Enregistrement de l’activité musculaire des membres antérieurs chez des souris fixées à la tête avec des électrodes EMG implantées de manière chronique
29 mars 2024
Ce protocole décrit la fabrication à la main et l’implantation chirurgicale d’électrodes électromyographiques (EMG) dans les muscles des membres antérieurs de souris pour enregistrer l’activité musculaire pendant les expériences de comportement fixe de la tête.
Je m’intéresse à la façon dont les parties du cortex moteur de la souris, appelées cortex moteur primaire et secondaire, interagissent les unes avec les autres pour influencer l’activité musculaire lors de différents types de mouvements. Nous savons donc que le cortex moteur primaire et secondaire se projettent vers la moelle épinière, mais on ne sait pas comment ils influencent différemment le mouvement. J’utilise donc ce protocole pour comparer les effets de l’inactivation du cortex moteur primaire et secondaire sur l’activité musculaire des membres antérieurs tout au long du mouvement afin de comprendre comment ils contrôlent différemment le mouvement.
L’utilisation de l’EMG musculaire des membres antérieurs nous a permis de mesurer l’impact de l’inactivation optogénétique de différentes régions du système moteur sur la production motrice. Par exemple, nous avons pu montrer que l’influence corticale motrice directe sur les muscles est spécifique à certains comportements moteurs et à des états d’activité musculaire particuliers au cours de ces comportements. De nouveaux réseaux multi-électrodes à grande échelle comme les neuropixels nous permettent désormais d’enregistrer simultanément à partir de grandes populations neuronales dans plusieurs régions du système moteur.
La réalisation d’enregistrements EMG au cours de ces enregistrements neuronaux nous permettra de caractériser comment les interactions entre ces régions du système moteur dépendent de l’état d’activité musculaire.
Aperçu
Cette étude décrit un protocole de fabrication manuelle et d'implantation chirurgicale d'électrodes électromyographiques (EMG) dans les muscles des membres antérieurs de souris. L'objectif est d'enregistrer l'activité musculaire pendant des expériences comportementales avec la tête fixée, afin de comprendre le contrôle différentiel du mouvement par les cortices moteurs primaire et secondaire.
Composantes clés de l'étude
Domaine scientifique
- Neurosciences
- Électrophysiologie
- Analyse du comportement
Contexte
- Les interactions entre le cortex moteur primaire et le cortex moteur secondaire influencent l'activité musculaire.
- Les deux zones motrices projettent vers la moelle épinière, mais leur influence différentielle sur le mouvement reste peu claire.
- L'enregistrement de l'EMG des muscles des membres antérieurs permet d'obtenir des informations sur l'activité musculaire durant différents mouvements.
- Les réseaux multielectrodes à grande échelle permettent l'enregistrement simultané de nombreuses neurones.
Objectif de l'étude
- Comparer les effets de l'inactivation du cortex moteur primaire et secondaire sur l'activité musculaire des membres antérieurs.
- Déterminer comment ces régions contrôlent différemment le mouvement selon divers états d'activité musculaire.
- Utiliser des mesures d'EMG associées à des enregistrements neuronaux afin de mieux comprendre le contrôle moteur.
Méthodes utilisées
- Le protocole comprend la fabrication d'électrodes EMG ainsi que leur implantation chirurgicale chez la souris.
- La souris est utilisée comme modèle biologique pour examiner l'activité musculaire et les interactions avec le cortex moteur.
- Les détails incluent des interventions chirurgicales précises et des techniques de nœuds permettant une fixation sécurisée des électrodes.
- Le déroulement inclut des instructions étape par étape rigoureuses pour la préparation et l'implantation des électrodes.
- Toutes les électrodes implantées étaient fonctionnelles, produisant des signaux EMG propres peu de temps après l'implantation.
Résultats principaux
- L'étude démontre avec succès le fonctionnement d'électrodes implantées pour l'enregistrement de l'activité musculaire.
- Les résultats indiquent que l'influence directe du cortex moteur sur les muscles varie selon le comportement moteur et les états musculaires.
- La performance des électrodes a été validée dans le temps, certaines d'entre elles ayant cessé de fonctionner après des périodes prolongées.
- L'approche permet un examen détaillé des interactions entre les zones corticales motrices et les réponses musculaires.
Conclusions
- Ce protocole fournit une méthode fiable pour enregistrer l'activité musculaire essentielle à l'analyse des mécanismes de contrôle moteur.
- Bien que l'analyse multiomique n'ait pas été applicable ici, ce travail contribue à la compréhension des interactions neuronales dans le contrôle moteur.
- Les résultats ont des implications pour des études ultérieures sur la plasticité des systèmes moteurs et leurs rôles dans les troubles du mouvement.
Questions fréquemment posées
Pertinence industrielle pour les cadres
L'implantation chronique d'électrodes EMG chez des souris fixées au niveau de la tête permet une mesure longitudinale à haute résolution de l'activité musculaire pendant des manipulations comportementales et neuronales définies. Cette capacité soutient la réduction des risques mécanistiques et la validation des cibles en recherche sur le système moteur, en reliant l'interrogation des circuits neuronaux à une sortie motrice quantitative. Cette approche renforce la confiance prédictive pour les portefeuilles de cibles en neurosciences translationnelles et en neuromusculaire.
Applications stratégiques en recherche et développement en biopharmaceutique
Début de la découverte et validation de la cible
- Permet l'interrogation directe de la fonction des circuits moteurs et des contributions spécifiques aux voies de l'activité musculaire.
- Permet la validation fonctionnelle de cibles en associant les perturbations neuronales à des sorties motrices quantifiables.
- Facilite la réduction des risques mécanistiques en précisant les rôles du cortex moteur primaire et secondaire dans le contrôle du mouvement.
Développement de tests et de criblages
- Offre un système validé permettant des lectures reproductibles et quantitatives d'EMG chez les modèles animaux de petite taille.
- Permet la standardisation des tests pour évaluer les manipulations neuronales et les interventions pharmacologiques sur la sortie motrice.
- Facilite l'évaluation de la préparation au criblage de composés ou d'outils génétiques ciblant les voies neuromusculaires.
Recherche translationnelle et préclinique
- Aligne les modèles précliniques avec les phénotypes moteurs pertinents pour la maladie et les biomarqueurs fonctionnels.
- Permet une continuité entre la découverte des circuits neuronaux et les études d'efficacité préclinique dans les troubles du mouvement.
- Facilite un développement adapté au risque en fournissant des critères d'évaluation robustes et quantitatifs de la fonction motrice.
Intégration des pipelines et des flux de travail
Cette méthode s'intègre au continuum découverte-préclinique en permettant des tests fondés sur des hypothèses concernant la fonction des circuits neuronaux et leur impact sur l'activité musculaire in vivo.
- Biologie de la découverte : Permet la clarification des voies biologiques et la vérification d'hypothèses grâce à l'inactivation neuronale et à la mesure de l'EMG.
- Écrantage : Fournit des données reproductibles et quantitatives sur l'activité musculaire permettant des comparaisons entre différentes conditions.
- Analyse : Offre des signaux EMG avec une résolution milliseconde pour l'analyse statistique des interventions sur le système moteur.
- Recherche translationnelle : Relie les découvertes sur les circuits neuronaux à des paramètres fonctionnels moteurs pertinents pour les modèles précliniques.
- Réutilisation en milieu professionnel : Met en place une plateforme réutilisable pour diverses études neuromusculaires et neuropharmacologiques.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive et réduit l'ambiguïté mécanistique dans la recherche sur le système moteur.
- Valeur opérationnelle : Standardise l'enregistrement EMG chez les modèles animaux de petite taille pour assurer la reproductibilité et l'évolutivité.
- Valeur stratégique : Éclaire les décisions d'aller/arrêt en reliant les interventions neuronales à des résultats fonctionnels.
- Impact sur le portefeuille : Soutient la priorisation ajustée au risque des cibles et interventions neuromusculaires.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en chirurgie sur petits animaux et en fabrication d'électrodes chroniques.
- Suppose l'accès à un équipement d'électrophysiologie et à une infrastructure d'analyse de données.
- Exige une standardisation entre équipes pour le positionnement des électrodes et le contrôle de qualité des signaux.
- Une adaptation peut être nécessaire selon les groupes musculaires ou les paradigmes comportementaux.
- La stabilité à long terme du signal et la durabilité des électrodes constituent des limitations pratiques à surveiller.
