Mehrkanalige extrazelluläre Aufzeichnung bei frei beweglichen Mäusen
26. Mai 2023
Das Protokoll beschreibt die Methodik der extrazellulären Aufzeichnung im motorischen Kortex (MC), um extrazelluläre elektrophysiologische Eigenschaften in frei beweglichen bewussten Mäusen aufzudecken, sowie die Datenanalyse von lokalen Feldpotentialen (LFPs) und Spikes, die für die Bewertung der neuronalen Netzwerkaktivität nützlich ist, die dem interessierenden Verhalten zugrunde liegt.
Unser Ziel ist es, die Eigenschaften des neuronalen Feuerns aufzudecken und lokale Feldpotentiale in Mäusen zu vernetzen, die bestimmte Aufgaben ausführen, indem wir das elektrophysiologische Signal mit Verhaltensweisen korrelieren. Die mehrkanalige extrazelluläre Aufzeichnung durch das Mikroantriebssystem hat sich als geeignete und effiziente Technologie für die neuronale Aktivität bei Verhaltenstests erwiesen. Die Mehrkanalaufzeichnung in sich frei bewegenden Mäusen wurde in neurowissenschaftlichen Studien als nützliche Technologie angesehen, aber für Anfänger ist es immer noch eine ziemliche Herausforderung, die Signale zu erfassen und zu analysieren.
Wir haben vorgestellt, wie man die mehrkanalige extrazelluläre Aufzeichnung in frei beweglichen Mäusen mit einem stabileren und leichteren Mikroantriebssystem durchführt und die Prozesse der Aufzeichnung und Datenanalyse für Anfänger optimiert. Wir werden die Anzahl der Kanäle erhöhen und die Lautstärke des Mikrotreibersystems in einer neuen Version reduzieren.
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Übersicht
Diese Studie beschreibt ein Protokoll für multikanalige extrazelluläre Ableitungen im motorischen Kortex (MC) frei beweglicher, wacher Mäuse. Der Schwerpunkt liegt auf der Analyse von lokalen Feldpotentialen (LFPs) und Spikes, um die neuronale Netzwerkaktivität im Zusammenhang mit bestimmten Verhaltensweisen zu verstehen. Die Methodik betont die Entwicklung eines leichten Mikroantriebssystems, um diese Ableitungen zu ermöglichen.
Wesentliche Studienkomponenten
Bereich der Wissenschaft
- Neurowissenschaften
- Elektrophysiologie
- Verhaltensanalyse
Hintergrund
- Multikanalaufnahmen können die neuronalen Mechanismen aufklären, die Verhaltensweisen zugrunde liegen.
- Konventionelle Techniken können für Anfänger schwierig sein.
- Ein leichtes Mikroantriebssystem verbessert die Aufnahmeeffizienz.
- Die Studie zielt darauf ab, elektrophysiologische Signale mit bestimmten von Tieren ausgeführten Aufgaben zu korrelieren.
Zweck der Studie
- Entwicklung eines optimierten Protokolls zur Ableitung von LFP- und Spiking-Aktivität im MC frei beweglicher Mäuse.
- Unterstützung von Einsteigern beim Erfassen und Analysieren neuronaler Signale.
- Erleichterung des Verständnisses von Netzwerkdynamiken im Zusammenhang mit spezifischen Verhaltensaufgaben.
Verwendete Methoden
- Multikanalige extrazelluläre Ableitung unter Verwendung eines Mikroantriebssystems bei frei beweglichen Mäusen.
- Die Studie konzentriert sich auf den motorischen Kortex (MC) als biologisches Modell.
- Es werden keine Multiomics-Workflows erwähnt.
- Zu den Schritten gehören die Systemmontage, die Elektrodenimplantation und detaillierte Angaben zum Aufnahmeprotokoll.
- Die Analysemethoden umfassen Spike-Sortierung und die Korrelation mit LFP-Daten.
Hauptergebnisse
- Neuronale Eigenschaften von MC-Pyramidenzellen wiesen im Vergleich zu Interneuronen größere Talbreiten und längere Wellenformdauern auf.
- Ein Kreuzkorrelogramm zeigte, dass Pyramidenzellen vor den Interneuronen feuerten, was auf eine zeitliche Beziehung in der neuronalen Aktivität hindeutet.
- Ähnliche Befunde bezüglich des Leistungsspektrums wurden für LFPs beider Seiten des MC bei normalen Mäusen berichtet.
Schlussfolgerungen
- Die Studie demonstriert einen wirksamen Ansatz zur Untersuchung der Echtzeit-Neuraldynamik bei frei beweglichen Mäusen.
- Die gewonnenen Erkenntnisse könnten das Verständnis der neuronalen Grundlagen des Verhaltens verbessern.
- Mögliche Anwendungen reichen bis hin zur Aufklärung neuronaler Mechanismen, die für verschiedene Verhaltensweisen und Zustände relevant sind.
Häufig gestellte Fragen
Ausschlaggebende Bedeutung für die Industrie
Mehrkana-lige extrazelluläre Ableitungen bei frei beweglichen Mäusen ermöglichen eine hochauflösende Kartierung der neuronalen Netzwerkaktivität während natürlicher Verhaltensweisen und unterstützen die mechanistische Entwicklungsrisikominderung in der frühen ZNS-Wirkstoffforschung. Dieser Ansatz liefert quantitative, verhaltensgekoppelte elektrophysiologische Daten, die für die Zielstrukturvalidierung und eine vorhersagekräftige Zuverlässigkeit in neuropharmakologischen Entwicklungsprozessen entscheidend sind. Die Integration dieser Ableitungen in Entdeckungsarbeitsabläufe verbessert die translationale Kohärenz von präklinischen Modellen zu menschlich relevanten Endpunkten.
Strategische Anwendungen in der Biopharma-Forschung und -Entwicklung
Frühe Entdeckung und Zielvalidierung
- Ermöglicht die direkte Korrelation von neuronalen Feuermustern mit spezifischen Verhaltensausgaben zur funktionellen Zielvalidierung.
- Unterstützt die mechanistische Ent风险bewertung, indem neuronale Subtypen und ihre zeitlichen Beziehungen in vivo unterschieden werden.
- Liefert quantitative elektrophysiologische Endpunkte, um die Vorhersagegenauigkeit und Portfolio-Priorisierung zu informieren.
Screening und Assay-Entwicklung
- Erleichtert die Herstellung validierter, verhaltensrelevanter neuronaler Systeme für anschließende pharmakologische Tests.
- Liefert reproduzierbare, multikanalige Datenströme, die für die Standardisierung von Assays und den Vergleich zwischen Studien geeignet sind.
- Ermöglicht die skalierbare Bewertung von Substanzeffekten auf die Aktivität auf Netzwerkebene und auf einzelne Einheiten bei wachen Tieren.
Translationale und präklinische Forschung
- Verknüpft präklinische neuronale Messgrößen mit krankheitsrelevanten Verhaltensphänotypen zur Verbesserung der translationellen Biomarkerentwicklung.
- Unterstützt die Kontinuität von der frühen Entdeckung bis zur präklinischen Validierung, indem elektrophysiologische und verhaltensbezogene Endpunkte miteinander verknüpft werden.
- Verringert das translationsbedingte Risiko, indem mechanistische Einblicke in die Funktion neuronaler Schaltkreise unter physiologisch relevanten Bedingungen bereitgestellt werden.
Pipeline- und Workflow-Integration
Diese Methode schlägt eine Brücke zwischen der frühen Entdeckung und der präklinischen Forschung, indem sie eine hypothesengeleitete Untersuchung neuronaler Schaltkreise in Verhaltensmodellen lebender Tiere ermöglicht.
- Entdeckungsbiologie: Unterstützt die Hypothesenprüfung und Klärung von Signalwegen durch Echtzeit-Aufzeichnung neuronaler Aktivität während des Verhaltens.
- Screening: Bietet assaysichere, quantitative Ausgaben zur Bewertung pharmakologischer Modulation neuronaler Netzwerke.
- Analytik: Erzeugt hochdichte Spik- und LFP-Daten für robuste statistische Vergleiche zwischen experimentellen Bedingungen.
- Translationale Forschung: Ermöglicht die Abstimmung präklinischer neuronaler Signaturmuster mit klinischen Endpunkten, sofern eine Verhaltenskorrelation vorliegt.
- Unternehmensweite Wiederverwendung: Bietet eine wiederverwendbare Plattform, die an verschiedene Hirnregionen und Verhaltensparadigmen in der Forschung zum Zentralnervensystem angepasst werden kann.
Operative und unternehmerische Auswirkungen
- Wissenschaftlicher Wert: Erhöht die Vorhersagesicherheit und verringert mechanistische Unschärfen bei der Validierung zentralnervöser Zielstrukturen.
- Operationaler Wert: Standardisiert die Erfassung und Analyse neuronaler Daten, um Reproduzierbarkeit und Skalierbarkeit zu gewährleisten.
- Strategischer Wert: Unterstützt Go/No-Go-Entscheidungen und verbessert die Kapitalnutzungseffizienz durch robuste, quantitative Endpunkte.
- Portfolio-Wirkung: Ermöglicht die risikoadjustierte Priorisierung zentralnervöser Wirkstoffe basierend auf funktionellen neuronalen Messgrößen.
Durchführungsüberlegungen
- Erfordert Fachkenntnisse in stereotaktischer Chirurgie, Elektrodenimplantation und neuronaler Datenanalyse.
- Benötigt Zugang zu multikanaligen Aufnahmesystemen und fortschrittlicher Analyse-Software zur Verarbeitung von Spikes und LFPs.
- Setzt eine standardisierte Vorgehensweise bei Verhaltensprotokollen und Kriterien zur Dateninterpretation über mehrere Forschungsteams hinweg voraus.
- Kann bei Anpassung des Protokolls auf verschiedene Hirnregionen und Verhaltensaufgaben übertragen werden.
- Die Komplexität der Signalanalyse sowie der Umgang mit Versuchstieren können praktische Einschränkungen für Hochdurchsatz-Studien darstellen.
