הקלטות סימולטני של פוטנציאל שדה מקומי קורטיקליים ו- Electrocorticograms בתגובה לגירויים לייזר Nociceptive לנוע בחופשיות חולדות
January 7th, 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.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
סקירה כללית
המחקר הנוכחי מציג טכניקה חדשנית להקלטה בו זמנית של אלקטרוקורטיקוגרפיה (ECoG) ופוטנציאלים מקומיים בשדה בחולדות נעות בחופשיות בתגובה לגירויים לייזר נוציספטיביים. גישה זו מבססת קשר ישיר בין אותות אלקטרוקורטיקליים ברמות מזוסקופיות ומקרוסקופיות כאחד, ומשפרת את ההבנה של עיבוד מידע נוציספטיבי במוח.
מרכיבי מחקר מרכזיים
תחום המדע
- נוירומדע
- אלקטרופיזיולוגיה
- מחקר התנהגותי
רקע
- הבנת עיבוד נוציספטיבי היא חיונית למחקר מדעי המוח.
- אלקטרוקורטיקוגרפיה מספקת תובנות לפעילות המוח.
- פוטנציאלים מקומיים בשדה משקפים פעילות עצבית בתגובה לגירויים.
- מודלי בעלי חיים נעים בחופשיות חיוניים לחקר התנהגויות טבעיות.
מטרת המחקר
- לפתח שיטה להקלטה בו זמנית של ECoG ופוטנציאלים מקומיים בשדה.
- לחקור את התרומות העצביות לפוטנציאלים הנגרמים על ידי לייזר.
- להקל על מחקר על תגובות המוח לגירויים חושיים שונים.
שיטות שבהן נעשה שימוש
- החולדות מורדמות ומוכנות להשתלת אלקטרודות.
- נעשה שימוש במנגנון סטריאוטקסי לייצוב ראש החולדה.
- האלקטרודות מוגנות על ידי מעטפת פולילקטיד לעמידות.
- ההקלטות נעשות תוך כדי שהחולדות נעות בחופשיות.
תוצאות עיקריות
- הטכניקה הצליחה להקליט ECoG ופוטנציאלים מקומיים בשדה.
- הנתונים חשפו את הקשר בין אותות אלקטרוקורטיקליים לגירויים נוציספטיביים.
- הממצאים תומכים בחקירה נוספת של עיבוד חושי ומצבים פסיכיאטריים.
- השיטה מאפשרת יישומים מגוונים במחקר מדעי המוח.
מסקנות
- הטכניקה משפרת את ההבנה של עיבוד נוציספטיבי במוח.
- היא מספקת כלי חשוב לחקר תגובות המוח לגירויים שונים.
- העיצוב של השיטה מאפשר שימוש במודלי בעלי חיים נעים בחופשיות.
שאלות נפוצות
Executive Industry Relevance
This method enables simultaneous recording of electrocorticographic and local field potential signals in freely moving rats, providing a translational bridge between mesoscopic and macroscopic neural activity measurements. By capturing nociceptive-evoked responses with high signal-to-noise ratio, it supports mechanistic de-risking in pain target validation and phenotypic screening workflows. The approach enhances predictive confidence in early discovery by linking cortical surface and depth electrophysiology to behavioral phenotypes.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses by correlating laser-evoked potential waveforms with nociceptive pathway activation.
- Operational Value: Enables functional target validation through simultaneous surface and depth electrocortical signal acquisition.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by quantifying neural response consistency across cortical layers.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems for downstream assay standardization using synchronized ECoG and LFP readouts.
- Operational Value: Enhances screening readiness through reproducible, noise-minimized electrophysiological recordings in awake-behaving models.
- Scalability: Facilitates platform reuse via 3D-printed protective shell design that maintains electrode stability across sessions.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Aligns with disease-relevant systems by modeling nociceptive processing mechanisms relevant to analgesic development.
- Preclinical Model: Supports risk-adjusted advancement decisions through quantifiable, stimulus-locked neural biomarkers.
- Mechanistic De-risking: Clarifies neuronal contributions to laser-evoked potentials, reducing ambiguity in target engagement interpretation.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into early discovery workflows by enabling hypothesis testing of nociceptive targets through concurrent cortical surface and depth electrophysiology measurements.
- Discovery Biology: Supports pathway clarification by isolating neuronal contributions to evoked potentials across cortical layers.
- Screening: Delivers quantitative, stimulus-locked outputs that facilitate compound effect comparison in behavioral paradigms.
- Analytics: Provides coherent signal metrics (e.g., wavelet coherence) that help teams compare neural engagement across conditions.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity via measurable nociceptive biomarkers predictive of analgesic efficacy.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable electrophysiology capability for longitudinal target validation across multiple sensory modalities.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence by reducing mechanistic ambiguity in cortical nociceptive processing.
- Operational Value: Ensures standardization and reproducibility through protected electrode implantation in freely moving models.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by providing multi-scale electrocortical validation of target engagement.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization through objective, quantifiable neural response metrics.
Implementation Considerations
- Requires expertise in stereotaxic surgery, electrophysiology, and behavioral neuroscience.
- Dependent on laser stimulation systems, recording headstages, and spectral analysis software.
- Necessitates cross-team standardization for electrode placement, stimulus timing, and noise control protocols.
- Involves adaptation considerations when extending to other cortical targets or disease models.
- Limited by the need for surgical recovery periods and environmental acclimatization before data collection.
