הקלטות סימולטני של פוטנציאל שדה מקומי קורטיקליים ו- Electrocorticograms בתגובה לגירויים לייזר Nociceptive לנוע בחופשיות חולדות
7 בינואר 2019
פיתחנו שיטה רשומות בו-זמנית גם electrocorticography וגם שדה מקומי פוטנציאל בתגובה לגירויים לייזר nociceptive לנוע בחופשיות חולדות. טכניקה זו מסייעת ליצור מערכת יחסים ישירה של אותות electrocortical mesoscopic ואת רמות מאקרוסקופית, אשר מקלה על החקירה של nociceptive מידע לעיבוד במוח.
שיטה זו מסייעת לבסס את הקשר הישיר של אותות אלקטרוקורטיים שנרשמו הן מ- ECoG והן ממעמקי החוטים כדי לענות על שאלות מפתח על התרומות העצביות של פוטנציאל לייזר-לעורר. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא כי השתלת אלקטרודה יכול להיות מוגן על ידי מעטפת polylactic, ולכן ההקלטה יכולה להיות מיושמת על חולדות נעות חינם שלנו. שיטה זו יכולה להיות מיושמת בהקלטת תגובות המוח עורר על ידי גירויים של תחושות שונות או תכונות קצרות של מחלות פסיכיאטריות אשר לקדם את החקירה של neuromagnetisms בהתאמה שלהם.
התחל הליך זה עם הרדמה של החולדה כמפורט בפרוטוקול הטקסט. לאחר מכן, השתמש ב מכשיר סטריאוטוקסי כדי לתקן את ראשו של החולדה עם האף שלה ממוקם לתוך מסכת ההרדמה. סובלנות כירורגית מושגת כאשר אז החולדה אינה מגיבה לצביטת בוהן.
החל משחה עיניים על העיניים, כדי למנוע ייבוש הקרנית. לגלח את החלק העליון של הקרקפת של החולדה באמצעות מכונת גילוח סטנדרטית. לאחר מכן, לחטא את הקרקפת באמצעות פתרון חיטוי יודופר רפואי 75% אלכוהול כדי להסיר את היוד.
הזריקו 2% לידוקאין לקרקפת לשככי כאבים מקומיים. לאחר מכן, לנהל אטרופין כדי לעכב hypersecreation הנשימה. בצע חתך קו האמצע של כ 2-3 ס"מ על הקרקפת באמצעות אזמל.
חותכים ומסירים חלק מהקרקפת לאורך קו האמצע וחושפים את הגולגולת. סמן את מיקומן של אלקטרודות ECoG בהתבסס על הקואורדינטות הסטריאוטוקסיות המוגדרות מראש. כמו כן, סמן את מיקומי ההתייחסות ואלקטרודות הקרקע בקו האמצע.
חורי קידוח עבור ברגים ECoG באמצעות מקדחת גולגולת חשמלית על הגולגולת במראות המסומנים מבלי להרוס את דורה. כונן בורג אל חלד, אשר מתחבר חוט נחושת מצופה בידוד, לתוך החור לעומק מילימטר אחד משוער. הימנעו מחשיפה לדורה הבסיסית.
מניחים בסיס פגז מגן על הגולגולת. תקן את הבסיס עם הברגים הסמוכים לו על הגולגולת באמצעות אקריליק דנטלי. סמן את מיקומן של אלקטרודות חוטי העומק בהתבסס על הקואורדינטות הסטריאוטוקסיות המוגדרות מראש.
עכשיו, לקדוח חורים קטנים על הגולגולת סביב המראות סימן להשתלת תיל בזהירות להסיר את דש העצם לחשוף את דורה. לשטוף את craniotomy לעתים קרובות עם מלוחים רגילים. באמצעות מחט, להרים לחתוך את דורה מבלי לפגוע פיא מאטר, כלי ואת פני השטח של neocortex.
מנמיך את אלקטרודות חוט העומק אל פני השטח של הניאוקורטקס. לאחר מכן, לחדור לאט את המוח לעומק היעד. לאטום את craniotomy עם תערובת של שעווה ושמן פרפין כדי להבטיח כי אלקטרודות חוט העומק ניתן להעביר עבור מניפולציות ניסיוניות הבאות.
לתקן את מנגנון האלקטרודה באמצעות אקריליק שיניים על הגולגולת. רתך כל חוט נחושת המתחבר לבורג ECoG לערוץ המתאים במודול המחבר. להרכיב את קיר מעטפת מגן לבסיס לרתך את ההתייחסות אלקטרודות הקרקע לערוצים המתאימים.
תקן את המכסה לקליפת המגן באמצעות קלטות כדי למנוע זיהום. לאחר הזרקת החולדה עם פניצילין, בית יחיד החולדה בכלוב מבוקר טמפרטורה ולחות לאחר הניתוח כמפורט בפרוטוקול הטקסט. שים את החולדה בתא ההתנהגות לפחות שעה אחת לפני הניסוי כדי להבטיח שהעכברוש יסתגל לסביבת ההקלטה.
לחבר בעדינות את שלב ראש ההקלטה עם מודול האלקטרודה, כדי למנוע להפחיד את החולדה ולפגוע במודול האלקטרודה. תארגן את מחולל הלייזר. חבר את הסיב האופטי ולהתאים את גודל הספוט של הלייזר על פי מדריך מפעילי הציוד.
עכשיו, לחבר את הפלט הדיגיטלי ממחולל ההדק ליציאת הקלט הדיגיטלית של לוח ההקלטה. הגדר את מצלמת הווידאו מתחת לפינת תא הניסוי כדי לתעד ללא הרף את ההתנהגויות הנוניקטיביות של החולדה כאשר הכף שלה מקבלת גירוי לייזר לא מספק. ספק רעש לבן מתמשך באמצעות רמקול חזק בחלק העליון של התא.
לאסוף את הנתונים האלקטרופיזיולוגיים הן ECoG ואת אלקטרודות חוט העומק באמצעות מערכת ההקלטה על פי מדריך מפעילי הציוד. עכשיו, לספק את פולסים לייזר ל plantar של ההתרפסות של החולדה דרך הפערים בחלק התחתון של התא על ידי תחילה מיקום גנרטור הלייזר. לאחר מכן, לחץ על המתג כדי לספק גירוי לייזר.
להלן הנתונים האלקטרופיזיולוגיים הגולמיים של קליפות המנוע הראשי הדו-צדדיות, קליפות המוח הדו-צדדיות הראשיות וה-ECoG. פוטנציאל לייזר-עורר ברור, או תגובת LEP, ניתן לגילוי לאחר הופעת גירוי הלייזר. מוצג כאן הוא רמת הקבוצה ממוצע LEP צורות גל משש אלקטרודות של חמישה חולדות.
תגובות LEP מורכבות מהטיה שלילית דומיננטית הנקראת N1 Wave. שים לב לגל N1 של קליפות המוח הראשיות הדו-צדדיות מציג השהיה קצרה יותר משרעת גבוהה יותר מזה של קליפת המוח המנועית העיקרית הדו-צדדית. נתון זה מראה גל הפך קוהרנטיות בין LEPs שנדגמו מן ECoG וחוטים עומק ב S1 ו M1 דו צדדי, עם לייזר נמסר על plantar של הקדמה הימנית של החולדה.
שים לב שה-S1 וה-M1 השמאליים הראו קוהרנטיות גבוהה יותר מה-S1 וה-M1 הימניים בתדר הגמא. לאחר פיתוחה טכניקה זו תסלול את הדרך לחוקרים להיזכר בו זמנית הן ECoG והן פוטנציאל מילוי מקומי בין-קורקטי בחולדות נעות חופשיות כדי לחשוף את התרומות העצביות של פוטנציאל מעורר לייזר.
צפו בתמליל המלא וקבלו גישה לאלפי סרטונים מדעיים
סקירה כללית
מחקר זה מציג טכניקה חדשנית להקלטה סימולטנית של אלקטרוקורטיקוגרפיה (ECoG) ופוטנציאלים מקומיים (local field potentials) בחולדות הנעות בחופשיות בתגובה לגירויי לייזר נוציצפטיים. גישה זו מבססת קשר ישיר בין אותות אלקטרוקורטיקליים ברמה המזוסקופית והמאקרוסקופית כאחד, ובכך משפרת את ההבנה של עיבוד מידע נוציצפטי במוח.
מרכיבי מפתח של המחקר
תחום מדע
- מדעי המוח
- אלקטרופיזיולוגיה
- מחקר התנהגותי
רקע
- הבנת העיבוד הנוציספטיבי היא קריטית למחקר במדעי המוח.
- אלקטרוקורטיקוגרפיה מספקת תובנות לגבי פעילות המוח.
- פוטנציאלים מקומיים של השדה משקפים פעילות נוירונלית בתגובה לגירויים.
- מודלים של בעלי חיים בתנועה חופשית חיוניים לחקר התנהגויות טבעיות.
מטרת המחקר
- פיתוח שיטה להקלטה סימולטנית של ECoG ופוטנציאלים מקומיים (local field potentials).
- בחינת התרומות הנוירונליות לפוטנציאלים המושרים בלייזר (laser-evoked potentials).
- קידום מחקר על תגובות המוח לגירויים חושיים שונים.
שיטות שנעשה בהן שימוש
- החולדות הורדמו והוכנו להשתלת אלקטרודות.
- מכשיר סטריאוטקסי משמש לקיבוע ראש החולדה.
- האלקטרודות מוגנות על ידי מעטפת פולילקטית לצורך עמידות.
- ההקלטות מבוצעות בזמן שהחולדות נעות בחופשיות.
תוצאות עיקריות
- הטכניקה הקליטה בהצלחה ECoG ופוטנציאלים של שדה מקומי.
- הנתונים חשפו את הקשר בין אותות אלקטרו-קורטיקליים לבין גירויים נוציצפטיביים.
- הממצאים תומכים בחקירה נוספת של עיבוד חושי ומצבים פסיכיאטריים.
- השיטה מאפשרת יישומים רב-גוניים במחקר במדעי המוח.
מסקנות
- טכניקה זו משפרת את ההבנה של העיבוד הנוציצפטיבי במוח.
- היא מספקת כלי בעל ערך לחקר תגובות המוח לגירויים שונים.
- תכנון השיטה מאפשר שימוש במודלים של בעלי חיים הנעים בחופשיות.
שאלות נפוצות
רלוונטיות תעשייתית למנהלים
שיטה זו מאפשרת הקלטה סימולטנית של אותות אלקטרוקורטיקוגרפיים ואותות פוטנציאל שדה מקומי בחולדות הנעות בחופשיות, ובכך מספקת גשר תרגומי בין מדידות של פעילות עצבית ברמה המזוסקופית והמאקרוסקופית. באמצעות לכידה של תגובות המעוררות על ידי נוציצפציה עם יחס אות לרעש גבוה, היא תומכת בהפחתת סיכונים מכניסטיים בתהליכי תיקוף של מטרות לכאב ובמסלולי סריקה פנוטיפית. הגישה מגבירה את הביטחון החזוי בשלבי הגילוי המוקדמים על ידי קישור אלקטרופיזיולוגיה של פני השטח והעומק של קליפת המוח לפנוטיפים התנהגותיים.
יישומים אסטרטגיים במחקר ופיתוח בביופארמה
גילוי מוקדם ותיקוף מטרה
- ערך מדעי: בוחן היפותזות טיפוליות באמצעות מתאם בין גלי פוטנציאל מעורר בלייזר לבין הפעלת המסלולים הנוציספטיביים.
- ערך תפעולי: מאפשר תיקוף של מטרות תפקודיות באמצעות רכישה סימולטנית של אותות אלקטרו-קורטיקליים מפני השטח ומעומק הרקמה.
- ערך חיזוי: תומך במיון פורטפוליו על ידי כימות עקביות התגובה העצבית על פני שכבות קורטיקליות.
סריקה ופיתוח בדיקה
- ערך מדעי: הכנת מערכות ביולוגיות שעברו תיקוף לצורך סטנדרטיזציה של בדיקות המשך באמצעות קריאות ECoG ו-LFP מסונכרנות.
- ערך תפעולי: שיפור המוכנות לסריקה באמצעות הקלטות אלקטרופיזיולוגיות הניתנות לשחזור עם רעש מינימלי במודלים של בעלי חיים ערים ומתנהגים.
- יכולת הרחבה: تسهيل שימוש חוזר בפלטפורמה באמצעות תכנון מעטפת הגנה מודפסת בתלת-ממד השומרת על יציבות האלקטרודות לאורך מספר סשנים.
מחקר תרגומי ופרה-קליני
- המשכיות תרגומית: מתואם עם מערכות רלוונטיות למחלה על ידי מידול מנגנוני עיבוד נוציצפטיים הרלוונטיים לפיתוח משככי כאבים.
- מודל פרה-קליני: תומך בהחלטות קידום מותאמות סיכון באמצעות ביומרקרים עצביים כמותיים הננעלים לגירוי.
- הפחתת סיכונים מנגנונית: מבהיר את התרומה הנוירונלית לפוטנציאלים מעוררי לייזר, ובכך מפחית עמימות בפירוש של מעורבות המטרה.
שילוב תהליכי עבודה וצנרת נתונים
השיטה משתלבת בתהליכי עבודה של שלבי הגילוי המוקדמים על ידי מתן אפשרות לבחינת השערות לגבי מטרות נוציצפטיות באמצעות מדידות אלקטרופיזיולוגיות מקבילות של פני השטח של קליפת המוח ושל עומק הרקמה.
- ביולוגיה של גילוי: תומכת בהבהרת מסלולים על ידי בידוד תרומות נוירונליות לפוטנציאלים מעוררים לאורך שכבות קורטיקליות.
- סריקה: מספקת פלטים כמותיים, מסונכרנים לגירוי, המקלים על השוואת השפעות של תרכובות בפרדיגמות התנהגותיות.
- אנליטיקה: מספקת מדדי אות קוהרנטיים (למשל, wavelet coherence) המסייעים לצוותים להשוות מעורבות עצבית בין תנאים שונים.
- מחקר תרגומי: מקשר לרצף פרה-קליני באמצעות ביומרקרים נוציצפטיים מדידים המנבאים יעילות אנלגזית.
- שימוש חוזר ארגוני: מבססת יכולת אלקטרופיזיולוגית ניתנת לשימוש חוזר לצורך תיקוף מטרות לאורכי ב modalities תחושתיים מרובים.
השפעה תפעולית וארגונית
- ערך מדעי: מגביר את הביטחון החזוי על ידי הפחתת העמימות המכניסטית בעיבוד נוציצפטי קורטיקלי.
- ערך תפעולי: מבטיח סטנדרטיזציה והדירות באמצעות השתלת אלקטרודות מוגנת במודלים הנעים בחופשיות.
- ערך אסטרטגי: משפר החלטות go/no-go על ידי אספקת תיקוף אלקטרו-קורטיקלי רב-קנה מידה למעורבות המטרה.
- השפעה על הפורטפוליו: מאפשר תיעדוף מותאם סיכונים באמצעות מדדי תגובה עצבית אובייקטיביים וכמותיים.
שיקולי יישום
- דורש מומחיות בניתוחים סטריאוטקסיים, אלקטרופיזיולוגיה ומדעי המוח ההתנהגותיים.
- תלוי במערכות גירוי בלייזר, בראשבמות (headstages) להקלטה ובתוכנה לניתוח ספקטרלי.
- מחייב סטנדרטיזציה בין צוותים עבור מיקום האלקטרודות, תזמון הגירויים ופרוטוקולים לבקרת רעשים.
- כולל שיקולי התאמה כאשר מרחיבים את השיטה למטרות קורטיקליות אחרות או למודלים של מחלות.
- מוגבל על ידי הצורך בתקופות התאוששות ניתוחית ובאקלימטיזציה סביבתית לפני איסוף הנתונים.
