방법 논문

공동 화 된 Electroencephalography 및 설치류에서 로컬 필드 가능성의 동시 녹음

DOI:

10.3791/56447

⸱

2017년 11월 30일

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

이 논문에서

요약

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

이 프로토콜의 공동 화 된 electroencephalography (뇌 파)와 멀티-층 류 지역 필드는 마 취 쥐에 잠재적인 동시 녹음에 대 한 간단한 방법을 설명합니다. EEG 신호의 무시할 수 왜곡을 생산 하는 microelectrode의 삽입에 대 한 두개골에 드릴 버 구멍 표시 됩니다.

초록

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

Electroencephalography (뇌 파)는 뇌의 신경 활동을 기록에 대 한 비-침략 적 방법으로 널리 사용 된다, 뇌 파의 성체에 대 한 우리의 이해를 아직도 매우 제한 됩니다. 로컬 필드 전위 (LFPs) 멀티 박판 모양 microelectrode를 통해 기록 된 피 질, 다른 피 질 레이어에서 동시 신경 활동의 보다 자세한 계정을 제공할 수 있지만 기술은 이다 침략. 전 임상 모델에서 뇌 파 및 LFP 측정을 결합 하 여 뇌 파 신호의 생성에 관련 된 신경 메커니즘의 이해 및 뇌 파의 더 현실적이 고 생물학적으로 정확한 수학적 모델의 파생을 촉진 크게 수 있습니다. 동시와 공동 화 된 뇌 파와 마 취 설치류에 다중 층 류 LFP 신호 획득을 위한 간단한 절차는 여기에 제공 됩니다. 우리는 또한 뇌 파 신호는 microelectrode의 삽입에 대 한 두개골에 드릴 버 구멍 크게 영향 여부 조사. 우리의 결과 버 구멍 뇌 파 기록에 영향을 무시할 수 있다는 것이 좋습니다.

서론

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

그것은 일반적으로 LFPs microelectrodes 통해 주로 기록 동기화 흥분 성의 억제 시 냅 스 활동 지역의 피라미드 신경 인구1,2,3 의 가중치 합을 반영 허용 , 4. 우리의 최근 연구 보여준 LFP 신호의 프로필 흥분 및 억제5,6의 구성 요소로 분리 될 수 있었다. 그러나, LFP는 일반적으로 침략 적 절차를 통해 측정 됩니다, 그것은 적합 하지 인간 두뇌의 대부분의 연구.

다른 한편으로, 뇌 파 두뇌의 전기적 활동을 측정 하기 위한 비 침범 성 기술 이다. 간 질, 신경 질병의 특정 유형에 대 한 진단 도구와 인간의 인지 연구에 연구 도구로 널리 사용 됩니다. 그것의 인기에도 불구 하 고 뇌 파의 주요 한계 그것의 임시 프로필 기본 신경 신호7,,89의 관점에서 정확 하 게 해석 하는 무 능력 이다.

점점, 뇌 파의 수학적 모델은 뇌 기능10,11,12,13,,1415의 이해를 개발 된다. 대부분 기존 뇌 파 모델의 피팅 주파수 도메인 특성 예측 모델의 자발적인 활동 하는 동안 뇌 파 데이터 스펙트럼을 출력에 따라 개발 되 고 거의 뇌 파 모델 현실적인 감각 갖는 잠재력을 생성할 수 있습니다. 이러한 맥락에서 뇌 파 및 LFP 동시 녹음 뇌 파의 보다 정확한 수학적 모델을 개발 하기 위한 중요 한 통찰력 및 제약 조건을 제공할 것입니다.

더 탐험의 뇌 파 신경 기원 동시 녹음에 대 한이 필요를 해결 하기 위해 우리는 동시에 마 취 쥐의 피 질에서 뇌 파와 멀티-층 류 LFP 신호를 기록 하는 방법론을 개발 했다. 설치 이전 동시 뇌 파/LFP 연구 영장류16,17에서 비슷합니다. 우리 더욱더 EEG 레코딩 양측 뇌 파 기록 (즉, 버 구멍, 다른 반구 그대로 한 반구) 감각의 부재에 비교 하 여 구멍을 둘러싼 두개골을 드릴 버 구멍의 효과 조사 자극입니다. 우리의 결과 동시 뇌 파/LFP 녹음 지휘 될 수 있다 간단 하 고 효과적으로, 두개골에 버 구멍에서 작은 뇌 파 신호 왜곡 하는 방법을 보여 줍니다.

프로토콜

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

모든 실험 영국 홈 오피스 규정 (동물 (과학적인 절차) 행위, 1986)에 따라 실시 하 고 독서, UK의 대학에 연구 윤리 위원회에 의해 승인 했다.

1. 동물 준비

참고: 여성 리스 터 후드 쥐 모든 실험을 위해 사용 되었다. 이것은 비 생존 절차입니다.

  1. 실험실 규모에 쥐의 체중을 기록 합니다.
  2. 5 %isoflurane는 산소 유량 1 L/min의 챔버에 쥐 anesthetize
  3. Stereotaxic 홀더 물린 막대를 통해 휴식 이빨과 본문 아래 종이 타월에 쥐를 놓고... 종이 타월 열 패드의 삽입을 쉽게 할 것 이다 (단계 2.3 참조) 실험 기간 동안 쥐에서 어떤 배설물을 잡을.
  4. Isoflurane 쥐 어댑터 연결 작은 동물 isoflurane 마 취 시스템을 콘 0.5 L/분의 산소 흐름 율 3%의 농도에 대 한 코 클램프에 장착 한 하드 플라스틱 원뿔을 통해 지속적으로 관리 합니다.

2. 수술

  1. 쥐는 휴식 하는 종이 타월 아래 온도 조절 난방 패드를 삽입 하 고 쥐의 머리 두 귀 바, 안전한 직장 온도계를 사용 하 여 체온을 모니터링.
  2. 쥐의 머리의 면도.
  3. 각 막 건조 방지 하기 위해 눈에 안과 연 고를 적용 합니다.
  4. 두개골을 노출 하기 전에 두 피에 lidocaine 방울을 적용 하 고 피부에 부드럽게 마사지 합니다.
  5. 두개골의 표면 노출 하는 메스를 사용 하 여 두 피에 약 2-3 cm의 중간 절 개를 확인 합니다.
  6. 신중 하 게는 temporalis 근육 콘트라 옆 Jacquette 스케일 러와 톱니 모양의 곡선된 해 집게의 쌍을 사용 하 여 두개골에서 자극 될 수염 패드를 구분 합니다. 필요할 때마다 면봉으로 두개골을 청소.
  7. 꼰된 실크를 사용 하 여, 비 흡수 성 봉합 사, 꽉 매듭으로 두 피에 분리 된 근육 고 stereotaxic 프레임18에 단단히 봉합 넥타이.
  8. 신 피 질, 2.5 m m bregma에 꼬리를 찾으려고 stereotaxic 좌표를 사용 하 고 6 m m 중간19에 측면. 점이 somatosensory 피 연필 이나 마커를 사용 하 여 위치에 그립니다.
  9. 치과 드릴을 사용 하 여 표시 된 위치에서 버는 구멍을 드릴 합니다. 두개골 훈련 도중 과열 되지 않도록 하려면 적용할 멸 균 식 염 수 (0.9% 염화 나트륨) 작업 영역 마다 10-15 s. 드릴링 과정은 다음 3 단계를 포함:
    1. #4 (0.055 직경에서) 드릴 비트를 사용 하 여 두개골에 < 2 mm 직경의 구멍을 드릴 합니다. 알아서 하지 드릴은 dura.
    2. #1/4 (0.019 직경에서) 드릴 비트를 사용 하 여 반투명에 구멍의 바닥 얇은.
    3. 27 G 바늘을 사용 하 여 피어스는 microelectrode의 삽입을 허용 하도록 두 라.
  10. 쥐, 진동 절연 워크스테이션 위에 탑재 패러데이 케이지를 stereotaxic 프레임에 전송 합니다.
  11. 다음 생리 적 매개 변수를 지속적으로 모니터링 하는 쥐의 뒷 발에는 속도도 제어 장치에 연결 하는 속도도 센서 클램프 연결: 심장 박동, 호흡 속도, 동맥 산소 포화, 펄스 팽창, 그리고 호흡 팽창. 이러한 매개 변수는 생리 적 상태와 암흑의 마 취 깊이 PC 모니터에 지속적으로 표시 했다.
  12. 하드 플라스틱 원뿔 isoflurane 관리에 대 한 교체 및 코 클램프 장착은 투명 한 부드러운 코 콘 microflex 한숨으로 쥐 어댑터에 대 한 수정 (그림 1A)는 수염의 1 개의 측에 쉽게 수염 자극 수 있도록 isoflurane 관리 없이 패드.
  13. 컷 아웃 코 콘에 의해 노출 되는 수염 패드 2 개의 스테인리스 자극 전극 삽입 합니다.
  14. 절연된 전류 자극 자극 전극 연결 합니다.
  15. 집게와 목의 중간의 피부를 리프트 하 고 1 ~ 2 cm 절 개가 위 참조 전극의 배치에 대 한 준비. 알아서 하지 근육 조직을 잘라.

3. 공동 화 된 뇌 파/LFP 설치

  1. 깨끗 하 고 건조 한 면봉을 사용 하 여 버 구멍 주변의 두개골.
  2. 조심 스럽게 뇌 파 거미 전극의 한쪽 평면에 전도성 EEG 페이스트를 놓습니다. 붙여넣기 및 거미 전극 접촉 하지 않고 구멍을 통과 하는 다중 층 류 microelectrode 수 있도록 거미 전극에 EEG 페이스트 분명 작은 구멍을 남겨 주세요. 이 뇌 파 전극과는 microelectrode 사이 전기 접촉을 방지할 수 있습니다.
  3. 두개골을 직면 하는 EEG 페이스트와 거미 전극을 두개골에 버 구멍에 맞춥니다.
  4. 조심 스럽게 눌러 회사 접촉 EEG 붙여넣기를 통해 두개골과 두개골에 거미 전극. 모든 붙여넣기 버 구멍에 주사기 바늘을 사용 하 여 왜곡을 제거 합니다.
  5. 거미 전극과 두개골 사이의 접촉 공간 (그림 1B) 전극의 크기에 제한 된 있도록 거미 전극의 주변을 넘어 과도 한 뇌 파 붙여넣기를 제거 합니다.

figure-protocol-1
그림 1: 동시 뇌 파/LFP 녹음에 대 한 일반 설치. (A) 설치 쉽도록 수염 패드 자극 isoflurane 마 취 수정된 코 콘, 2 개의 자극 전극은 수염에 삽입 패드, 거미 전극 위에 신 피 질 콘트라 옆에 두개골에 자극 전극, 거미 전극과 참조 전극을 통해 신 피 질에 삽입 하는 멀티 채널 microelectrode 쥐의 목 뒤쪽 절 개 안에 배치. (B) 안전 하 게 두개골에 뇌 파 붙여넣기 위치 거미 전극의 현미경을 통해 볼 수 있습니다. microelectrode 숫 돌 구멍 거미 전극에서 두개골을 드릴로 삽입 됩니다. 두 피는 수술 실 (봉합 사) stereotaxic 프레임에 연결 하 여 다시 개최 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

  1. 뇌 파에 대 한 참조 전극에 EEG 페이스트를 비방 하 고 안전 하 게 쥐의 목 뒤쪽 절 개 안에 배치.
  2. 뇌 파 전극 낮은 임피던스 신호 (그림 2)에 대 한 수동 신호 분배기를 통해 프리 앰프에 연결 합니다. 거미 전극의 임피던스는 5 k ω 아래 다는 것을 확인 하십시오. 그렇지 않으면 확인 EEG 붙여넣기 두개골과 좋은 접촉에 고 전극은 단단히 누르면 EEG 붙여넣기. 필요한 경우 더 많은 EEG 페이스트를 추가 합니다.
  3. Micromanipulator 팔 stereotaxic 프레임에 탑재 합니다. 16 채널 급성 headstage micromanipulator 팔에 안전 하 게이 어에 선형 16 채널 microelectrode (100 µ m 간격, 각 사이트 177 µ m2의 지역)를 연결 합니다.
  4. 얼룩 EEG 뇌 파 및 microelectrode, 참조 전극에 붙여 넣을 다음 안전 하 게 절 개 (그림 1A) 안에 넣어.
  5. microelectrode은 대뇌 피 질의 표면에 수직인 micromanipulator 팔의 각도 조정 합니다. 이 각도 일반적으로 25-35 ° 사이입니다.
  6. 버 구멍의 바닥에 작은 개통은 microelectrode의 팁 겨냥 최고 전극 그냥 대뇌 피 질의 표면 침투 때까지 있도록 micromanipulator 손잡이 선회 하 여 현미경 microelectrode를 낮춥니다. 전극 휴식 것이 경질의 표면에 microelectrode를 적용 하지 않도록 주의 해야 합니다.
  7. 부부는 프리 앰프를 16 채널 microelectrode 광섬유 케이블 (그림 2)를 통해 데이터 수집 장치에 연결합니다.
  8. 프리 앰프, 데이터 수집 장치 및 장치에 연결 된 컴퓨터를 켭니다. 자극 기 상자 설정.
  9. 1500 µ m20의 깊이 micromanipulator의 z 축 손잡이 천천히 선회 하 여 대뇌 피 질의 표면에 일반적으로 microelectrode를 삽입 합니다.
  10. 마이크로-조정 깊이 수염 패드에 자극의 기차를 적용 하 고 데이터 수집 장치는 PC에 설치 된 소프트웨어를 사용 하 여 PC 모니터에 16 채널 갖는 LFP를 관찰 합니다. 신중 하 게 설정 z 축 손잡이 micromanipulator 갖는 LFP의 높은 진폭 (로이 피 질에서 레이어 4 일치) 채널 7 주변에 발생 될 때까지.
    참고: Ipsi 옆 뇌 파 전극 설치: 몇 가지 실험에 대 한 두 번째 거미 전극 배럴 피 위에 그대로 두개골의 ipsi 옆에 배치 했다. 이 설치 허용 휴식 상태에 있는 동안 기록 하는 양자 뇌 파 뇌 파 신호에 버 구멍의 효과 조사.
    참고: 수술 뇌 파 전극을 설정 하는 단계 2.6 제외 하 고 위에서 설명한 동일, 머리의 각 측에 temporalis 근육 신중 하 게 두개골에서 분리, 다시 봉합 되었고의 해당 측면에 안전 하 게 연결 stereotaxic 프레임입니다.
    참고: 동시 뇌 파/LFP 설치는 또한 두 번째 거미 전극 EEG 페이스트와 로드 다음 ipsi 측면 배럴 피 위에 두개골에 단단히 누르면 추가 단계와, 위에서 설명한.

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그림 2입니다. 신호 흐름 다이어그램. 쥐는 패러데이 새 장 안에 배치 됩니다. 자극 전극 자극 기 상자는 PC에 설치 된 소프트웨어를 통해 데이터 수집 장치에 의해 제어에서 명령을 받을 수 있습니다. 신경 신호는 microelectrode에 의해 기록 된 패러데이 케이지 내부 프리 앰프에 전송 됩니다. 뇌 파 조사에 의해 기록 된 신경 신호는 신호 분배기를 통해 프리 앰프에 전송 됩니다. 프리 앰프는 광섬유 케이블을 통해 패러데이 케이지 외부 데이터 수집 장치에 연결 되어 있습니다. 그들은 PC 모니터에 표시 될 수도 있습니다 하는 동안 신경 데이터 다음 PC에 로컬 드라이브에 저장 됩니다. 모바일 작은 동물 isoflurane 시스템 패러데이 케이지 외부에서 isoflurane를 관리합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

4. 전기 자극 및 신경 기록

참고: 모든 신경 데이터의 샘플링 주파수는 16-비트 해상도 24.41 kHz는. 재판의 시작에서 단일 전기 자극 시험에 의하여 이루어져 있다. 또한 간 자극 간격 (ISI)는 각 시험 지속 10 s. 각 자극은 1.2의 사각형 전류 펄스 버 구멍, 연속 250의 상태를 휴식의 효과 연구를 지속 0.3 양 양자 실험에 대 한 mA s도 기록.

  1. 사용 중인 컴퓨터에 기록 소프트웨어를 엽니다.
  2. 'OpenProject'의 드롭다운 메뉴에서 ' 로드 프로젝트...'를 선택 하 여 실험에 대 한 정확한 회로 로드 합니다. 새 창 ('벤치')은 (그림 3) 표시 됩니다.

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그림 3입니다. 데이터 수집 장치에 대 한 소프트웨어 GUI 표시 그것은 업로드 하 적합 한 회로, 자극 매개 변수를 설정 및 데이터를 기록 하 고 시각화 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

  1. 신경 녹음 저장 하 (소프트웨어에 의해 '탱크' 라는) 새 디렉터리를 만듭니다.
    1. 창의 상단에서 '파일' 클릭 하 고 ' 데이터 작업 관리 '를 선택 합니다. 새 창 (' 탱크 관리 ') 표시 됩니다.
    2. ' 탱크 관리 ' 창에서 메뉴를 표시 하려면 마우스 오른쪽 버튼을 누릅니다. '새로운 탱크 만들기'를 선택 합니다. 또 다른 새로운 창 (' 만들기 데이터 탱크 ') 표시 됩니다.
    3. 데이터 탱크 만들기 ' 창에서 새 데이터 디렉터리를 만들을 경로 선택 하 고 새 디렉터리의 이름을 입력 합니다. 그런 다음 '확인'을 누릅니다. 이 창은 사라집니다.
    4. 새 디렉터리 ' 탱크 관리 ' 창에서 하지만 회색으로 나타납니다. 마우스 오른쪽 단추로 클릭 하 여이 디렉터리를 등록 하 고 드롭다운 메뉴에서 ' 등록 탱크 '를 선택 합니다. 블랙 (그림 4)에 지금은 새로운 디렉토리의 이름 왼쪽에 빨간색 별 녹색 화살표가 표시 됩니다.
    5. 드롭다운 메뉴에서 ' 탱크 관리 ' 창에서 마우스 오른쪽 단추로 클릭 하 고 ' 탱크 목록 새로 고침 '을 선택 하 여 사용 중인 모든 이전 디렉터리를 등록 취소 합니다.
    6. ' 탱크 관리 ' 창을 종료 하려면 '확인'을 클릭 하십시오.

figure-protocol-4
그림 4: 등록 된 데이터 디렉터리를 보여주는 GUI 소프트웨어의 디스플레이. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

  1. '범위'를 실험 하는 동안 신경 신호를 표시에 새로운 디렉토리를 등록 합니다.
    1. 'OpenProject' 창에서 '범위' 아이콘을 클릭 하십시오. 새 창 ('범위') 표시 됩니다.
    2. '범위' 창에서 마우스 오른쪽 클릭 하 고 드롭다운 메뉴에서 ' 탱크 목록 새로 고침 '을 선택 합니다. 새 디렉터리의 이름을 회색으로 표시 됩니다.
    3. 새 디렉터리를 클릭 하십시오. 블랙에 지금은 새로운 디렉토리의 이름 왼쪽에 빨간색 별 녹색 화살표가 표시 됩니다.
  2. 창의 상단에서 '설치'를 클릭 하 여 '작업' 창에서 데이터 수집을 위한 실험 매개 변수를 설정 합니다. 새 창이 나타납니다. '루프 청소'를 선택, 재판과 재판 기록의 숫자의 길이 설정.
  3. 자극 기 상자 설정 되어 있는지 확인 하십시오.
  4. '작업' 창에서 '녹음' 버튼을 누릅니다. 새 창이 나타납니다. 실험에 대 한 저장 실행 하지만 하지 설정할 수를 뇌 파 기록 매개 변수 해야이 단계에서 반환 버튼을 누르면 할 데이터 파일의 이름을 입력 합니다.
  5. 프리 앰프에 그래픽 사용자 인터페이스 (GUI)를 사용 하 여 뇌 파 기록 매개 변수를 설정 합니다. 터치 화면을 프리 앰프의 스크린 (어디). '디스플레이 (그림 5)의 잠금을 해제 잠금 해제를 선택 합니다.
    1. 2 '에서 왼쪽된 아이콘을 눌러: 뇌 파 ' 패널. 새로운 디스플레이 표시 됩니다.
    2. '커플링' 누르고 'AC' 선택.
    3. ' Ref 모드 '를 누르고 '지역'을 선택 합니다.
    4. ' Samp 속도 '를 누르고 ' 25 KHz 선택 '.
    5. 원래 디스플레이로 돌아가려면 ' 확인'을 누릅니다.

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그림 5: 프리 앰프에는 GUI. 그것은 뇌 파를 기록 매개 변수 (예를 들어, 샘플링 주파수 및 참조 기본 설정) 설정할 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

  1. 2 ' 가운데 아이콘을 눌러 뇌 파 probe(s)의 임피던스를 확인: 뇌 파 ' 패널. 너무 높은 경우 조사를 더 EEG 페이스트를 추가 합니다. 원래 디스플레이로 돌아가려면 ' 확인'을 누릅니다.
  2. 뇌 파 기록의 초기 동요를 기록 하지 않으려면 대기 20 s.
  3. 다시 키보드에 PC 모니터 (후 20 s 대기)과 언론 '반환' 키로 이동. 뇌 파 및 LFP 신호 기록 됩니다.

5. 데이터 분석

  1. 사전에 다음 단계를 사용 하 여 재판에 의해 재판으로 갖는 LFP과 EEG 신호 처리.
    1. 이동 다시 신경 데이터 시간에 의해 20 샘플 (0.82 ms에 해당). 이것은 자체 TDT에 신경 데이터를 수집 하는 데 사용 하는 회로 의해 생성 하는 지연입니다. 데이터를 이동 하 여 시간 0 포인트 자극의 발병에 정렬 됩니다.
    2. 1 0에서 신경 데이터를 대체 하 여 자극 아티팩트를 제거 데이터를 연결 하는 직선으로 ms 포인트 1 데이터 요소와 0 ms에서 ms.
    3. 0-말은 각 재판 신경 신호 자극 발병 전에 200 ms의 평균 값을 빼서.
    4. 저역 통과 필터링 800 Hz 양방향 데이터에 어떤 시간적 변화를 소개 하는 피하기 위해 4번째 차 버터워스 IIR 유형 필터를 사용 하 여 아래의 데이터.
    5. 동물에서 다중 층 류 데이터를 맞춥니다. 각 동물의 LFP 데이터에 대 한 적용 역 전류 소스 밀도 (스플라인 iCSD, 소스 반지름 R = 0.5 m m) 가우스 필터 분석21 (λ = 50 µ m) 레이어를 찾으려고 IV 싱크1는 대뇌 피 질에서 발생 하는 가장 큰 부정적인 피크에 의해 주어진 다 자극 증상의 첫 번째 15 ms 내에서 pial 표면 아래 깊이. CSD, 그리고 해당 LFP 데이터 다음 동물에 걸쳐 그들의 싱크 위치에 따라 정렬 됩니다. 일반적인 싱크 레이어 IV에 위치 하 고 있습니다 ~ pial 표면 아래 600 µ m.
    6. 맞춤 후 사용 하 여 채널 2, 7, supragranular, 세분화의 신경 응답의 대표자로 realigned LFP의 12 및 infragranular 레이어, 각각 총 신 피 질에.
  2. 평균 갖는 LFP과 EEG 100 재판을 통해 사전 처리 데이터를 평균 하 여 계산 합니다.
  3. 뇌 파에 버 구멍의 효과 조사, 다운-샘플 뇌 파 신호를 1000 Hz, 그리고 계산 전력 스펙트럼 밀도 (PSD) (두개골에 구멍)와 콘트라-측면 및 ipsi 옆 (그대로 두개골) 거미 전극 녹음 250 s 기간 동안 상태를 휴식. PSD는 0.1-100에서 계산 된 'pmtm'22multitaper 메서드 기반 함수를 사용 하 여 Matlab에서 Hz.
  4. 다음과 같은 잘 알려진 주파수 대역으로 주파수 범위를 분할: 델타 (δ): 0.1-4 Hz, 세타 (): 4-8 Hz, 알파 (α): 8-13 Hz, 베타 (β): 13-31 Hz, 감마 (γ): 31-100 Hz. 계산 각 밴드 내의 평균 PSD.
  5. 각 주파수 대역 내에서 차이 계산 정규화 된 psd, P잘못, 콘트라-그리고 ipsi 옆 뇌 파 방정식을 사용 하 여:
    figure-protocol-6
    어디 Pc 와 P나 PSD의는 콘트라와 ipsi-옆 뇌 파, 관심 주파수 대역에서 각각 평균 있습니다.
  6. 각 주파수 대역 내에서 두 개의 반구에서 기록 된 뇌 파 신호 PSD 사이 (의미 수준 0.05) 큰 차이 가설 테스트를 한 표본 t-검정을 수행 합니다.

결과

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

4 쥐에서 데이터는 해당 시간 시리즈를 평균 했다. 갖는 뇌 파 응답의 진폭 이라고 이벤트 관련 잠재력 (ERP)는 일반적으로 LFP 보다 훨씬 작은. 그림 6 평균 ERP 및 세분화, supragranular에 LFP 및 배럴 피 infragranular 층을 각각 보여 줍니다. 각 플롯에 오류 밴드는 해당 표준 오류입니다. ERP는 10 번 갖는 LFP 보다 작은 약을 볼 수 있습니다.

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그림 6: 뜻 (n = 4) ERP, 세분화, supragranular 및 infragranular LFP 신경 신호. 그림자는 표준 오류를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

ERP 및 LFP의 일시적인 역동성의 비교는 그림 7에 나와 있습니다. ERP와 supragranular 그림 7A 에 LFP 직접 중첩의 이러한 두 가지 유형의 신경 신호 진폭 차이의 순서를 보여 줍니다. 일시적인 역동성을 비교, ERP와 LFP 그들의 부정적인 피크 진폭에 대해 정규화 됩니다. 그림 7B 및 7 C 표준화 된 ERP 겹쳐 정규화 된 supragranular와 LFP와 정규화 된 세부적인 LFP, 각각 표시 됩니다.

그것은 볼 수 있습니다 그림 7B 에서 p 1과 ERP에 대 한 n 1의 봉우리는 supragranular 계층에 LFP의 해당 봉우리 보다 더 지연. 그러나,이 두 가지 신경 신호의 시간적 프로필 비슷합니다, p1 선행 하는 N1. 다른 한편으로, ERP의 임시 프로필은 세분화 (레이어 4 배럴 피)의 현저 하 게 다른 LFP (그림 ℃). 중요 한 것은 ERP 반대 극성으로 두 봉우리의 주로 구성 되어 반면 단일 부정적인 피크 (대뇌 피 질의 레이어 IV에 주요 싱크 반영)에 의해 지배 하는 세부적인 LFP와 다른 각각의 미러 이미지는 없습니다.

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그림 7: ERP 및 LFP의 일시적인 역동성의 비교. (A) ERP (실선) supragranular LFP (파선)으로 표시. 그림자는 표준 오류를 나타냅니다. (B) 표준화 ERP (실선) 정규화 된 supragranular LFP (파선)으로 표시. (C) 정규화 ERP (실선) 정규화 된 세부적인 LFP (파선)으로 표시. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

ERP 신호 그것으로 교 련된 버 구멍으로 두개골에 배치 하는 거미 전극을 통해 측정 했다. 뇌 파 기록에 구멍의 효과 조사, 다른 거미 전극 ipsi 측면 배럴 피 위에 그대로 두개골에 배치 했다. 두 거미 전극의 임피던스 EEG 붙여넣기 사용의 금액을 조정 하 여 크기에서 대 등 했다 되도록 주의 했다. 4 쥐에서 데이터 (어떤 되지 같은 쥐 사용한 위) 여기에 표시 됩니다.

그림 8 그림 8A에 표시 된 100 s 데이터와 사각형 프레임에 데이터 한 쥐의 두 전극에서 동시 휴식 상태 뇌 파 기록을 보여준다 (20 s) 그림 8B에서 확장 됩니다. 2 개의 뇌 파 신호 크게 공동 다 진폭의 비슷한 범위 내에서. 그림 9 는 주파수 축에서 선형 눈금을 사용 하 여 첫 행과 주파수 축에 로그 눈금을 사용 하 여 낮은 주파수 범위에서 확장 된 보기를 제공 하는 아래쪽 행 4 쥐의 PSD를 보여줍니다. 그림 9, 거기 나타나지 않습니다 할 일관 된 PSD에서 과목에 걸쳐. 이것은 그림 10에 표시 된 5 개의 주파수 대역에서 평균된 PSD에서 정규화 된 차이에 한 샘플 t-테스트를 수행 하 여 확인 되었다. 이 주파수 대역에서 정규화 된 PSD 차이의 없음 0에서 크게 달랐다 (p = 0.32, 0.46, 0.85, 0.69, 0.97, 각각).

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그림 8: 양측 뇌 파 기록. (A) 두개골 뇌 파 상태 (검정) 두개골과 그대로 두개골 (회색)는 반대 반구에 동시 뇌 파 기록에서 버는 구멍을 휴식 하는 동안 녹음 (B) 확장 (A) 사각형 프레임 내에서 파형의 볼. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

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그림 9: 콘트라-(블루)와 ipsi 옆 (레드) 뇌 파의 스펙트럼 밀도 (PSD)를 전원. 각 열에 표시 한 쥐에 대 한의 PSD. 상위 패널 하단 패널 수를 낮은 주파수 범위에서 PSD를 허용 하도록 로그 주파수 규모를 사용 하는 동안 선형 주파수 규모를 사용 합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

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그림 10: 그룹 분석. 정규화와 콘트라-5 개의 주파수 대역으로 ipsi 옆 PSD: 델타, 쎄 타, 알파, 베타 및 감마. 각 막대 오차 막대로 표시 하는 표준 오차와 주파수 대역 내에서 비 정규화 된 차이 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.

토론

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우리는 isoflurane 마 취 쥐 수염 패드 자극에 대 한 응답에서의 공동 화 된 뇌 파 및 LFP 신호 동시 녹음에 대 한 실험 절차를 설명 했습니다. microelectrode는 두개골을 드릴 버 구멍 정렬 된 뇌 파 거미 전극에는 개방을 통해 피 질에 삽입 되었다. 전극에 전도성에 의해 두개골을 확보 했다 및 접착제 EEG 붙여넣기23. 전극 자극 수 삽입할 수염 패드에 쉽게 isoflurane의 관리에 사용 하는 코 콘을 수정 했다.

뇌 파 붙여넣기 붙여넣기의 추가 응용 프로그램에 대 한 필요 없이 실험 하루 전반에 걸쳐 우수한 전기 전도도 제공 하면서 안전 하 게 두개골, 거미 전극 장착에 효과적 이었습니다. 비 전도성 접착제 이며 두개골 전극 사이 실행 되 면 전극의 임피던스를 높일 수로 해골, 거미 전극의 주변을 해결 하기 위해 접착제의 바람직하지 않은 사용 대체. 뇌 파 붙여넣기 다양 한 뇌 파 젤 모양 버 구멍 주위에 어려운 이며 실험, 불 쌍 한 뇌 파 신호 인 동안 건조 수 있는 장점이 있다.

쥐 패러데이 새 장 안에 배치 했다, 환경으로 인해 전기 잡음 감쇠 크게 되었다. 그러나, 때로는 신경 신호가 했다 아직도 꽤 시끄러운. 대부분의 경우에서이 참조 전극 하지 안전 하 게 배치 하 고 따라서 다시 조정 필요 하거나 더 많은 뇌 파에 의해 발생 했다 붙여넣기 사용. 또 다른 일반적인 문제는 이었다 갖는 LFP 작은 진폭에서. 이것은 대뇌 피 질의 자극 전극에 의해 활성화의 중앙에 위치 하지 microelectrode 때문일 수 있었다. 다시 로컬 신경에 더 많은 손상을 일으킬 수, microelectrode를 삽입 하는 대신 우리가 일반적으로 조정 수염 패드에 자극 전극의 위치는 LFP의 합리적인 진폭까지 (> 3 mV) 관찰 될 수 있었다.

기술의 한계 중 하나는 6 m m의 직경을가지고 거미 전극의 빈약한 공간적 해상도입니다. 이것은 쥐의 두개골의 크기와 비교 된 큰 이다. 불행히도, 여기 사용 거미 전극은 작은 구입 가능. 그것은 2-4 m m 거미 전극의 직경을 감소 하는 것, 따라서 증가 하는 뇌 파 기록, EEG 신호는 supragranular 사이 비교를 만들기의 공간 특이성 LFP 덜 모호한 신호 것입니다.

프로토콜에 몇 가지 중요 한 단계는 특별 한 주의가 필요합니다. 첫 번째 버는 구멍을 통해 microelectrode의 삽입 이다. 경질 그대로 달리는, 삽입의 정밀도 중요 하다. 전극의 끝에 약간의 저항을 일반적으로 전극 제대로 배치 되지 의미 합니다. 그것은 발생 합니다, 위치를 조정 하 고 다시 삽입. 두 번째는 쥐에 코 콘의 위치입니다. 그것은 해야 되지 너무 느슨한 isoflurane 원뿔에서 탈출 한다. 그것은 또한 안 됩니다 너무 꽉이 쥐의 콧구멍을 방해 하 고 호흡 곤란을 일으킬 수 있습니다. 뇌 파 기록의 진폭은 훨씬 더 작은 수 있도록 특별 한 주의 필요 또한 (일반적으로 5 ~ 10 배 더 작은) LFP 최고 채널 녹음 보다. 그들은 유사한 경우에, 그것은 뇌 파 조사는 microelectrode와 직접 또는 간접 접촉으로 왔다 표시입니다. 간접 접촉은 일반적으로 뇌 척추 액체 (CSF) 때때로 구멍을 채우는 통해 뚫고 두개골에. CSF의 전도도 일반적으로 100 배 두개골24,25의. 따라서, 버 구멍 안에 CSF의 수준을 충분히 높은 경우에, 그것은 만들 수 있습니다 거미 전극과 접촉. 이 방지 하려면 구멍 슈퍼 흡수 성 목화 스폰지 같은 흡수 스피어스와 자주 청소 되어야 한다.

버 구멍의 효과 (직경 < 2 mm) 뇌 파에 두개골에 구멍을 둘러싼 기록 양측 뇌 파 기록을 비교할 수 있도록 ipsi 측면 배럴 피 위에 그대로 두개골에 다른 거미 전극 배치 하 여 공부 했다. 그림 9 와 그림 10에 표시 된 결과 효과 0.05 수준의 의미에 중요 한 수를 제안 합니다. 뇌 파의 진폭에 영향을 미치는 다른 요인 포함 얼마나 잘 뇌 파 붙여넣기 두개골, 전극에 붙여넣기, 누른 어떻게 회사 및 두개골에 뇌 파 붙여넣기의 공간적 범위와 접촉 했다.

참고 여기에 설명 된 프로토콜에서 두 피 뇌 파 인간의 뇌 파 연구에 사용 된 다른 두개골 뇌 파 기록 보람 이기도 합니다. 두 피는 저항 또는 추가 기록 하는 뇌 파의 신호 대 잡음 비율을 줄일 것입니다 낮은 패스 필터 처럼 작동 합니다.

마지막으로, 대뇌 피 질의 레이어에서 갖는 LFP의 ERP의 일시적인 역동성의 비교 somatosensory evoked 가능성 반영 보다는 세분화 된에 피 supragranular 레이어 및 infragranular 레이어 LFP 더 나은 것이 좋습니다. 이것은 우리의 이전 작품6, ERP의 초기 세그먼트 (P1)에 대 한 반환 현재는 흥분 성의 시 냅 스 전류 발생의 세분화 된 계층에서 후속 (감소 하는 동안 유입에서 발생 관련 시연 계약 N1) ERP에 관련이 있을 수 있습니다 thalamic 성의 외피를 레이어 II/III/피드 포워드 또는 신호 지연된 도착 더 깊은 대뇌 피 질의 층에서. 결론적으로, 뇌 파/LFP의 동시 녹음의 뇌 파, 신경 창세기의 이해 하 고 대뇌 피 질의 레이어에서 신경 신호에서 뇌 파의 수학적 모델링을 촉진 수 있습니다.

공개 사항

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저자는 공개 없다.

감사의 글

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우리는 앤드류 Cripps과 유관 단위 독서 대학에 감사 하 고 싶습니다. 이 연구는 BBSRC에 의해 투자 되었다 (번호 부여: BB/K010123/1). 이 작업과 관련 된 데이터는 Y.Z. (ying.zheng@reading.ac.uk)에서 자유롭게 사용할 수 있습니다.

재료

이 논문에 사용된 재료 목록
이름회사카탈로그 번호댓글
여성 Lister Hood 쥐Charles Rivers
Spider electrodeUnimed Electrode Supplies LtdSCS24-426
EEG 페이스트: Ten20Unimed Electrode Supplies Ltd10-20-S
이중 마이크로 매니퓰레이터 팔이 있는 입체 홀더: 듀얼 매니퓰레이터 입체 프레임 18°deg; 이어바WPI (World Precision Instruments)502603
IsofluraneNational Vet Services Limited50878
하드 플라스틱 노즈 콘 : 쥐 용 무감각 가스 마스크WPI502054
작은 동물 이소 플루란 마취 시스템WPIEZ-B800A
온도 조절 식 가열 패드 : 쥐 담요 시스템 230V하버드 장치 영국50-7221-F
안과 연고 : Optixcare 눈 윤활제Viovet203865
Lidocaine Hydrochloride (주사 2 %)Larkmead Vets
Jacquette Scaler #1SSE, 18cm, 중공WPI503421
톱니 모양 및 곡선 절개 집게WPI15915
꼰 실크, 비 흡수성 봉합사 : Mersilk Suture W502HNational Vet Services Limited153746
치과 드릴 : BONE MICRO DRILL SYST 230 VACHarvard Apparatus UK72-4860
멸균 식염수 : 염화나트륨 0.9 %Animalcare Ltd14K26BT
드릴 비트 # 4 : 볼 밀, 카바이드, # 4Harvard Apparatus UK72-4958
드릴 비트 # 4 : 볼 밀, 카바이드, # 1 / 4Harvard Apparatus UK72-4962
패러데이 케이지Newport CorporationVIS-FDC-3600
진동 절연 워크스테이션: Vision IsoStationNewport CorporationM-VIS3660-RG4-325A
산소 농도계 제어 장치 및 센서: MouseOxPlus, Starr Life Sciences Corp.WPIO15001
투명 소프트 노즈 콘: 쥐가 있는 Microflex 비재호흡 장치WPIEZ-103A
스테인리스 스틸 자극 전극PlasticsOneE363/1/SPC
절연 전류 자극기집에서
16채널 마이크로 전극, 100 μ m 간격, 각 사이트의 면적 177 μ m2NeuroNexusA1x16-10mm-100-177-A16
16채널 급성 헤드스테이지Tucker David Technologies Inc., TDTRA16AC-Z
프리앰프: Z-시리즈 64채널 뉴로 디지타이징 프리앰프TDTPZ5-64
패시브 신호 스플리터: PZ5 TDT S-BOX_PZ5
용 32채널 스플리터 박스데이터 수집 장치: RZ2 BioAmp 프로세서. 신경 생리학을 위한 Z-Series 4-DSP 초고성능 프로세서TDTRZ2-4
소프트웨어: OpenEXTDT
MatlabMathWorks
흡수 창Fine Sicence Tools18105-01
만든

참고문헌

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