脑半球的偏侧化功能。研究发现，与野生型对照组小鼠相比，APP/PS1小鼠左右M2之间的同步化水平发生改变。

本文展示了在皮层中进行体内双侧局部场电位（LFP）记录与分析的完整、详细步骤……

该技术可用于研究大脑半球偏侧化的区域间电生理学基本特性，以及连接性、方向性和耦合性。电生理学测量是一种在动物体内评估神经元活动的敏感且有效的方法。本方案提供了一种更优的方法，用于深入探究电信号的同步性。了解阿尔茨海默病发病机制中可能存在的脑偏侧化改变的潜在机制，可能为阿尔茨海默病治疗的潜在生物标志物提供新的见解。手术前，使用镊子对小鼠进行尾部或足趾夹捏，以确认其麻醉深度。接下来，将小鼠置于立体定位仪中，并固定其头部。在双眼上涂抹药膏以保持湿润。然后剃除头部毛发并消毒该区域。在剃毛区域的中央做一个12至15毫米的小切口。使用镊子轻轻将头皮从正中线拉开。随后轻柔分离皮肤，并去除残留组织。用涂有双氧水的棉签清洁颅骨。在体视显微镜下，于颅骨左右两侧各钻两个直径为1至1.5毫米的小孔，以便将记录微电极插入M2区域。使用钨针小心去除硬脑膜。随后，利用机械微操纵器以60度角将两根独立的记录微电极（内充0.5摩尔氯化钠溶液）插入孔中。进行局部场电位记录时，缓慢将左右两侧的玻璃电极降至M2坐标位置。为保证质量，使用差分放大器检测每个电极的阻抗。随后，将记录参数设置为高通0.1赫兹、低通1000赫兹，放大倍数为1000倍。在麻醉状态下，以小鼠呼吸均匀（每秒两次呼吸）且处于稳定状态为条件，采集至少持续60秒的数字化原始局部场电位（LFP）数据。记录结束后，缓慢将电极从脑组织中取出。保存数据，并使用分析软件进行离线分析。进行互相关分析时，在分析软件中点击分析，然后选择波形相关，并导入数据。接下来，指定一个波形通道信号作为第一通道，另一个作为参考通道。将宽度设置为2，偏移量设置为1。随后，通过选择开始时间和结束时间，将两个LFP信号的持续时间均设置为100秒。然后，点击处理按钮以执行互相关分析。点击文件、导出为，随后将弹出图表对应的互相关结果以文本格式保存。随后，去除时间滞后在零加减0.1秒范围内的相关值，然后处理其余的互相关数据。为了进行相干性分析，使用分析软件运行数据。接下来，将两个局部场电位（LFP）信号分别设置为第一和第二波形通道，然后将分块大小值设为4096。块大小表示用于首次实数变换的数据点数量。块大小越大，频率分辨率越高。手动移动虚线，以确保两个通道中信号的时间精度设置为相同的时段。按下添加区域按钮以加载区域并执行相干性分析。随后点击文件并选择另存为，将与弹出图表对应的相干性结果以文本格式保存。为了探究早期阿尔茨海默病病理是否损害半球偏侧化能力，记录了APP/PS1小鼠和野生型对照小鼠左侧和右侧M2的细胞外局部场电位（LFP），并分析了它们的互相关性。在野生型小鼠中，结果表明，左侧和右侧局部场电位（LFP）在正时间滞后下的平均相关性与负时间滞后下的平均相关性存在显著差异，提示野生型对照组M2区域存在半球间不对称性。相比之下，APP/PS1小鼠的左侧和右侧LFP在时域上表现出更高的同步性，表明其左右M2区域之间的不对称性降低。随后，从LFP信号中提取伽马振荡成分，并进行相干性分析以评估伽马频率范围内电信号的相似程度。结果显示，APP/PS1小鼠左右M2区域之间的伽马相干性显著高于野生型小鼠，表明其同步性更高，因而左右M2区域之间的偏侧化程度降低。乌拉坦具有毒性和致癌性，因此操作时请务必小心，并遵守相关安全规定。为确保稳定记录局部场电位（LFPs），每小时测试一次麻醉深度非常重要。该记录与分析方法也可应用于其他脑通路，尤其适用于那些不具备自由活动动物多通道记录系统的实验室。

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科研

JoVE Journal

Neuroscience

神经科学

小鼠二次运动皮质中双边局部场电位记录半球横向化评价

该视频演示了在小鼠海马-内嗅皮层脑片中记录局部场电位（LFP）的操作步骤。在海马CA3区辐射层施加电刺激，可引起CA1区锥体细胞层突触后电位的变化。CA1神经元膜电位的总体变化被称为局部场电位，本实验即对此进行记录。...

小鼠海马-内嗅皮层脑片局部场电位记录

本视频演示了从小鼠大脑双侧M2区域进行局部场电位（LFP）的in...

小鼠大脑双半球局部场电位的记录

本方案介绍了一种在小鼠大脑皮层的颞区和顶区创建大型单侧开颅窗的方法。该方法特别适用于对大脑半球大范围区域进行实时成像。...

一种用于脑活动介观宽场光学成像的大范围侧颅开颅术

本实验方案旨在通过同步记录局部场电位和非侵入性脑皮层活动（EEG），评估基底神经节的认知-情绪功能。本方案以包含具有情绪色彩言语刺激的实验范式或涉及认知控制的Flanker任务为例进行说明。...

联合侵入性皮层下与非侵入性头皮神经生理记录评估人类认知与情绪功能

本方案描述了一种在麻醉大鼠中同时记录共定位脑电图（EEG）和多层局部场电位的简单方法。在颅骨上钻出用于插入微电极的骨孔，结果表明该操作对脑电图信号的干扰可忽略不计。...

同步记录啮齿类动物共定位的脑电图与局部场电位

本方案描述了使用多叉线性硅探针记录局部场电位的方法。通过电流源密度分析对信号进行转换，可重建小鼠海马中的局部电活动。利用该技术，可在自由活动的小鼠中研究空间受限的脑节律振荡。...

记录行为小鼠海马中空间限制性振荡

我们开发了一种技术，可在自由活动的大鼠中同步记录对伤害性激光刺激产生的皮层脑电图和局部场电位。该技术有助于建立介观和宏观水平上皮层电活动信号之间的直接关联，从而促进对大脑中伤害性信息处理机制的研究。...

对自由活动大鼠施加伤害性激光刺激后同时记录皮层局部场电位和皮层电图

该方案描述了在运动皮层（MC）进行细胞外记录的方法，以揭示自由活动的清醒小鼠的细胞外电生理特性，以及局部场电位（LFPs）和锋电位的数据分析方法，这对于评估与特定行为相关的神经网络活动具有重要意义。...

自由移动小鼠中的多通道胞外记录

本方案概述了使用定制设计的记录装置和电极来记录小鼠海马和前额叶皮层局部场电位，并研究信息流向的方法。...

小鼠海马与前额叶皮层的双细胞外记录

本方案描述了一种两阶段手术方法，用于在小鼠中创建一个大尺寸、可重复密封且保留硬脑膜的颅窗。该技术能够在数周时间内对分布式的深部脑网络（如默认模式网络）进行长期、多模态的电生理记录。...

用于小鼠默认模式网络纵向多模态电生理记录的大尺寸可重复密封颅窗手术方案

学习在小鼠双侧次级运动皮层进行局部场电位记录的方法，用于评估阿尔茨海默病模型中脑半球横向化与神经同步性的变化。该技术为研究神经疾病机制提供了重要的电生理学工具。

通过小鼠次级运动皮层双侧局部场电位记录评估半球偏侧化

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