Grabación extracelular multicanal en ratones que se mueven libremente
26 de mayo de 2023
El protocolo describe la metodología de registro extracelular en la corteza motora (MC) para revelar propiedades electrofisiológicas extracelulares en ratones conscientes que se mueven libremente, así como el análisis de datos de potenciales de campo local (LFP) y picos, lo que es útil para evaluar la actividad neuronal de la red que subyace a los comportamientos de interés.
Nuestro objetivo es descubrir las propiedades de la activación neuronal y la red de potenciales de campo local en ratones que se comportan y llevan a cabo tareas específicas mediante la correlación de la señal electrofisiológica con los comportamientos. Se ha demostrado que el registro extracelular multicanal mediante el sistema de microaccionamiento es una tecnología adecuada y eficiente para la actividad neuronal durante las pruebas de comportamiento. La grabación multicanal en ratones que se mueven libremente se ha considerado una tecnología útil en los estudios de neurociencia, pero sigue siendo bastante difícil para los principiantes adquirir y analizar las señales.
Presentamos cómo realizar el registro extracelular multicanal en ratones que se mueven libremente con un sistema de microaccionamiento más estable y ligero, y optimizar los procesos de registro y análisis de datos para los principiantes. Vamos a aumentar el número de canales y reducir el volumen del sistema de microcontroladores en una nueva versión.
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Descripción general
Este estudio describe un protocolo para la grabación extracelular multicanal en la corteza motora (MC) de ratones conscientes que se mueven libremente. El enfoque consiste en analizar los potenciales de campo locales (LFPs) y los picos para comprender la actividad de la red neuronal asociada con comportamientos específicos. La metodología hace hincapié en el desarrollo de un sistema microimpulsor ligero para facilitar estas grabaciones.
Componentes Clave del Estudio
Área de la ciencia
- Neurociencia
- Electrofisiología
- Análisis conductual
Antecedentes
- Las grabaciones multicanal pueden elucidar los mecanismos neuronales que subyacen al comportamiento.
- Las técnicas convencionales pueden resultar difíciles para principiantes.
- Un sistema de microimpulso ligero mejora la eficacia de grabación.
- El estudio tiene como objetivo correlacionar las señales electrofisiológicas con tareas específicas realizadas por los animales.
Objetivo del estudio
- Desarrollar un protocolo optimizado para registrar la actividad de potenciales de campo locales y descargas en la MC de ratones libremente móviles.
- Ayudar a los principiantes a adquirir y analizar señales neuronales.
- Facilitar la comprensión de la dinámica de redes relacionada con tareas conductuales específicas.
Métodos Utilizados
- Registro extracelular multicanal utilizando un sistema de microimpulsores en ratones libremente comportándose.
- El estudio se centra en la corteza motora (MC) como modelo biológico.
- No se mencionan flujos de trabajo de multiómica.
- Los pasos incluyen el ensamblaje del sistema, la implantación de electrodos y los detalles del protocolo de registro.
- Las técnicas de análisis implican la clasificación de potenciales de acción y su correlación con datos de potenciales de campo locales (LFP).
Resultados principales
- Las propiedades neuronales de las neuronas piramidales de la MC mostraron anchos de valle y duraciones de forma de onda mayores en comparación con las interneuronas.
- Un correlograma cruzado indicó que las neuronas piramidales dispararon antes que las interneuronas, lo que sugiere una relación temporal en la actividad neuronal.
- Se informaron hallazgos similares en el espectro de potencia para los potenciales de campo locales de ambos lados de la MC en ratones normales.
Conclusiones
- El estudio demuestra un enfoque eficaz para investigar la dinámica neural en tiempo real en ratones que se mueven libremente.
- Los conocimientos obtenidos podrían mejorar la comprensión de los fundamentos neuronales del comportamiento.
- Las aplicaciones potenciales abarcan la comprensión de los mecanismos neuronales relacionados con diversas conductas y condiciones.
Preguntas frecuentes
Relevancia Ejecutiva para la Industria
El registro extracelular multicanal en ratones libres de movimiento permite la obtención de mapas de alta resolución de la actividad de redes neuronales durante comportamientos naturales, lo que apoya la reducción mecanicista de riesgos en las primeras etapas del descubrimiento de fármacos para el SNC. Este enfoque proporciona datos electrofisiológicos cuantitativos vinculados al comportamiento, esenciales para la validación de dianas y la confianza predictiva en las líneas de descubrimiento en neurofarmacología. La integración de estos registros en los flujos de trabajo de descubrimiento mejora la continuidad traslacional desde modelos preclínicos hasta puntos finales relevantes para el ser humano.
Aplicaciones Estratégicas en I+D de Biotecnología Farmacéutica
Descubrimiento Temprano y Validación de Blancos
- Permite la correlación directa de los patrones de disparo neuronal con salidas conductuales específicas para la validación funcional de objetivos.
- Apoya la reducción de riesgos mecanicistas al distinguir subtipos neuronales y sus relaciones temporales in vivo.
- Proporciona puntos finales electrofisiológicos cuantitativos para informar la confianza predictiva y la selección de carteras.
Desarrollo de Pruebas y Tamizaje
- Facilita la preparación de sistemas neuronales validados y relevantes conductualmente para ensayos farmacológicos posteriores.
- Proporciona flujos de datos reproducibles y multicanal adecuados para la estandarización de ensayos y la comparación entre estudios.
- Permite la evaluación escalable de los efectos de compuestos sobre la actividad a nivel de red y a nivel de unidad individual en animales conscientes.
Investigación Traductiva y Preclínica
- Relaciona las lecturas neuronales preclínicas con fenotipos conductuales relevantes para la enfermedad, mejorando así el desarrollo de biomarcadores traslacionales.
- Facilita la continuidad desde el descubrimiento inicial hasta la validación preclínica mediante la vinculación de puntos finales electrofisiológicos y conductuales.
- Reduce el riesgo traslacional al proporcionar información mecanicista sobre la función de los circuitos neuronales en condiciones fisiológicamente relevantes.
Integración de la canalización y flujo de trabajo
Este método conecta el descubrimiento inicial y la investigación preclínica al permitir la interrogación basada en hipótesis de circuitos neuronales en modelos animales con comportamiento.
- Biología del Descubrimiento: Apoya la comprobación de hipótesis y la aclaración de vías mediante la obtención de mapas de actividad neural en tiempo real durante el comportamiento.
- Selección: Proporciona salidas cuantitativas listas para ensayos, para evaluar la modulación farmacológica de redes neuronales.
- Análisis: Genera datos de alta densidad de potenciales de acción y de potenciales de campo locales para comparaciones estadísticas sólidas entre diferentes condiciones experimentales.
- Investigación Traducional: Facilita la correlación de firmas neuronales preclínicas con puntos finales clínicos cuando se respalda mediante la asociación con el comportamiento.
- Reutilización Empresarial: Ofrece una plataforma reutilizable adaptable a diversas regiones cerebrales y paradigmas conductuales en la investigación del sistema nervioso central.
Impacto Operativo y Empresarial
- Valor Científico: Aumenta la confianza predictiva y reduce la ambigüedad mecanicista en la validación de dianas en el sistema nervioso central.
- Valor Operativo: Estandariza la adquisición y el análisis de datos neuronales para garantizar la reproducibilidad y escalabilidad.
- Valor Estratégico: Orienta las decisiones de avance o interrupción de proyectos y mejora la eficiencia del capital al proporcionar puntos finales cuantitativos y robustos.
- Impacto en la Cartera: Permite la priorización ajustada al riesgo de activos del sistema nervioso central basada en lecturas neuronales funcionales.
Consideraciones de Implementación
- Requiere experiencia en cirugía estereotáxica, implante de electrodos y análisis de datos neuronales.
- Exige acceso a sistemas de grabación multicanal y software avanzado de análisis para el procesamiento de potenciales de acción y potenciales de campo locales.
- Necesita la estandarización entre equipos de los protocolos conductuales y los criterios de interpretación de datos.
- Adaptable a diferentes regiones cerebrales y tareas conductuales mediante la optimización del protocolo.
- La complejidad del análisis de señales y el manejo de animales pueden presentar limitaciones prácticas para estudios de alto rendimiento.
