Name: 慢性的にEMG電極を移植した頭部固定マウスにおける前肢筋活動の記録 (動画) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-03-29T14:35:00.000+00:00
Duration: 5 min 43 s
Description: 学ぶ マウス前肢筋へのEMG電極移植手術と筋活動記録プロトコル。一次・二次運動皮質の差異的運動制御を解明し、神経回路と筋出力の関係を詳細に解析する方法です。

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<meta charset="utf8"></head><body>マウスにおける筋電図電極の作製と外科的移植

<ol><li>Dombeck, D. A., Khabbaz, A. N., Collman, F., Adelman, T. L., Tank, D. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+large+scale+neural+activity+with+cellular+resolution+in+awake+mobile+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Imaging large scale neural activity with cellular resolution in awake mobile mice.</a> Neuron. 56 (1), 43-57 (2007).</li>
<li>Guo, Z. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Flow+of+cortical+activity+underlying+a+tactile+decision+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Flow of cortical activity underlying a tactile decision in mice.</a> Neuron. 81 (1), 179-194 (2014).</li>
<li>Guo, J. Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cortex+commands+the+performance+of+skilled+movement%5BTitle%5D)+AND+%22eLife%22%5BJournal%5D)">Cortex commands the performance of skilled movement.</a> eLife. 4, e10774(2015).</li>
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<li>Galiñanes, G. L., Bonardi, C., Huber, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Directional+reaching+for+water+as+a+cortex-dependent+behavioral+framework+for+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Rep%22%5BJournal%5D)">Directional reaching for water as a cortex-dependent behavioral framework for mice.</a> Cell Rep. 22 (10), 2767-2783 (2018).</li>
<li>Evarts, E. V., Tanji, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reflex+and+intended+responses+in+motor+cortex+pyramidal+tract+neurons+of+monkey%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Reflex and intended responses in motor cortex pyramidal tract neurons of monkey.</a> J Neurophysiol. 39 (5), 1069-1080 (1976).</li>
<li>Hounsgaard, J., Hultborn, H., Jespersen, B., Kiehn, O. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bistability+of+alpha-motoneurones+in+the+decerebrate+cat+and+in+the+acute+spinal+cat+after+intravenous+5-hydroxytryptophan%5BTitle%5D)+AND+%22J+Physiol%22%5BJournal%5D)">Bistability of alpha-motoneurones in the decerebrate cat and in the acute spinal cat after intravenous 5-hydroxytryptophan.</a> J Physiol. 405, 345-367 (1988).</li>
<li>Murphy, P. R., Hammond, G. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+role+of+cutaneous+afferents+in+the+control+of+gamma-motoneurones+during+locomotion+in+the+decerebrate+cat%5BTitle%5D)+AND+%22J+Physiol%22%5BJournal%5D)">The role of cutaneous afferents in the control of gamma-motoneurones during locomotion in the decerebrate cat.</a> J Physiol. 434, 529-547 (1991).</li>
<li>Manuel, M., Chardon, M., Tysseling, V., Heckman, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Scaling+of+motor+output%2C+from+mouse+to+humans%5BTitle%5D)+AND+%22Physiol+Bethesda+Md%22%5BJournal%5D)">Scaling of motor output, from mouse to humans.</a> Physiol Bethesda Md. 34 (1), 5-13 (2019).</li>
<li>Sauerbrei, B. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cortical+pattern+generation+during+dexterous+movement+is+input-driven%5BTitle%5D)+AND+%22Nature%22%5BJournal%5D)">Cortical pattern generation during dexterous movement is input-driven.</a> Nature. 577 (7790), 386-391 (2020).</li>
<li>Barrett, J. M., Raineri Tapies, M. G., Shepherd, G. M. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Manual+dexterity+of+mice+during+food-handling+involves+the+thumb+and+a+set+of+fast+basic+movements%5BTitle%5D)+AND+%22PLoS+One%22%5BJournal%5D)">Manual dexterity of mice during food-handling involves the thumb and a set of fast basic movements.</a> PLoS One. 15 (1), e0226774(2020).</li>
<li>Serradj, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Task-specific+modulation+of+corticospinal+neuron+activity+during+motor+learning+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Commun%22%5BJournal%5D)">Task-specific modulation of corticospinal neuron activity during motor learning in mice.</a> Nat Commun. 14, 2708(2023).</li>
<li>Scholle, H. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatiotemporal+surface+EMG+characteristics+from+rat+triceps+brachii+muscle+during+treadmill+locomotion+indicate+selective+recruitment+of+functionally+distinct+muscle+regions%5BTitle%5D)+AND+%22Exp+Brain+Res%22%5BJournal%5D)">Spatiotemporal surface EMG characteristics from rat triceps brachii muscle during treadmill locomotion indicate selective recruitment of functionally distinct muscle regions.</a> Exp Brain Res. 138 (1), 26-36 (2001).</li>
<li>Scholle, H. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Kinematic+and+electromyographic+tools+for+characterizing+movement+disorders+in+mice%5BTitle%5D)+AND+%22Mov+Disord+off+J+Mov+Disord+Soc%22%5BJournal%5D)">Kinematic and electromyographic tools for characterizing movement disorders in mice.</a> Mov Disord off J Mov Disord Soc. 25 (3), 265-274 (2010).</li>
<li>Pearson, K. G., Acharya, H., Fouad, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+new+electrode+configuration+for+recording+electromyographic+activity+in+behaving+mice%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurosci+Methods%22%5BJournal%5D)">A new electrode configuration for recording electromyographic activity in behaving mice.</a> J Neurosci Methods. 148 (1), 36-42 (2005).</li>
<li>Akay, T., Acharya, H. J., Fouad, K., Pearson, K. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Behavioral+and+electromyographic+characterization+of+mice+lacking+EphA4+receptors%5BTitle%5D)+AND+%22J+Neurophysiol%22%5BJournal%5D)">Behavioral and electromyographic characterization of mice lacking EphA4 receptors.</a> J Neurophysiol. 96 (2), 642-651 (2006).</li>
<li>Akay, T., Tourtellotte, W. G., Arber, S., Jessell, T. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Degradation+of+mouse+locomotor+pattern+in+the+absence+of+proprioceptive+sensory+feedback%5BTitle%5D)+AND+%22Proc+Natl+Acad+Sci+USA%22%5BJournal%5D)">Degradation of mouse locomotor pattern in the absence of proprioceptive sensory feedback.</a> Proc Natl Acad Sci USA. 111 (47), 16877-16882 (2014).</li>
<li>Miri, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Behaviorally+selective+engagement+of+short-latency+effector+pathways+by+motor+cortex%5BTitle%5D)+AND+%22Neuron%22%5BJournal%5D)">Behaviorally selective engagement of short-latency effector pathways by motor cortex.</a> Neuron. 95 (3), 683-696 (2017).</li>
<li>Osborne, J., Dudman, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((RIVETS%3A+A+mechanical+system+for+in+vivo+and+in+vitro+electrophysiology+and+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22PloS+One%22%5BJournal%5D)">RIVETS: A mechanical system for in vivo and in vitro electrophysiology and imaging.</a> PloS One. 9 (2), e89007(2014).</li>
<li>Santuz, A., Laflamme, O. D., Akay, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+brain+integrates+proprioceptive+information+to+ensure+robust+locomotion%5BTitle%5D)+AND+%22J+Physiol%22%5BJournal%5D)">The brain integrates proprioceptive information to ensure robust locomotion.</a> J Physiol. 600 (24), 5267-5294 (2022).</li>
<li>Warriner, C. L., Fageiry, S., Saxena, S., Costa, R. M., Miri, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Motor+cortical+influence+relies+on+task-specific+activity+covariation%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Rep%22%5BJournal%5D)">Motor cortical influence relies on task-specific activity covariation.</a> Cell Rep. 40, 111427(2022).</li>
</ol>

<table><tbody><tr><td>#11 Scalpel Blades</td><td>World Precision Instruments</td><td>504170</td><td>EMG電極製造用</td></tr><tr><td>#3 Scalpel Handle</td><td>Fine Science Tools</td><td>10003-12</td><td>EMG電極製造用</td></tr><tr><td>1mL Sub-Q Syringe (100パック)&nbsp;</td><td>Becton Dickinson 309597</td><td></td><td>注射薬の投与用</td></tr><tr><td>12ピンコネクタ</td><td>Newark</td><td>33AC2371</td><td>真鍮製継手付き12ピンコネクタ; EMG電極製造用</td></tr><tr><td>18 G ニードル</td><td>Exel International</td><td>26419</td><td>EMG電極製造用</td></tr><tr><td>27 G ニードル&nbsp;</td><td>Exel International</td><td>26426</td><td>EMG電極製造用</td></tr><tr><td>3 M Transpore Surgical Tape</td><td>3M</td><td>1527-0</td><td>手術中に動物の手足をテープで留めるため</td></tr><tr><td>6-0 シルク縫合糸</td><td>Henry Schein</td><td>101-2636</td><td>これらの縫合糸は、手首の周りの繊細な皮膚とうまく機能します&nbsp;</td></tr><tr><td>C&B メタボンドコンプリートキット</td><td>ピアソンデンタル</td><td>P16-0126</td><td>ヘッドプレートにコネクターを固定する歯科用セメント</td></tr><tr><td>C57BL6/Jマウス&nbsp;</td><td>ジャクソン研究所</td><td>#000664</td><td>野生型マウス&nbsp;</td></tr><tr><td>カーボフィブ5-CFピンセット (2)</td><td>Avenツール&nbsp;</td><td>18762</td><td>電極の繊細な部分(剥がされた部分または挿入された部分)を操作するために使用される炭素繊維先端鉗子&nbsp;</td></tr><tr><td>カルプロジル(カルプロフェン)50mg / mL注射</td><td>Ceva Animal Health、LLC</td><td>G43010B</td><td>手術中および手術後の疼痛管理のための注射可能な鎮痛剤</td></tr><tr><td>Castroviejoマイクロニードルホルダー</td><td>ファインサイエンスツール</td><td>12060-01</td><td></td></tr><tr><td>カストロビエホ縫合用 ニードルホルダー(大)</td><td>ファインサイエンスツール</td><td>12565-14</td><td>筋肉に針を挿入するため&nbsp;</td></tr><tr><td>デリケートボーンスクレーパー</td><td>ファインサイエンスツール</td><td>10075-16</td><td>下にある組織から皮膚を分離する&nbsp;</td></tr><tr><td>Dietgel 76A 栄養補助食品</td><td>クリア H2O</td><td>72-07-5022</td><td>術後ケア用</td></tr><tr><td>デュモン #5/45 鉗子</td><td>ファイン サイエンス ツール</td><td>11251-35</td> 筋<td>膜を覆う筋膜を除去する&nbsp;</td></tr><tr><td>マウス用エリザベス朝カラー</td><td>ケント・サイエンティフィック・コーポレーション</td><td>EC201V-10</td><td>術後ケア用</td></tr><tr><td>エンロフロキサシン 2.27%</td><td>Covetrus</td><td>#074743</td><td>手術中および手術後に使用するための注射用抗生物質</td></tr><tr><td>エポキシゲル</td><td>Devcon</td><td>14265</td><td>EMG電極製造用</td></tr><tr><td>ホプキンス・ブルドッグ・クランプ (4)</td><td>ストールティング</td><td>10-000-481</td><td>ヘッドプレート用ティッシュクランプ移植</td></tr><tr><td>イソフルラン溶液</td><td>Covetrus</td><td>11695067771</td><td>吸入麻酔</td></tr><tr><td>リドカイン 塩酸塩注射剤 - 2%</td><td>Covetrus</td><td>#002468</td><td>手術中の疼痛管理のための局所鎮痛剤</td></tr><tr><td>医療グレードの酸素</td><td>エアガス</td><td>OX USP200</td><td>手術中にイソフルランを投与するため</td></tr><tr><td>殺虫剤 1 ガロン</td><td>Metrex</td><td>10-1400</td><td>ヘッドプレートと電極の冷間滅菌用グルタルアルデヒド溶液&nbsp;</td></tr><tr><td>MetriTest Strips 1.5%</td><td>Metrex</td><td>10-303</td><td>グルタルアルデヒド溶液モニタリング用テストストリップ (推奨)</td></tr><tr><td>Model 900LS Small Animal Stereotaxic Instrument Kopf</td><td>Instruments&nbsp;</td><td>900LS</td><td>Stereotaxは、手術中にプラットフォームを回転させることができる遅延スーザン機能付き&nbsp;</td></tr><tr><td>PFA被覆0.0055インチ編組ステンレス鋼線&nbsp;</td><td>A-Mシステムズ&nbsp;</td><td>793200</td><td>EMG電極製造用</td></tr><tr><td>ポビドンヨード調製パッド</td><td>Dynarex</td><td>1108</td><td>皮膚洗浄用&nbsp;</td></tr><tr><td>Puralube Vet 軟膏&nbsp;</td><td>Dechra</td><td>37327</td>手術<td>用眼軟膏&nbsp;</td></tr><tr><td>滅菌アルコール調製パッド</td><td>Dynarex</td><td>1113</td><td>肌の洗浄用&nbsp;</td></tr><tr><td>ストレートファイン#5鉗子</td><td>ファインサイエンスツール</td><td>11295-10</td>挿入<td>後のカールワイヤー用&nbsp;</td></tr><tr><td>ストレートファインハサミ</td><td>ファインサイエンスツール</td><td>14060-11</td><td>ワイヤー切断用&nbsp;</td></tr><tr><td>学生ヴァンナス春はさみ</td><td>ファインサイエンスツール</td><td>91500-09</td>切<td>開、脂肪と筋膜のトリミング、縫合用&nbsp;</td></tr><tr><td>Technikピンセット 7B-SA (2)</td><td>Aven Tools</td><td>18074USA</td><td>手術中の一般的な使用のための湾曲した鈍い鉗子</td></tr><tr><td>トリプル抗生物質軟膏</td><td>Walgreens</td><td>975863</td><td>手術のための局所抗生物質</td></tr><tr><td>V-1 卓上実験動物麻酔システム</td><td>VetEquip</td><td>901806</td><td>気化器、誘導チャンバー、可動式プラスチックノーズコーン、チューブなど、麻酔の導入と清掃に必要なすべての機器が含まれています&nbsp;</td></tr></tbody></table>

慢性的にemg電極を移植した頭部固定マウスにおける前肢筋活動の記録

Recording Forelimb Muscle Activity in Head&#45;Fixed Mice with Chronically Implanted EMG Electrodes

図2、 図3、 および図4 は、頭を固定せずにトレッドミルで歩く(図2)、頭を固定して回転するホイールを登る(図3)、頭を固定して水滴に手を伸ばす(図4)という異なる行動をとるマウスの前肢筋から記録された正規化された筋肉活動を示しています。 図 2 は、1.5 秒のトレッドミルでの移動と、2 つの肘屈筋の作動間の時間から推定されたおおよそのステップサイクルを示しています。 図3 は、移植後6週間で手首伸筋電極が故障した動物からの5秒間のEMGデータを示しています。 図 3A では、4 つの電極すべてが、ホイールの回転 (上昇を示す) に合わせてクリーンな EMG 信号を生成します。 図3B は、故障後の同じ電極からの信号を示しています:手首伸筋電極は、動物の動きによって変化しないノイズの多い信号を生成します。 図4 は、マウスが動かない状態から水滴に手を伸ばすように移行したタスク中の4つの前肢筋群からの1秒間のEMGを示しています。
図2、図3、および図4では、差動アンプを使用して電圧信号を増幅し、バンドパスフィルタリング(250〜20,000Hz)しました。 次に、生の電圧を1kHzにサブサンプリングし、データセット間で比較するためにzスコア付けしました。プロトコルで指定された 4 つの筋肉 (上腕二頭筋、上腕三頭筋、ECR、および PL) に電極が埋め込まれましたが、隣接する相乗的な筋肉が EMG 信号に影響を与えなかったとは限らないことに注意してください。したがって、各記録は、精度のためにそのシナジーグループ(肘屈筋など)に割り当てられます。単一の筋肉から単離された記録を検証するには、複数のシナジストで同時に記録し、筋肉記録間のクロストークをアッセイする必要がありますが、これは特にマウスの下腕では非常に難しい場合があります。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66584/66584fig01.jpg"> 図1:電極セット製造の概略図(A)1つの電極ペアの図。灰色の領域は、ストリップする場所を示します。(B)コネクタに単一の完成した電極ペアが挿入されたコネクタアセンブリの図。(B)の図は縮尺を合わせたものではありません。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66584/66584fig01large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66584/66584fig02.jpg"> 図2:トレッドミル上を歩く自由に動く(頭に固定されていない)マウスの4つの筋肉からの代表的なEMG記録。 合計時間は 1.5 秒です。ステップサイクルは、逐次肘伸筋の活性化間の時間から推定されました。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66584/66584fig02large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66584/66584fig03.jpg"> 図3:自然な上昇行動を行う頭部固定マウスの4つの筋肉からの代表的なEMG記録。 5行目 は、ロータリーエンコーダーによって読み取られたクライミングホイールの位置を示しています。この値の変化は、ホイールが回転し、動物がアクティブに登っていることを示します。合計持続時間は5秒です。(A)クライミング中に移植後36日で記録します。(B)手首伸筋電極が故障した後、同じマウスに移植されてから72日後に記録します。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66584/66584fig03large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66584/66584fig04.jpg"> 図4:頭部固定マウスの4つの筋肉が動かない状態から到達動作に移行するまでの代表的な筋電図記録。 合計時間は 1 秒です。 <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66584/66584fig04large.jpg" target="_blank">この図の拡大版を表示するには、ここをクリックしてください。</a>

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