Studying the Coding Profiles of Somatic Stimulation on Cardiac-locked Neuronal Responses in the Rat Spinal Dorsal Horn

Ziyi Zhang; Xiaoyue Sun; Hanqing Xi; Xia Li; Xiang Cui; Tao Lv; Yun Liu; Xinyan Gao

doi:10.3791/68016

חקר פרופילי הקידוד של גירוי סומטי על תגובות עצביות נעולות לבביות בקרן הגב של עמוד השדרה של החולדה

JoVE Journal
Neuroscience

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

JoVE Journal Neuroscience

Studying the Coding Profiles of Somatic Stimulation on Cardiac-locked Neuronal Responses in the Rat Spinal Dorsal Horn

חקר פרופילי הקידוד של גירוי סומטי על תגובות עצביות נעולות לבביות בקרן הגב של עמוד השדרה של החולדה

Full Text

542 Views

07:12 min

May 23, 2025

DOI: 10.3791/68016-v

Ziyi Zhang¹, Xiaoyue Sun¹, Hanqing Xi¹, Xia Li¹, Xiang Cui¹, Tao Lv¹, Yun Liu¹, Xinyan Gao¹

¹Institute of Acupuncture and Moxibustion,China Academy of Chinese Medical Sciences

Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This study describes a novel protocol for spinal multichannel extracellular recording alongside cardiac function assessment to analyze cardiac-locked spinal dorsal horn neurons. This synchronized framework is crucial for exploring spinal mechanisms influenced by thoracic visceral functional changes associated with acupuncture.

Key Study Components

Area of Science

Neuroscience
Cardiac physiology
Acupuncture research

Background

The relationship between the spinal cord and cardiac regulation is complex and not fully understood.
Acupuncture may modulate these spinal mechanisms affecting cardiovascular responses.
Current methods often lack temporal resolution in monitoring neural and cardiac activities simultaneously.

Purpose of Study

To develop a method for real-time monitoring of spinal and cardiac activities to better understand their interactions.
To evaluate whether specific acupuncture points can provide therapeutic benefits for cardiovascular conditions.

Methods Used

The study employed a spinal multichannel extracellular recording system alongside electrocardiogram monitoring.
Experimental rats underwent a series of surgical procedures to stabilize thoracic spinal regions.
A bradykinin injection was introduced for cardiac nociceptive stimulation, while synchronization of the recordings was meticulously maintained.

Main Results

Neurons in the spinal dorsal horn demonstrated varied spike coding patterns that correlated with ECG waves.
Bradykinin significantly altered neuronal firing patterns, suggesting that cardiac-related spinal neurons respond dynamically to nociceptive stimuli.
The findings indicate a potential mechanism through which acupuncture may influence cardiovascular outcomes through modulation of spinal neuronal activity.

Conclusions

This protocol facilitates simultaneous neural and cardiac function monitoring, opening avenues for research into cardiovascular disorders.
The study underscores the potential for acupuncture as a therapeutic strategy for myocardial infarction through its effects on spinal neuron activity.
Further investigations may elucidate underlying mechanisms and therapeutic implications for heart-related conditions.

Frequently Asked Questions

What is the advantage of this spinal multichannel recording method?

This method allows for real-time monitoring of both neural and cardiac activities, providing insights into their interplay during acupuncture intervention.

How is the thoracic spinal stabilization achieved?

Stabilization involves custom spinal clamps to secure the thoracic vertebrae during the experimental procedures.

What types of outcomes are assessed in this study?

Electrophysiological recordings of neuron firing patterns and ECG changes in response to bradykinin injections are the primary outcomes measured.

Can this protocol be adapted for other models or interventions?

Yes, the protocol could be adapted for different surgical interventions and models to study various physiological phenomena.

What are the limitations of this study?

Achieving stable thoracic fixation remains a challenge, and variations in individual rat responses could affect data consistency.

אנו מתארים פרוטוקול להקלטה חוץ-תאית רב-ערוצית בעמוד השדרה לצד הקלטה וניתוח של נוירונים של קרן גב עמוד השדרה הנעולים על הלב. שיטה זו מציעה מסגרת מסונכרנת זמנית לחקר מנגנוני עמוד השדרה העומדים בבסיס שינויים תפקודיים קרביים של בית החזה הנגרמים על ידי דיקור סיני.

המחקר שלי מפענח את השפעות נוירומודולציה בעמוד השדרה של ויסות לב וכלי דם באמצעות פרוטוקול MEA מיוצב בעמוד השדרה החזי, המאפשר אלפיות שנייה לעבד ולנתח חלקיק כמו דינמיקת SDHN.

אתגרי הניסוי הנוכחיים כוללים השגת ייצוב אמין של עמוד השדרה החזי כדי למנוע איומים נוירולוגיים. אופטימיזציה של פרוטוקולי ההתחלה ליציבות עצבית וכן הבטחת סנכרון א.ק.ג ברמת אלפית שנייה.

[יון ליו] הפרוטוקול שלנו סיפק גישה כללית לניטור בו-זמני של פעילות עצבית ותפקודי לב, ועל ידי שילוב של הקלטות של אלקטרוקרדיוגרמות ומיקרו-אלקטרודות, מחק התגברות על רזולוציה זמנית נמוכה, מאשר הדמיית סידן.

התוצאות שלנו מקדמות חקירה האם נוירונים בעמוד השדרה הממוקמים בלב מניעים את התקדמות MI, ואם אפנון דיקור ספציפי לנקודת דיקור מציע יתרונות טיפוליים לאוטם שריר הלב.

[קריין] כדי להתחיל, בדוק צינורית בצורת Y כדי לוודא שהיא יבשה לחלוטין. בעזרת מספריים קפיציים, בצע חתך רוחבי בקנה הנשימה של חולדה מורדמת. הכנס את הצינורית לפתח קנה הנשימה. אבטח את צינורית קנה הנשימה עם שלושה אפס תפרים שאינם נספגים כדי למנוע דליפת אוויר והוצאת צינורות בשוגג. לאחר מכן, הכניסו שלוש אלקטרודות לעור החולדה. הנח את האלקטרודה החיובית בגפה התחתונה השמאלית, את האלקטרודה הקרקעית בגפה התחתונה הימנית ואת האלקטרודה השלילית בגפה העליונה הימנית. הניחו את החולדה במצב שכיבה. לאחר חיטוי העור, בצע כריתת בית החזה כדי לחשוף את התימוס. לאחר מכן השתמש בקצה מחט ניתוח זכוכית כדי ליצור פתח קטן בקרום הלב. כעת הכנס קטטר סיליקון עם כמה חורים קטנים בקצהו הדיסטלי סנטימטר עד שני סנטימטרים לתוך קרום הלב דרך החתך. הצמד את הקטטר לרקמת דופן בית החזה באמצעות BioGlue. לאחר מכן, בצע דיקור ידני בנקודת הדיקור PC 6 באמצעות פרמטר גירוי של הרץ אחד. הכנס מחטי דיקור למחשב שש נקודות צבירה בעומק של כשלושה מילימטרים. הסר את השרירים המחוברים למהדק הראש ואת החלק הישר של שרירי הצוואר הארוך כדי לחשוף את התהליכים הקוצניים של חוליות בית החזה השנייה. לאחר מכן עקור את שרירי חצי הספינאליס והספינליס כדי לחשוף את קשת החוליות מ- T2 ל- T6. בעזרת רונג'ורים, הסר את התהליך הקוצני של חוליות T3 כדי לחשוף את חוט השדרה T3. לקיבוע חוליות בית החזה, השתמש במהדק עמוד שדרה מותאם אישית כדי לאבטח את התהליכים המפרקיים של T2 ו- T6. יש להרטיב את השרירים שמסביב במי מלח כדי לשמור על לחות. כעת חבר את מערך האלקטרודות למניפולטור המיקרו של מכשיר סטריאוטקטי. הכנס אותו אנכית לקרן הגב T3 של חוט השדרה דרך החריץ החציוני הגבי. לאחר מכן הכנס את אלקטרודת הייחוס לשריר הגב. לגירוי, טען מזרק מיקרוס המחובר לצנתר סיליקון בעל חורים מרובים עם תמיסת ברדיקינין. הזרקו ארבעה מיקרוליטר מהתמיסה וגרמו לגירוי לבבי. התבונן בשינויים בקצב הלב ובהפרשות עצביות בקרן הגב של חוט השדרה T3 תוך 30 דקות מההזרקה. הפעל את התוכנה כדי לייבא את הנתונים העצביים המוקלטים בפורמט .ns6. גרור ושחרר את קובץ ה- .ns6 לתוכנית. בחר קובץ ולחץ על שמור בשם, ולאחר מכן בחר את פורמט .nex5 הבא כדי ליצור נתוני רכבת ספייק סטנדרטיים. ייבא את קבצי ה- .nex5 שהומרו לתוכנת הסיווג. בצע את הקוד הרלוונטי לסינון וסיווג האותות. לאחר מכן מיין צורות גל ספייק על סמך מאפייני צורת הגל וניתוח רכיבי העיקרון עם פרמטרי סף המוגדרים בפלוס מינוס שלוש סטיות תקן מרעש הבסיס. נתח את נוירוני קרן הגב של עמוד השדרה הנעול על ידי הפעלת MATLAB. הגדר את הפרמטרים הניסיוניים. לחץ על הפעל כדי לבצע. נוירונים שתועדו מערוץ 19, הראו רכבות ספייק קצביות צפופות עם דפוס מתאם סימטרי וקבוצות צורות גל מקובצות היטב ב-PCA. נוירונים מערוץ 11 התפצלו לשלושה פרופילי ירי נפרדים, כל אחד עם תכונות מתאם אוטומטי ייחודיות ואשכולות צורות גל PCA. נוירונים נעולים לבביים בערוץ 17 C ו-21 A שנורים בקצב עם א.ק.ג הם גלים בקו הבסיס, אך ברדיקינין שיבש את הדפוס הזה והכניס אשכולות ספייק חדשים בין גלי P ו-Q. MAPC6 החזיר את הירי הנעול על הגל שלנו, אם כי קצב זה ירד שוב לאחר MAPC6. ברדיקינין הגדיל בחדות את שיעור הנוירונים הנרגשים בעוד ש-MAPC6 הפחית את התגובה הזו. לעומת זאת, פרופורציות הנוירונים המעכבים ירדו עם ברדיקינין אך התאוששו לאחר MAPC6. Chan21a ירה בסנכרון עם גל ה-ECG P בקו הבסיס, התקבץ בין גלי P ו-Q לאחר ברדיקינין וננעל מחדש לגל P בעקבות MAPC6.

View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos