方法論記事

共局在脳波および齧歯動物のローカル フィールド電位の同時記録

DOI：

10.3791/56447

⸱

2017年11月30日

 ,  ,  , 
1School of Biological Sciences, Whiteknights, University of Reading, 2Department of Bioengineering, Imperial College

この記事について

サマリー

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

このプロトコルでは、共局在脳波 (EEG) や麻酔下のラットにおける潜在的なマルチ-層流のローカル フィールドの同時録音のための簡単な方法について説明します。脳波信号の歪みを生成する微小電極の挿入のため頭蓋骨の穴のバリが表示されます。

要約

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

脳波 (EEG) は非侵襲的手法として普及し、脳の神経活動を記録するため、脳波の神経新生の私達の理解はまだ非常に限られました。マルチ-層流電極を介して記録局所電界電位 (LFPs) は、大脳皮質の異なる皮質層にわたって同時の神経活動の詳細なアカウントを提供できるが侵襲的な手法。前臨床モデルで LFP と脳波の測定値を結合することができます大幅に脳波信号の生成に関与する神経機構の理解を強化し、脳波のより現実的な生物学的に正確な数学的モデルの導出を容易にします。同時と共局在脳波と麻酔の齧歯類でマルチ層流の LFP 信号を取得するための簡単な手順を次に示します。また脳波信号が微小電極の挿入のため頭蓋骨の穴のバリの影響を受けますかどうかを調べた。バリの穴では、脳波のごくわずかな影響が示唆されました。

概要

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

一般に電極を介して主に記録の LFPs がローカル錐体神経集団1,2,3の同期興奮性と抑制性シナプスの活動の加重の合計を反映しています。,4. 私たちの最近の研究が示した LFP 信号のプロファイルが興奮と抑制の5,6のコンポーネントに分けることができます。ただし、LFP 侵襲で通常量を測定したら、人間の脳のほとんどの研究にもない適しています。

その一方で、脳波は、脳の電気的活動を測定する非侵襲的な手法です。特定の種類、てんかんなどの神経疾患のための診断ツールとして、人間の認知科学的研究の研究ツールとして広く使用されます。その人気にもかかわらず、脳波の主要な制限は、基になる神経信号7,8,9面で正確にその時間プロファイルを解釈することができないです。

ますます、脳波の数学的モデルは、脳機能10、11,12,13,14,15の理解を高めるために開発されています。既存の脳波モデルのほとんどは、フィッティング中、自発脳波データに出力予測モデルの周波数ドメインの特性に基づいて開発されて、非常に少数の脳波モデルは現実的な感覚誘発電位を生成できます。このコンテキストで LFP と脳波の同時録音は脳波のより正確な数学モデルを開発するため重要な洞察力と制約が提供されます。

さらに脳波の神経の起源を探検する同時録音のこの必要性に対処するため麻酔下ラットの大脳皮質脳波とマルチ-層流 LFP 信号を同時に記録する手法を開発しました。セットアップは、以前同時脳波/LFP 研究実施、霊長類16,17に似ています。さらに脳波感覚の不在で二国間 EEG 録音は (すなわちバリの穴、そのまま他の半球の 1 つの半球) を比較することによって、ホールの周りで頭蓋骨に穴のバリの効果を調べた刺激。脳波/LFP の同時録音が行なわれること単にかつ効果的に、頭蓋骨のバリの穴から小さな脳波信号の歪みとを示した。

プロトコル

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

すべての実験は、英国内務省規則 (動物 (科学的なプロシージャ) の行為 1986) に従って実施され、英国レディング大学の研究倫理委員会で承認されました。

1. 動物の準備

注: 女性リスター フード付きのラットは、すべての実験に使用されました。これ非生存の手順です。

  1. 実験室規模のラットの体重を記録します。
  2. 商工会議所 5% イソフルランと 1 L/分の酸素流量でラットを麻酔します。
  3. 一口バーで休憩その歯と体の下にペーパー タオルで固定ホルダーにラットを配置.ペーパー タオルからの熱パッドを挿入する簡単になります (手順 2.3 参照) し、実験中のラットからの排泄物をキャッチします。
  4. イソフルラン 0.5 L/min 接続小さな動物イソフルラン麻酔システムに円錐形の酸素流量で 3% の濃度でラット アダプターの鼻クランプにマウントされているハード プラスチック製ノーズコーンを介して継続的に管理します。

2. 手術

  1. ラットの休んでいるペーパー タオルの下に恒温加熱パッドを挿入、耳に 2 つバーでラットの頭部を保護直腸温度計を使用して体の温度を監視します。
  2. ネズミの頭の上を剃る。
  3. 角膜の乾燥を防ぐために目に眼軟膏を適用します。
  4. 頭蓋を公開する前に頭皮にリドカインの滴を適用し、肌に優しくマッサージします。
  5. 約 2-3 cm の正中切開は、メスを使って頭蓋骨の表面を公開する頭皮。
  6. 慎重に Jacquette スケーラーと鋸歯状と湾曲した解離性鉗子のペアを使用して頭蓋骨から刺激するウィスカー パッドに側頭筋筋のコントラ側面を区切ります。必要なときに綿棒で頭蓋骨をきれいに。
  7. 編みシルクを使用して、非吸収性縫合糸、タイトな結び目が頭皮に区切られた筋肉を結ぶし、18脳定位固定装置のフレームにしっかりと縫合糸を結びます。
  8. 定位座標を使用して、2.5 mm 前に尾のバレル皮質を見つけ、正中線19mm 外側を 6。鉛筆やマーカーを用いた体性感覚野の位置にドットを描画します。
  9. 歯科用ドリルを使用してマークされた位置でバリの穴をドリルします。頭蓋骨の掘削中の過熱を防ぐために作業領域にすべての 10-15 s 滅菌生理食塩水 (塩化ナトリウム 0.9%) を適用します。穴あけ加工には、次の 3 つのステップが含まれます。
    1. #4 (直径 0.055 天文単位) のドリルビットを使用して頭蓋骨に < 2 mm の直径の穴を開けます。硬膜にドリルダウンしていない注意してください。
    2. #1/4 (0.019 直径) のドリルビットを使って、半透明性を穴の底を薄い。
    3. 27 G の針を使用して、微小電極の挿入が可能に硬膜を貫通します。
  10. 脳定位固定装置フレーム、ファラデーケージの中に振動分離ワークステーション上にマウントするのセキュリティで保護された、ラットを転送します。
  11. 次の生理学的パラメーターを継続的に監視するラットの後肢にパルスオキシメータ コントロール ユニットに接続されているパルスオキシメータ センサー クランプを取り付けます: 心拍数、呼吸率は、動脈血酸素飽和度、パルスの膨満感、息の膨満感。これらのパラメーターは、生理的条件とラットの麻酔の深さを反映した PC モニターに継続的に表示されていた。
  12. イソフルラン管理用硬質プラスチック鼻の円錐形を置き換える、ラットである透明な柔らかいノーズコーンが装備 microflex 息抜きとアダプターの鼻クランプがウイスカーの片側に簡単ひげ刺激を許可する (図 1 a) を変更イソフルラン麻酔管理を損なうことがなくパッドします。
  13. 鼻の円錐形にカットアウトによって公開されるウィスカー パッドに 2 つのステンレス鋼刺激電極を挿入します。
  14. 刺激電極を絶縁電流刺激装置に接続します。
  15. 鉗子を使って首の正中の皮膚をリフトして、1 〜 2 cm 切開ハサミ参照電極の配置の準備ができて。筋肉組織を切らないように注意してください。

3. 共局在脳波/LFP セットアップ

  1. きれいにし周囲の綿棒を使用して穿頭蓋骨を乾燥します。
  2. 慎重にクモ、脳波の電極の 1 つ平らな面に導電性の脳波ペーストを配置します。マルチ-層流電極ペーストとクモ電極に連絡せず、穴を通過するを許可するクモ電極上脳波ペーストの明確な小さな穴を残します。これは脳波電極と電極間の電気接触を防ぎます。
  3. 頭蓋骨を直面している脳波ペーストに、頭蓋内のバリの穴に蜘蛛電極を合わせます。
  4. 脳波ペーストを介して頭蓋骨とのしっかりした接触、頭蓋骨の上にクモの電極を慎重に押します。注射器の針を使用してバリの穴を隠す、ペーストを削除します。
  5. クモ電極と頭蓋骨の接点、電極 (図 1 b) の大きさに制約空間的クモ電極の周囲の過剰な脳波ペーストを削除します。

figure-protocol-1
図 1: 脳波/LFP の同時録音のための一般的なセットアップします。イソフルラン麻酔下のウィスカー パッド刺激性変更された鼻の円錐形から成っている (A) セットアップ、ウイスカー挿入 2 つの刺激電極パッド、頭蓋骨にバレル皮質大脳対側上に配置されているクモ電極刺激電極、クモ電極と参照電極を通してバレル皮質に挿入されるマルチ チャネル電極は、ラットの首の後ろに切開中に配置。(B) A 脳波ペーストによって頭蓋骨を正しい位置に収まるクモ電極の顕微鏡を使ってビュー。電極は、スパイダー電極下の頭蓋骨に穴のバリに挿入されます。頭皮は、固定フレームに関連付けられている手術スレッド (縫合) によって戻って開催されます。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

  1. 脳波を脳波参照電極ペーストを塗るし、しっかりとラットの首の背面にある切開内部に配置。
  2. 脳波電極を低インピー ダンス信号 (図 2) パッシブ信号スプリッターを介してプリアンプに接続します。クモ電極のインピー ダンスが 5 kΩ 以下であることを確認します。そうでない場合チェック脳波ペーストは、頭蓋骨との良好な接触と電極がしっかりと押すと脳波ペースト。必要な場合は、以上の脳波ペーストを追加します。
  3. 脳定位固定装置のフレームのマニピュレーター アームをマウントします。線形の 16 チャネル電極 (100 μ m 間隔、各サイト 177 μ m2のエリア) をマイクロマニピュレーターの腕をしっかりとクリップ 16 ch 急性パッチアンプ用アダプターに接続します。
  4. スミア脳波脳波の電極、参照電極に貼り付けるし、しっかりと切開 (図 1 a) 内を配置します。
  5. 電極は皮質表面に垂直になるよう、マイクロマニピュレーター アームの角度を調整します。この角度は通常 25 から 35 ° であります。
  6. 電極の先端は、最上部の電極だけ大脳皮質の表面に浸透するまでバリの穴の下部に小さな開口部を目指しているので、マイクロマニピュレーターのノブを回して、顕微鏡下微小電極を下げます。硬膜の表面に電極を強制的に電極中断されるを避けるために注意する必要があります。
  7. カップル プリアンプに 16 チャンネルの電極は、光ファイバーのケーブル (図 2) を介してデータ収集ユニットに接続されています。
  8. プリアンプは、データ収集ユニットとユニットに接続されているコンピューターを入れます。刺激のボックスをオンにします。
  9. 1,500 μ m20の深さにマイクロマニピュレーターの z 軸のつまみをゆっくりと回して、通常皮質表面に微小電極を挿入します。
  10. マイクロ - ウィスカー パッドに刺激の鉄道を適用し、PC にインストールされているデータ収集ユニットのソフトウェアを使用して PC モニターで 16 チャネル誘発 LFP を観察することによっての調整の深さ。慎重にノブを z 軸マニピュレーターに (これは皮質の 4 層と一致する)、チャネル 7 周り誘発 LFP の最大振幅が発生するまで。
    注: Ipsi 横脳波電極のセットアップ: バレル皮質上のドクロをそのままの ipsi 横側に置かれた 2 番目のクモ電極いくつかの実験のため。このセットアップは、バリの穴の脳波信号に及ぼす影響を調査するため、安静時の記録二国間の脳波を許可しました。
    注: 脳波電極を設定する手術は 2.6 の段階ことを除いて、上記と同じ、頭の両側に側頭筋は慎重に頭蓋骨から分離、戻って縫合しの対応する面にしっかりと結びついています。脳定位固定装置のフレーム。
    注: 同時の脳波/LFP 設定を追加の手順第 2 スパイダー電極を脳波ペーストを搭載するその ipsi 水平バレル皮質上の頭蓋骨にしっかりと押されると、上記と同じもです。

figure-protocol-2
図 2。信号フロー図。ラットは、ファラデーケージの中に配置されます。刺激電極は、PC にインストールされているソフトウェアを介してデータ収集ユニットによって制御される刺激ボックスからコマンドを受け取ります。電極によって記録される神経信号はプリアンプ、ファラデーケージの中に送信されます。前のアンプは信号スプリッターを通して脳波プローブによって記録された神経信号を送信します。中古アンプは、光ファイバー ケーブルを介してファラデーケージ外データ集録ユニットに接続されます。ニューラルのデータは、PC モニターに表示することも、その後、PC のローカル ドライブに格納されます。モバイルの小さい動物イソフルラン システムは、ファラデー ケージの外からイソフルランを管理しています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

4. 電気刺激や神経のレコーディング

注: すべての神経データのサンプリング周波数は、24.41 kHz 16 ビット分解能です。裁判は、裁判の開始時の単一刺激で構成されます。各トライアル持続 10 秒は刺激間間隔 (ISI) でも。各刺激は 1.2 の正方形電流パルス穿、連続休眠 250 の状態の影響を研究する二国間の実験のための 0.3 さんを永続的な mA s も記録されます。

  1. 使用でコンピューター上の記録ソフトウェアを開きます。
  2. 「プロジェクトを開く」のドロップ ダウン メニューから ' プロジェクトの読み込み」を選択することで実験のため正しい回路をロードします。新しいウィンドウ ('ワークベンチ') (図 3) が表示されます。

figure-protocol-3
図 3。データ集録ユニットのソフトウェアの GUI の表示それにより、アップロードされる適切な回路、刺激パラメーターの設定、およびデータを記録し、可視化します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

  1. 記録を保存する新しいディレクトリ (ソフトウェアによって 'タンク' と呼ばれる) を作成します。
    1. ウィンドウの上から「ファイル」をクリックし、、' データ タスクの管理を選択します。新しいウィンドウ (「タンク管理」) が表示されます。
    2. ' タンクの管理ウィンドウ メニューを表示するのには、マウスの右ボタンを押します。'新しいタンクを作成する' を選択します。もう一つ新しいウィンドウ (「作成データ タンク ') が表示されます。
    3. データ タンクを作成」ウィンドウで新しいデータ ディレクトリを作成するパスを選択し、新しいディレクトリの名前を入力してください。「OK」を押します。このウィンドウが表示されなくなります。
    4. 新しいディレクトリは、' タンクの管理ウィンドウが灰色で表示されます。右クリックして、このディレクトリを登録し、ドロップ ダウン メニューから '登録タンク' を選択します。赤い星と緑の矢印が黒 (図 4) で今は新しいディレクトリの名前の左側に表示されます。
    5. タンク リストを更新 '' タンクの管理ウィンドウで右クリックして、ドロップ ダウン メニューでの使用ではなく、以前のディレクトリを登録解除します。
    6. ' タンクの管理] ウィンドウを閉じます [OK] をクリックします。

figure-protocol-4
図 4: ソフトウェア登録データ ディレクトリを示す GUI の表示。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

  1. 実験中に神経信号を表示する 'Scope' で新しいディレクトリを登録します。
    1. 「プロジェクトを開く」ウィンドウで 'Scope' アイコンをクリックします。新しいウィンドウ ('Scope') が表示されます。
    2. 'Scope' ウィンドウでマウスを右クリックし、ドロップ ダウン メニューで ' タンク リストを更新」を選択します。新しいディレクトリの名前は、灰色で表示されます。
    3. 新しいディレクトリをクリックします。赤い星と緑の矢印が黒で今は新しいディレクトリの名前の左側に表示されます。
  2. 「ワークベンチ」ウィンドウでデータ集録の実験的パラメーターを設定するには、ウィンドウの上部から '設定' をクリックすると。新しいウィンドウが表示されます。'ループを掃引' を選択、錯誤を記録する試験の数の長さを設定します。
  3. 刺激のボックスがオンになっていることを確認します。
  4. 「ワークベンチ」ウィンドウで"記録"ボタンを押します。新しいウィンドウが表示されます。保存を用いた実験を実行したいが、設定する脳波記録パラメーターの必要性として、この段階で「戻る」ボタンをヒットしないデータ ファイル名前を入力します。
  5. 中古アンプのグラフィック ユーザー インターフェイス (GUI) を使用して脳波記録パラメーターを設定します。(どこでも) 画面をウェイク アップするプリアンプの画面にタッチします。ディスプレイ (図 5) のロックを解除するには、' Unlock' を選択します。
    1. 左のアイコンを押すと、2 で: 脳波 ' パネル。新しい画面が表示されます。
    2. '結合' を押すし、'AC' を選択します。
    3. 'Ref モード' を押すし、'Local' を選択します。
    4. 'レート' のひき割りトウモロコシを押し、25 KHz を選択 '。
    5. 元の表示に戻るには [OK] を押します。

figure-protocol-5
図 5: 前置増幅器に GUI 。設定するパラメーター (例えば、サンプリング周波数、参照設定) を記録する脳波をことができます。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

  1. 中央のアイコンを押すと、2 脳波渦のインピー ダンスをチェック: 脳波 ' パネル。高すぎる場合は、プローブに以上の脳波ペーストを追加します。元の表示に戻るには [OK] を押します。
  2. 脳波記録の初期変動の記録を避けるために待機 20 s。
  3. キーボードの PC モニター (後 20 秒待機) と 'Return' キーを押すに戻ります。脳波と LFP 信号が記録されます。

5. データの解析

  1. 次の手順を使用して、個々 の試験に誘発 LFP および脳波信号を前処理します。
    1. 戻る神経データのシフト時間 20 サンプル (0.82 ms に相当) で。TDT 自体に神経のデータ収集に使用回路によって生成される遅延です。データをシフトすることによってゼロの時点は刺激の開始に合わせられます。
    2. 0 から 1 への神経データを置き換えることによって刺激のアーチファクトを削除データを接続する直線で ms ポイント 1 データ ポイントで 0 ms で ms。
    3. 神経信号刺激発症する前に 200 ms の平均値を減算して各試行を 0 を意味します。
    4. 低域は、以下 800 Hz のデータの時間的変化を導入することを避けるために両方の方向で 4th順序 IIR バターワース型フィルターを使用してデータをフィルター処理します。
    5. 動物間でマルチ層のデータを整列します。それぞれの動物の LFP データ逆電流源密度が適用されます (スプライン iCSD、ソース半径 R = 0.5 mm) ガウス フィルターと分析21 (λ = 50 μ m) のレイヤーをクリックする IV シンク1皮質で発生する最大の負のピークであります。刺激発症の最初 15 ms 以内軟膜表面の下の深さ。、CSD と対応する LFP データは動物間でシンク所在地別に揃えられます。一般的なシンク, 4 層にある ~ 600 μ m 軟膜表面の下。
    6. 後、2、7、および顆粒、粒状の神経応答の代表としてなおしました LFP の 12 チャンネル、ではレイヤーそれぞれ使用バレル皮質の。
  2. 平均 100 回の試行で処理済みのデータを平均することによっての LFP と脳波の誘発を計算します。
  3. バリの穴の脳波に及ぼす影響を調べるためには、ダウン サンプル脳波信号の 1,000 Hz とパワー スペクトル密度 (PSD) を計算する (頭蓋骨の穴) と対側の ipsi 側 (そのまま頭骨) クモ電極記録 250 s 期間休眠状態。PSD は 0.1-100 から計算された Matlab multitaper 法22に基づいている ' pmtm' 関数を使用しての Hz。
  4. 次のよく知られている周波数帯域に周波数範囲を分割: デルタ (δ): 0.1 4 Hz のシータ (): 4-8 Hz のアルファ (α): 8-13 Hz、ベータ (β): 13-31 Hz、ガンマ (γ): 31-100 Hz。 各バンド内で平均の PSD を計算。
  5. 各周波数バンドにコントラとの方程式を使って ipsi 横脳波Perrを、psd ファイルの正規化差を計算します。
    figure-protocol-6
    どこPcとPは私の PSD のコントラ- と ipsi-横脳波、それぞれ対象の周波数帯域の平均です。
  6. 各周波数バンド内で 2 つの半球から記録された脳波信号の PSD の間 (桁数のレベルが 0.05) では有意差がないという仮説をテストする 1 サンプルの t 検定を実行します。

結果

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

該当する時系列を取得 4 ラットからのデータを平均しました。誘発脳波応答の振幅として知られている、事象関連電位 (ERP) は LFP のそれより普通大いに小さく。図 6は、それぞれ平均 ERP と顆粒、粒状で LFP とバレル野のではレイヤーを示します。各プロットのエラー バンドは、対応する標準エラーです。ERP が 10 回誘発 LFP より小さい約こと見ることができます。

figure-results-1
図 6: 意味 (n = 4) では LFP、顆粒、粒状、ERP の神経信号します。シャドウは、標準エラーを示します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

ERP と LFP のダイナミクスの比較は図 7のとおりです。ERP と顆粒図 7Aの LFP の直接の重ね合わせは、振幅の違い神経信号のこれらの 2 つのタイプの順序を示しています。時空間ダイナミクスを比較するには、ERP と LFP はその負のピーク振幅に対して正規化されます。図 7 b 7 Cは、正規化された ERP 重ね書き正規化された顆粒 LFP と正規化された粒状 LFP それぞれを表示します。

それは、P1, N1 向け ERP のピークは顆粒層で LFP の対応するピークより遅れて図 7Bから見ることができます。しかし、これら 2 つの神経信号の一時的なプロファイルは、同様に、P1 と N1 の前します。一方、ERP の一時的なプロファイルは顆粒 (層 IV バレル皮質) の著しく異なる LFP (図 7)。重要なは彼らは ERP から成っていた主に 2 つのピーク逆極性を持つに対し、単一負のピーク (皮質層 IV の主要なシンクを反映して)、によって支配される粒状 LFP と互いのミラー イメージではありません。

figure-results-2
図 7: ERP と LFP のダイナミクスの比較。(A) ERP (実線) 顆粒 LFP (破線) 重ね書き。シャドウは、標準エラーを示します。(B) から構成される正規化された ERP (実線) で、正規化された顆粒 LFP (破線) 重ね書き。(C) から構成される正規化された ERP (実線) で、正規化された粒状 LFP (破線) 重ね書き。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

それに穴のバリ、頭蓋骨にクモ電極を介して ERP 信号を測定しました。穴の脳波に及ぼす影響を調べるためには、別のクモの電極は ipsi 水平バレル皮質上のドクロをそのままに置かれました。脳波ペーストの量を調整することによって 2 つくも電極のインピー ダンスを大きさに匹敵したように注意されました。4 つのラットからのデータ (ない同じラット使用された上記) をご紹介します。

図 8 図 8 aに表示される 100 s データと長方形フレームのデータ同時の休憩状態 1 匹のラットの両方の電極から脳波の録音を示しています (20 s)図 8 bで展開されています。2 つの脳波信号主共変、振幅の類似範囲内。図 9は、周波数軸上線形スケールを使用して一番上の行と下の行より低い周波数範囲の拡大された眺めを提供するために周波数軸の対数スケールの使用 4 ラットの psd ファイルを示します。図 9からがしないよう科目間で psd ファイルで一貫したバイアスであります。これは図 10に示すように、5 つの周波数帯で平均化された psd ファイルの正規化の違いに 1 サンプルの t テストを実行することによって確認されました。これらの周波数の正規化された PSD 違いのどれもはゼロから有意 (p = 0.32、0.46、0.85、0.69、0.97、それぞれ)。

figure-results-3
図 8: 二国間脳波。休眠状態の頭蓋骨 (黒) と (グレー) そのままの頭蓋骨と反対側の半球に同時脳波記録でバリの穴との間に (A) の頭蓋骨脳波(B) 展開は、(A) の長方形フレーム内の波形の表示します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

figure-results-4
図 9: コントラ - (青) と ipsi 側 (赤) 脳波パワー スペクトル密度 (PSD).各列には、1 匹のラットの psd ファイルが表示されます。トップのパネルは、最下部のパネルは、可視化することより低い周波数範囲で psd ファイルを許可する対数周波数スケールを使用しながら、直線周波数スケールを使用します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

figure-results-5
図 10: グループの分析。コントラ - と 5 つの周波数帯を持つ ipsi 横 PSD の違いを正規化: デルタ、シータ、アルファ、ベータ、ガンマ。各バーは、エラー バーとして表示される標準誤差と周波数帯域内平均正規化の違いを示しています。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

ディスカッション

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ウィスカー パッド刺激への応答のイソフルラン麻酔下ラットの共局在脳波と LFP 信号の同時記録の実験手順を説明しました。頭蓋骨に穴のバリと提携していた脳波クモ電極の開口部を通って大脳皮質に差し入れて電極は導電性で頭蓋骨に固定し、接着剤脳波は23を貼り付けます。イソフルランの管理に使用する鼻の円錐形は、簡単に、ウィスカー パッドに刺激電極を挿入可能性がありますので、変更されました。

脳波貼り付け貼り付けの追加のアプリケーションを必要とせず実験 1 日を通して優秀な電気伝導度を提供しながら安全に頭蓋骨にクモの電極を基板実装時有効であった。接着剤は非導べ電性頭蓋骨と電極間で実行する場合は、電極のインピー ダンスを増やすことができますと、頭蓋骨にクモ電極の周囲を修正する接着剤の望ましくない使用を交換してください。脳波ペーストには、図形のバリの穴回りにくいし、貧しい脳波の実験中に乾くことができます脳波ゲル上の利点の数があります。

ラットは、ファラデーケージの中に置かれた、環境による電気ノイズが大きく減衰されます。しかし、時々 神経信号はまだかなり騒々しかった。ほとんどの場合、これは安全に配置し、再調整する必要したがって、参照電極またはより多くの脳波によって引き起こされたペースト。別の一般的な問題は、振幅の誘発 LFP が小さいことでした。電極刺激電極によって活性化される皮質領域の中央に配置されていない可能性があります。再ローカル ニューロンへより多くのダメージの原因、微小電極を挿入する代わりに我々 は通常、LFP の合理的な振幅までウィスカー パッドで刺激電極の位置を調整 (> 3 mV) 観察することができます。

技術の制限の 1 つは、6 mm の直径を持つクモの電極の空間解像度が低いです。これはラットの頭蓋骨のサイズと比較して大きいです。残念ながら、ここで使用されるクモ電極は最小の購入に利用できます。2-4 mm スパイダー電極の直径を削減することが望ましいこと、脳波、脳波の信号と、顆粒とを比較しての空間の特異性をこうして増加 LFP 信号曖昧さの少ない。

プロトコルのいくつかの重要な手順には、特別な注意が必要があります。最初のバリの穴を介して電極の挿入です。硬膜はそのままそれ以外の場合、カーソル位置の精度は重要です。電極の先端に僅かな抵抗は通常電極が正しく配置されていないを意味します。それが発生する必要があります、位置調整、再挿入します。2 番目は、ラットの鼻の円錐形の位置です。イソフルランは円錐形からの脱出としてそれは緩すぎるなりません。それもしないでくださいきつすぎるとラットの鼻の穴を妨げるし、呼吸困難を引き起こすことができます。特別な注意は、脳波の振幅が小さくなっていることを確認するも必要です (通常 5 ~ 10 倍小さい) LFP 最上位チャネル記録より。彼らが類似している場合に直接または間接的な接触電極脳波プローブが来ていることを示すです。間接的な接触は通常時の穴を満たす脳脊髄液 (CSF) を掘削頭蓋骨の。髄液の電気伝導度は通常 100 回頭蓋骨24,25 です。したがって、バリ穴の中の脳脊髄液のレベルが十分に高い場合、それを作ることができますスパイダー電極と接触します。これを避けるためには、超吸収性綿スポンジ吸収槍などとの穴を頻繁掃除必要があります。

バリの穴の効果 (直径 < 2 mm) 脳波に頭蓋骨の穴を囲む記録 ipsi 水平バレル皮質上にドクロをそのままに別のクモの電極配置をする二国間の脳波を比較することによって調べた。図 9 と図 10に示すように有意水準 0.05 で有意に効果が示唆されました。脳波のペーストは、頭蓋骨、電極が貼り付け] を押されたどのようにしっかりと頭蓋の脳波ペーストの空間的な広がりとの接触がいかにうまく、脳波の振幅に影響を与えるその他の要因が含まれます。

また、ここで説明されているプロトコルが、人間の脳波の研究で使用される脳波の頭皮から異なる頭蓋骨脳波記録ことに注意する価値があります。頭皮抵抗やさらに脳波の信号対雑音比を低減する低域通過フィルターのような役割を果たします。

最後に、ERP のダイナミクスと皮質層にわたって誘発 LFP の比較は、体性感覚誘発電位より良い粒状より皮質の顆粒層とではレイヤー LFP を反映するをお勧めします。これは以前仕事6ERP の最初のセグメント (P1) は興奮性シナプス電流発生の顆粒層でその後減少 (流入から生じる戻り現在に関連しているを示すと一致しています。N1) erp に関連する視床皮質への求心性の層 II/III および/またはフィード フォワード信号の到着が遅れて深い皮質層から。結論として、脳波/LFP の同時録音することができます脳波、神経の起源に関する理解を深めるし、皮質層全体の神経信号の面で脳波の数学的モデリングを容易にします。

開示事項

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

著者が明らかに何もありません。

謝辞

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

アンドリュー ・ クリップスとレディング大学で生物ユニットに感謝したいと思います。この研究 BBSRC によって資金が供給された (許可番号: BB/K010123/1)。この作業に関連付けられているデータは Y.Z. (ying.zheng@reading.ac.uk) から自由に利用できます。

材料

この記事で使用された材料の一覧
名前会社カタログ番号コメント
女性リスターフードラットチャールズリバーズ
スパイダー電極Unimed電極供給株式会社SCS24-426
EEGペースト:Ten20Unimed電極供給株式会社10-20-S
デュアルマイクロマニピュレータアーム付き固定装置ホルダー:18°Cのデュアルマニピュレータ固定装置フレーム。イヤーバーWPI(ワールド精密機器)502603
イソフルラン国立獣医サービス限定50878
硬質プラスチックノーズコーン:ラットWPI用アナストレジアガスマスク502054
小動物イソフルラン麻酔システムWPIEZ-B800A
サーモスタット加熱パッド:ラットブランケットシステム230Vハーバード装置英国50-7221-F
眼科用軟膏:OptixcareアイルーブViovet203865
Lidocaine Hydrochloride(Injection 2%)Larkmead Vets
Jacquette Scaler #1SSE、18cm、中空WPI503421
鋸歯状および湾曲した解剖鉗子WPI15915
編組シルク、非吸収性縫合糸:マーシルク縫合糸W502HNational Vet Services Limited153746
歯科用ドリル: BONE MICRO DRILL SYSTEMT 230 VACHarvard Apparatus UK72-4860
滅菌生理食塩水: 塩化ナトリウム 0.9%Animalcare Ltd14K26BT
ドリルビット #4 : ボールミル、カーバイド、#4ハーバード装置 UK72-4958
ドリルビット #4 : ボールミル、カーバイド、#1/4ハーバード装置 UK72-4962
ファラデーケージニューポートコーポレーションVIS-FDC-3600
防振ワークステーション:ビジョンアイソステーションニューポートコーポレーションM-VIS3660-RG4-325A
オキシメータ制御ユニットとセンサー:MouseOxPlus、Starr Life Sciences Corp.WPIO15001
透明ソフトノーズコーン:ラットノーズコーンWPIEZ-103A
ステンレス鋼刺激電極PlasticsOneE363/1 / SPC
絶縁電流刺激装置製
16チャンネルマイクロ電極、100 μm間隔、各サイトの面積177μm2NeuroNexusA1x16-10mm-100-177-A16
16チャンネル急性ヘッドステージTucker David Technologies Inc., TDTRA16AC-Z
プリアンプ: Zシリーズ 64チャンネルニューロデジタイジングプリアンプTDTPZ5-64
パッシブシグナルスプリッター: PZ5 TDT S-BOX_PZ5
用 32チャンネルスプリッターボックスデータ収集ユニット:RZ2 BioAmp Processor。Zシリーズ4-DSP超高性能プロセッサTDTRZ2-4
生理学用ソフトウェア:OpenEXTDT
MatlabMathWorks
吸収スピアファインSicenceツール18105-01
ハウス神経

参考文献

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Mitzdorf, U. Current source-density method and application in cat cerebral cortex: investigation of evoked potentials and EEG phenomena. Physiol Rev. 65 (1), 37-100 (1985).
  2. Logothetis, N. K. The Underpinnings of the BOLD Functional Magnetic Resonance Imaging Signal. J Neurosci. 23 (10), 3963-3971 (2003).
  3. Buzsáki, G., Anastassiou, C. A., Koch, C. The origin of extracellular fields and currents — EEG, ECoG, LFP and spikes. Nat Rev Neurosci. 13 (6), 407-420 (2012).
  4. Einevoll, G. T., Kayser, C., Logothetis, N. K., Panzeri, S. Modelling and analysis of local field potentials for studying the function of cortical circuits. Nat Rev Neurosci. 14 (11), 770-785 (2013).
  5. Zheng, Y., et al. Balanced excitation and inhibition: Model based analysis of local field potentials. Neuroimage. 63 (1), 81-94 (2012).
  6. Bruyns-Haylett, M., et al. The neurogenesis of P1 and N1: A concurrent EEG/LFP study. Neuroimage. 146, 575-588 (2017).
  7. Nunez, P. L. Electric Fields of the Brain: The Neurophysics of EEG. , Oxford University Press. (1981).
  8. Jackson, A. F., Bolger, D. J. The neurophysiological bases of EEG and EEG measurement: A review for the rest of us. Psychophysiology. 51 (11), 1061-1071 (2014).
  9. Cohen, M. X. Where Does EEG Come From and What Does It Mean? Trends Neurosci. 40 (4), 208-218 (2017).
  10. Bojak, I., Oostendorp, T., Reid, A., Kötter, R. Connecting Mean Field Models of Neural Activity to EEG and fMRI Data. Brain Topogr. 23 (2), 139-149 (2010).
  11. Coombes, S. Large-scale neural dynamics: Simple and complex. Neuroimage. 52 (3), 731-739 (2010).
  12. Deco, G., Jirsa, V. K., Robinson, P. A., Breakspear, M., Friston, K. J. The dynamic brain: from spiking neurons to neural-masses and cortical fields. PLoS Comput. Biol. 4 (8), e1000092(2008).
  13. Pinotsis, D. A., Friston, K. J. Neural fields, spectral responses and lateral connections. Neuroimage. 55 (1), 39-48 (2011).
  14. Riera, J. J., et al. Pitfalls in the dipolar model for the neocortical EEG sources. J Neurophysiol. 108 (4), 956-975 (2012).
  15. Valdes, P. A., Jimenez, J. C., Riera, J., Biscay, R., Ozaki, T. Nonlinear EEG analysis based on a neural mass model. Biol Cybern. 81 (5), 415-424 (1999).
  16. Musall, S., von Pföstl, V., Rauch, A., Logothetis, N. K., Whittingstall, K. Effects of Neural Synchrony on Surface EEG. Cereb Cortex. 24 (4), 1045-1053 (2014).
  17. Snyder, A. C., Morais, M. J., Willis, C. M., Smith, M. A. Global network influences on local functional connectivity. Nat Neurosci. 18 (5), 736-743 (2015).
  18. Mayhew, J., et al. Spectroscopic analysis of neural activity in brain: Increased oxygen consumption following activation of barrel cortex. Neuroimage. 12 (6), 664-675 (2000).
  19. Paxinos, G., Watson, C. The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates. , Elsevier Academic Press. (2005).
  20. Martindale, J., et al. The hemodynamic impulse response to a single neural event. J Cereb Blood Flow Metab. 23 (5), 546-555 (2003).
  21. Pettersen, K. H., Devor, A., Ulbert, I., Dale, A. M., Einevoll, G. T. Current-source density estimation based on inversion of electrostatic forward solution: Effects of finite extent of neuronal activity and conductivity discontinuities. J Neurosci Methods. 154 (1-2), 116-133 (2006).
  22. Thomson, D. J., et al. Multitaper analysis of nonstationary and nonlinear time series data. Nonlinear and Nonstationary Signal Processing. Fitzgerald, W. J., et al. , 317-394 (2000).
  23. Bae, J., Deshmukh, A., Song, Y., Riera, J. Brain Source Imaging in Preclinical Rat Models of Focal Epilepsy using High-Resolution EEG Recordings. Journal of Visualized Experiments : JoVE. (100), e52700(2015).
  24. Baumann, S. B., Wozny, D. R., Kelly, S. K., Meno, F. M. The electrical conductivity of human cerebrospinal fluid at body temperature. IEEE Trans Biomed Eng. 44 (3), 220-223 (1997).
  25. Wendel, K., et al. The Influence of Age and Skull Conductivity on Surface and Subdermal Bipolar EEG Leads. Computational Intelligence and Neuroscience. 2010, (2010).
  26. Flemming, L., et al. Evaluation of the distortion of EEG signals caused by a hole in the skull mimicking the fontanel in the skull of human neonates. Clin Neurophysiol. 116 (5), 1141-1152 (2005).

再版と許可

このJoVE記事のテキストまたは図の再利用許可をリクエスト

許可をリクエスト

タグ

EEG LFP ERP

関連記事