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ラット脊髄背角における心臓ロックニューロン応答に対する体細胞刺激のコードプロファイルの研究
ラット脊髄背角における心臓ロックニューロン応答に対する体細胞刺激のコードプロファイルの研究
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JoVE Journal Neuroscience
Studying the Coding Profiles of Somatic Stimulation on Cardiac-locked Neuronal Responses in the Rat Spinal Dorsal Horn

ラット脊髄背角における心臓ロックニューロン応答に対する体細胞刺激のコードプロファイルの研究

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

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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.

心機能の記録と心臓にロックされた脊髄後角ニューロンの分析と並行して、脊椎マルチチャネル細胞外記録のプロトコルについて説明します。この方法は、鍼治療によって誘発される胸部内臓機能変化の根底にある脊椎メカニズムを研究するための時間的に同期したフレームワークを提供します。

私の研究は、胸部脊椎安定化 MEA ECG プロトコルを介して心血管調節の鍼治療脊椎神経調節効果を解読し、SDHN ダイナミクスのような粒子をミリ秒単位で処理および分析できるようにします。

現在の実験上の課題には、神経の脅威を防ぐために信頼性の高い胸椎の安定化を達成することが含まれます。神経安定性のために開始プロトコルを最適化し、ミリ秒レベルの MEA ECG 同期を確保します。

[ユン・リウ]私たちのプロトコルは、神経活動と心機能を同時に監視し、心電図と微小電極の記録を組み合わせることで、カルシウムイメージングよりも低い時間分解能を克服して消去するための一般的なアプローチを提供しました。

私たちの結果は、心臓に配置された脊髄ニューロンが心筋梗塞の進行を促進するかどうか、およびツボ特異的な鍼治療の調節が心筋梗塞の治療効果をもたらすかどうかの調査を促進します。

[ナレーター]まず、Y 字型のカニューレを調べて、完全に乾いていることを確認します。バネはさみを使用して、麻酔をかけたラットの気管に横方向の切開を行います。カニューレを気管開口部に挿入します。気管カニューレを3本のゼロ非吸収性縫合糸で固定し、空気漏れや偶発的な抜管を防ぎます。次に、ラットの皮膚に3つの電極を挿入します。正極を左下肢に、接地電極を右下肢に、負極を右上肢に配置します。ラットを仰臥位に置きます。皮膚を消毒した後、胸腺を露出させる開胸術を行います。次に、ガラスの解剖針の先端を使用して、心膜に小さな開口部を作ります。次に、切開部から心膜に1〜2センチメートルの遠位端にいくつかの小さな穴があるシリコンカテーテルを挿入します。BioGlueでカテーテルを胸壁組織に固定します。次に、1ヘルツの刺激パラメータを使用して、PCの6つのツボで手動鍼治療を行います。鍼をPCに約3ミリメートルの深さで6つの穴に挿入します。ヘッドクランプに付着している筋肉と長い首の筋肉のまっすぐな部分を取り除き、第2胸椎の棘突起を露出させます。次に、半脊髄筋と脊髄筋を変位させて、T2からT6までの椎弓を露出させます。ロンジャーを使用して、T3椎骨の棘突起を取り除き、T3脊髄を露出させます。胸椎の固定には、カスタム脊椎クランプを使用して、T2 と T6 の関節突起を固定します。水分補給を維持するために、周囲の筋肉を生理食塩水で湿らせます。次に、電極アレイを定位装置のマイクロマニピュレーターに取り付けます。背側正中溝を通って脊髄のT3後角に垂直に挿入します。次に、参照電極を背中の筋肉に挿入します。刺激のために、ブラジキニン溶液で複数の穴を持つシリコンカテーテルに接続されたマイクロシリンジをロードします。4マイクロリットルの溶液を注入し、心臓侵害受容刺激を誘導します。注射後 30 分以内に T3 脊髄後角の心拍数と神経放電の変化を観察します。ソフトウェアを起動して、記録されたニューラルデータを.ns6形式でインポートします。.ns6 ファイルをプログラムにドラッグ アンド ドロップします。ファイルを選択して「名前を付けて保存」をクリックし、次の.nex5形式を選択して標準化されたスパイク列データを生成します。変換された.nex5ファイルを分類ソフトウェアにインポートします。シグナルをフィルタリングおよび分類するための関連コードを実行します。次に、波形特性と主成分分析に基づいてスパイク波形をソートし、しきい値パラメータをベースラインノイズからプラスまたはマイナス3標準偏差に設定します。MATLABを起動して、心臓ロックされた脊髄後角ニューロンを解析します。実験パラメータを定義します。実行をクリックして実行します。チャネル19から記録されたニューロンは、対称的な相関パターンとPCA上で密にクラスター化された波形グループを持つ密なリズミカルなスパイク列を示しました。チャネル11のニューロンは、それぞれが独自の自己相関特徴とPCA波形クラスターを持つ3つの異なる発火プロファイルに分割されました。ECGでリズミカルに発射されたチャネル17Cおよび21Aの心臓ロックニューロンはベースラインでの波ですが、ブラジキニンはこのパターンを破壊し、P波とQ波の間に新しいスパイククラスターを導入しました。MAPC6 はウェーブ ロックによる発射を回復しましたが、このリズミカルさは MAPC6 以降再び低下しました。ブラジキニンは興奮ニューロンの割合を急激に増加させ、MAPC6はこの反応を減少させました。逆に、抑制性ニューロンの割合はブラジキニンで低下しましたが、MAPC6 の後に回復しました。Chan21aは、ベースラインでECG P波と同期して発火し、ブラジキニン後のP波とQ波の間にクラスター化され、MAPC6の後にP波に再ロックされました。

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