En este estudio, se presenta la metodología sobre cómo realizar registros electrofisiológicos in vivo en múltiples sitios a partir de la vía hiperdirecta bajo anestesia con uretano.
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En este estudio, se presenta la metodología sobre cómo realizar registros electrofisiológicos in vivo en múltiples sitios a partir de la vía hiperdirecta bajo anestesia con uretano.
Evidencias convergentes muestran que muchas enfermedades neuropsiquiátricas deben ser entendidas como trastornos de redes neuronales a gran escala. Para comprender mejor las bases fisiopatológicas de estas enfermedades, es necesario caracterizar con precisión el modo en que se altera el procesamiento de la información entre las diferentes partes neuronales del circuito. Usando grabaciones electrofisiológicas extracelulares in vivo , es posible delinear con precisión la actividad neuronal dentro de una red neuronal. La aplicación de este método tiene varias ventajas sobre técnicas alternativas, por ejemplo , imágenes de resonancia magnética funcional e imágenes de calcio, ya que permite una resolución temporal y espacial única y no depende de organismos modificados genéticamente. Sin embargo, el uso de grabaciones extracelulares in vivo es limitado, ya que es una técnica invasiva que no puede aplicarse universalmente. En este artículo, se presenta un método simple y fácil de usar wCon lo que es posible registrar simultáneamente potenciales extracelulares tales como potenciales de campo locales y actividad multiunitaria en múltiples sitios de una red. Se detalla cómo una orientación precisa de los núcleos subcortical se puede lograr mediante una combinación de cirugía estereotáctica y análisis en línea de grabaciones de múltiples unidades. Por lo tanto, se demuestra cómo se puede estudiar una red completa tal como el bucle de los ganglios cortico-basales hiperdirecto en animales anestesiados in vivo .
La reciente evidencia acumulativa sobre diferentes trastornos neuropsiquiátricos como la enfermedad de Parkinson y la esquizofrenia sugiere claramente que su fisiopatología se basa en una disfunción crítica de los circuitos neuronales extendidos que a menudo involucran estructuras corticales y subcorticales 1 , 2 , 3 . Según esta teoría, las manifestaciones clínicas de las enfermedades surgen como consecuencia de una capacidad de procesamiento de información dañada de una red de células en lugar de células individuales o elementos neuronales específicos 1 , 2 , 3 . Con el fin de mejorar la comprensión de este complejo grupo de enfermedades neuropsiquiátricas y encontrar nuevas opciones de tratamiento, es obligatorio caracterizar la dinámica neuronal de esas redes desordenadas en pacientes humanos y en modelos animales con gran detalle. ExcelenteEl método de estudio de redes a gran escala en sujetos vivos es el registro electrofisiológico multi-sitio de potenciales extracelulares 4 . Utilizando este método, es posible evaluar simultáneamente los potenciales de campo locales (LFPs), que representan principalmente la suma temporal de las corrientes postsinápticas excitatorias e inhibitorias y la actividad de múltiples unidades (MUA), que se genera por los potenciales presinápticos 5 . El registro de los potenciales extracelulares tiene varias ventajas sobre los métodos alternativos para estudiar las redes, por ejemplo , la resonancia magnética funcional y la imagen del calcio, ya que proporciona una mayor resolución temporal y espacial y porque no depende de organismos modificados genéticamente [ 5] . Sin embargo, el uso de grabaciones extracelulares in vivo es limitado, ya que es una técnica invasiva que no puede aplicarse universalmente.
Reconstrucción electrofisiológica in vivoOrdings se puede realizar tanto despierto como en animales anestesiados 6 . Ambos métodos van acompañados de ventajas y desventajas específicas. Los estudios en animales despiertos permiten la grabación de señales cerebrales durante el desempeño de tareas de comportamiento definidas, pero son propensos a los artefactos relacionados con el movimiento y otros 7 , 8 . Por otro lado, las grabaciones en animales anestesiados ofrecen la oportunidad de evaluar LFPs y MUA con un mínimo de artefactos en estados de sincronización cortical altamente definidos, pero los resultados también difieren en cierta medida de lo que puede encontrarse en sujetos despiertos 9 , 10 , 11 .
En los últimos años, se ha demostrado que el muestreo de LFPs es especialmente útil para delinear los cambios patológicos de la actividad de la red. Un ejemplo prominente de esto es la investigación sobre la fisiopatología de la DP en pacientes humanosS y modelos animales de la enfermedad, donde se pudo demostrar que las oscilaciones beta mejoradas en el bucle de los ganglios cortico-basales están relacionadas con los síntomas motores parkinsonianos 12,13. Como consecuencia de esta línea de investigación, actualmente se investiga si las oscilaciones beta podría ser utilizado como un biomarcador de retroalimentación en línea para la estimulación cerebral profunda en circuito cerrado 14 , 15 .
En el presente estudio, se proporciona una descripción detallada de grabaciones electrofisiológicas in vivo múltiples en vivo de LFPs y MUA en ratas anestesiadas con uretano. Se demuestra cómo se puede caracterizar electrofisiológicamente una red completa, tal como la vía hipocárdica de los ganglios cortico-basales, utilizando electrodos estándar y personalizados y cómo se pueden construir estos electrodos. Se hace especial hincapié en cómo puede lograrse una focalización precisa de los núcleos de los gangliosMbining la cirugía estereotáctica junto con el registro en línea de MUAs.
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Los procedimientos experimentales se llevaron a cabo de conformidad con la Ley alemana de bienestar animal (última revisión en 2014) y la normativa europea (2010/63 / UE). Los experimentos fueron aprobados por la autoridad local de bienestar animal (LaGeSo, Berlín) y se ajustaron a las directrices del departamento local e internacionales.
NOTA: En el método presentado se utilizan dos modelos de electrodos para registrar la vía hiperdirecta cortical-basal de los ganglios que conecta la corteza motora primaria (M1) con el núcleo subtalámico (STN) y la sustancia negra pars reticulada (SNr). Para el electrocorticograma epidural (ECoG) se usan los registros de los electrodos M1 hechos a medida de baja impedancia Ag / AgCl. Las grabaciones de la STN y SNr se realizan con electrodos de tungsteno de alta impedancia comercialmente disponibles.
1. Construcción de electrodos epidurales epidurales Ag / AgCl
2. Colocación de los electrodos en un soporte estereotáxico
NOTA: Para grabar MUA y LFP al mismo tiempo, utilice electrodos de microondas de tungsteno con una impedancia de 1,5 MΩ. Si el foco de las grabaciones está en grabaciones de alta calidad de unidades individuales, elija electrodos de microwire con una impedancia más alta (> 5 MΩ). Si el objetivo del estudio está dirigido únicamente a los LFP, los electrodos con impedancias más bajas pueden ser aceptables. Para estructuras pequeñas, para las cuales son a menudo necesarios ajustes stersotaxicos dorsoventrales, se utilizan pares de electrodos con una separación dorsoventral adecuada (en este caso 250 μm). Además, esto proporciona la ventaja de un electrodo de referencia más local, si es necesario. Las coordenadas estereotáxicas se miden siempre desde el electrodo más bajo ySe calcula en referencia al bregma.
3. Cirugía
4. Cartografía y registros electrofisiológicos
NOTA: Para este paso se necesita una jaula de Faraday y un sistema de grabación electrofisiológico multicanal con software de grabación capaz de filtrar en línea y clasificar en línea. Preferiblemente utilice un sistema que funcione con un preamplificador situado cerca de la cabeza de los animales para mantener el ruido eléctrico y artefactos a un mínimo absoluto. Además de los electrodos de microrretrodos de tungsteno, al menos un epidural y un electrodo de referencia son necesarios para realizar grabaciones de la vía hiperdirecta. Se recomienda insertar la epidural y la referenciaE electrodos por parejas sin que se toquen entre sí, esto ayuda en caso de mal funcionamiento y permite diferentes tipos de referencia en el análisis de datos.
5. Fin del experimento
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Con los electrodos de registro usados en la presente memoria, es posible muestrear LFPs de la corteza motora primaria, el núcleo subtalámico y la sustancia negra pars reticulata y MUA de la STN y SNr. Inicialmente, los LFP y la actividad de múltiples unidades se graban juntos en una señal de banda ancha. A continuación, los LFP y los MUA se separan mediante filtros de paso de banda (0,05 - 250 Hz para LFPs y 300 - 4000 Hz para MUA).
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En el presente estudio se demuestra cómo registrar las señales electrofisiológicas extracelulares simultáneamente a partir de múltiples sitios de una red dada, utilizando el ejemplo de la vía hipocárdica de los ganglios cortico-basales que conecta la M1 con la STN y SNr en los roedores.
Un paso crítico en el registro de estructuras subcorticales pequeñas tales como el STN es la inserción guiada con precisión de los electrodos de registro en el blanco. En el método presentado, el cuidado de d...
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Los autores no tienen nada que revelar.
Agradecemos a la Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), KFO 247, por financiar nuestro estudio.
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| Nombre | Empresa | Número de catálogo | Comentarios |
|---|---|---|---|
| Electrodos epidurales personalizados de Ag/AgCl | Goodfellow GmbH D-61213 Bad Nauheim, Alemania info@goodfellow.com | ID del producto AG005127 para electrodos de Ag/AgCl de alambre de plata al 99,99% | permitirá una mejor calidad de señal, pero solo se puede utilizar en experimentos agudos. Posible reemplazo: Electrodos de acero inoxidable |
| Soporte estereotáxico con bloque acrílico | David Kopf Instruments, 7324 Elmo Street, Tujunga, CA 91042, EE. UU | ID del producto Modelo 1770 Soporte de electrodo estándar | Asegúrese de que el bloque acrílico tenga huecos que se adapten a la configuración del electrodo para el objetivo deseado. Los bloques acrílicos se pueden modificar fácilmente con un archivo para obtener la configuración deseada. Posible reemplazo: Portaelectrodos de construcción propia |
| Electrodos de microhilo de tungsteno 1.5 MΩ impedancia | Microprobes.com 18247-D Flower Hill Way Gaithersburg, Maryland, 20879 EE. UU | ID del producto WE3ST31.5A5-250um | El 1.5 MΩ es necesario para registrar MUA y LFP al mismo tiempo. Posible sustitución: Se pueden utilizar microelectrodos de diferentes materiales. Los electrodos deben ser rectos, robustos y lo más finos posible. |
| Herramienta de alineación de ratas | David Kopf Instruments, 7324 Elmo Street, Tujunga, CA 91042, EE. UU. | ID del producto Modelo 944 Herramienta de alineación de ratas | Permite la orientación exacta del cerebro para que coincida con los atlas estereotáxicos. Posible sustitución: Soporte estereotáxico con cánula |
| Acrílico dental de dos componentes | Associated Dental Products Ltd. Kemdent Works, Purton, Swindon Wiltshire, SN5 4HT, Reino Unido | Simplex Rapid Powder Clear 225g, Código de producto: ACR803; Simplex Rapid Liquid 150ml, Código de producto: ACR920 | Dependiendo de los electrodos utilizados, el superpegamento puede ser una alternativa fácil, si los electrodos son pequeños y ligeros. Posible reemplazo: Superpegamento (a base de cianacrilato) |
| Jaula de Faraday | Autoconstrucción | Una jaula de Faraday adecuada será la mejor protección contra los artefactos electromagnéticos, pero todo lo que se pueda formar en forma de caja o aplicar a un marco y esté hecho de material conductor puede ayudar. Posible reemplazo: Papel de aluminio o malla de cobre | |
| Configuración electrofisiológica con software de registro y capacidades de clasificación de picos en línea | OmniPlex® Sistema de Adquisición de Datos Neuronales Plexon Inc 6500 Greenville Avenue, Suite 700 Dallas, Texas 75206 USA | El software de clasificación fuera de línea es una alternativa potencial, se pueden encontrar múltiples scripts y softwares de forma gratuita en la comunidad de código abierto. |
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