2012년 12월 19일
절차는 뇌파, electromyogram, 그리고 뇌성 젖산 농도를 모니터링하는 동안 optogenetically 뇌성 대뇌 피질의 피라미드 뉴런의 활동을 조작하기위한 설명되어 있습니다. 사람들이 자연 수면 / 웨이크주기를 받아야 동안 실험 녹음 케이블 테 더링 마우스에 수행됩니다. Optogenetic 장비는 우리의 실험실에서 조립, 녹화 장비는 상업적으로 사용할 수 있습니다.
이 절차의 전반적인 목표는 정확한 입체 좌표에서 광유전학적 자극 중 EEG가 정의한 수면 및 젖산 농도를 측정하는 것입니다. 젖산 센서와 광섬유 케이블에 필요한 뇌파 검사 리드와 캐뉼라를 외과적으로 이식합니다. 그런 다음 광섬유 케이블과 사전 보정된 젖산 센서를 동물의 두개골에 있는 가이드 캐뉼라에 삽입합니다.
다음으로, 원하는 전기생리학적 반응을 얻기 위해 청색광 자극 강도를 조정합니다. 그런 다음 뇌파, 근전도 및 젖산 농도 데이터를 수집하여 동물이 자발적으로 행동하거나 잠을 잘 수 있도록 합니다. EEG의 약리학적 연구와 같은 다른 방법과 비교할 때 이 실험적 접근 방식은 뇌 생화학 및 전기 생리학을 모니터링하는 동시에 뉴런의 활동을 1초 미만의 시간 척도로 실시간으로 조작하는 이점이 있습니다.
따라서 수면 연구 분야에 대한 새로운 통찰력을 제공할 수 있는 잠재력이 높습니다. 예를 들어, 서파 수면의 대사 및 전기 생리학적 수반물을 식별할 수 있습니다. 이러한 유형의 실험은 학습 및 기억, 시냅스 가소성 또는 발작 장애와 같은 신경 과학의 다른 영역에도 적용될 수 있습니다.
이 수술 기법은 기술적으로 까다롭습니다. 상당한 손재주가 필요하지만 연습을 통해 달성할 수 있습니다. 이 시각적 데모에서는 서면 설명을 보완할 몇 가지 복잡한 수술 절차의 중요한 단계를 반복할 것입니다.
동물이 수술에서 회복되면 유산 센서와 광섬유 케이블을 올바르게 삽입하는 것이 과제입니다. 조너선과 나는 이 두 가지 섬세한 장비를 넣기 위해 동물을 제지할 때 단단한 손을 사용하는 방법을 시연할 것입니다. 마지막으로, 자극의 강도를 실시간으로 조정하여 EEG 반응을 최적화하는 방법을 보여드리겠습니다.
이 실험에서는 청색광에 민감한 양이온 채널을 발현하는 형질전환 마우스를 사용합니다. 수로는 대뇌 외피 신경에서 2에서 채택한다. 먼저 불소 5%, 유도를 위해 산소 95%를 사용하여 마우스를 마취하고 불소 3%, 산소 97%로 마취를 유지합니다.
눈 사이부터 두개골 뒤쪽까지 두개골 위쪽을 내측으로 절개합니다. 과산화수소와 멸균 식염수로 두개골을 청소하십시오. 전극 광유전학적 자극 구성에 대한 입체성 좌표를 결정하기 위해 B와 Lambda를 찾아 표시하고, 0.5mm 볼 버 비트와 0.7mm 볼 버 비트가 있는 고속 치과 드릴로 나사 구멍을 프라이밍합니다.
일자 손 드라이버로 전극 켈로 그램 나사를 구멍에 삽입합니다. 원하는 깊이를 얻기 위해 약 4-5 회전으로 구동하십시오. 입체 캐뉼러로 가이드 캐뉼러를 제자리에 고정한 다음 아크릴 시멘트로 두개골과 앵커에 부착합니다.개통성을 유지하기 위해 각 가이드 캐뉼러에는 수술 시점부터 실험 시점까지 더미 캐뉼라 또는 탐침이 포함되어야 합니다.
EEG와 가이드 캐뉼라가 두개골에 배치되면 얇은 치과용 아크릴 시멘트 층으로 접착합니다. 시멘트 세트 후 EEG에서 나오는 전선 끝에서 판매되는 건조된 시멘트 마운드 위의 플라스틱 커넥터를 와이어가 시멘트로 이어지는 경우 플라스틱 커넥터의 접점으로 연결합니다. 그런 다음 21 게이지 바늘의 배럴에 밀어 넣어 핵 근육을 통해 근전도 와이어를 끌어냅니다.
근육 넥타이를 뚫고, 이중 외과 의사의 매듭을 뚫고, 근육 봉합사를 빠져 나오는 곳까지의 원위부에 있는 이 와이어 주위의 5개의 제로 나일론 봉합사, 역 절단 P, 3개의 바늘 및 5개의 제로 나일론 봉합사를 사용하여 단일 중단 외과 의사 매듭으로 근육 조직에 접근하기 위해 수축된 피부. mc 자극 장치가 프로그래밍되면 5볼트 바이너리 온-오프 신호로 독립형 신호 발생기로 실행합니다. BNC 커넥터를 사용하여 mc 자극 장치를 레이저의 TTL 지원 전원 장치에 연결합니다.
리본 케이블을 통해 레이저 전원 장치를 레이저에 연결합니다. 또한 레이저를 원래 광섬유 패치 케이블의 수 FC 커넥터에 연결합니다. 원래 광섬유 케이블을 회전 조인트에 연결합니다.
정류자 광섬유 로터리 조인트는 정류자 역할을합니다. 동물이 케이지 주위를 이동할 때 회전 조인트가 회전하여 회전 토크로 인한 광섬유 케이블의 파손을 방지합니다. 플라스틱 케이블 타이를 사용하여 동물이 수용되는 원통형 케이지 위에 놓인 금속 스탠드에 정류자를 부착합니다.
한 손으로 오므린 손바닥 아래에 마우스를 고정하여 마우스를 제지합니다. 실험자의 중지와 검지 사이에 머리를 맞춥니다. 이제 멸균 25 게이지 바늘을 사용하여 가이드 캐뉼라의 파편, 파편을 제거합니다.
그런 다음 광섬유 케이블을 손으로 삽입하고 나사산 나사 캡으로 광섬유 가이드 캐뉼러에 고정합니다. 편평하게 쪼개진 끝에서 고정된 거리에서 광섬유 케이블에 묶인 봉합사 매듭으로 뇌에 광섬유 케이블의 삽입 깊이를 제어합니다. 이 센서는 인산염 완충 식염수와 동일하며 단계적 방식으로 3가지 농도의 L 젖산에 노출됩니다.
제조업체 프로토콜에 따라 사전 보정된 센서를 광섬유 케이블 삽입 절차와 동일한 방식으로 두개골 장착 젖산 가이드 캐뉼라에 삽입합니다. 젖산 센서를 사전 amp바이폴라 플러그 커넥터가 있는 pinnacle 8, 400 바이오센서의 liifier. 그런 다음 이 사전 연결 ampliifier는 외과적으로 이식된 헤드 마운트의 8핀 커넥터에 연결합니다.
데이터를 수집하기 전에 레이저 강도 조절 손잡이를 사용하여 광유전학적 자극의 강도를 조정하십시오. EEG 반응의 진폭은 체계적으로 연구되지 않은 요인으로 인해 동물에 따라 다를 수 있습니다. 따라서 광유전학적 자극의 강도를 조정하고 원하는 반응이 달성되었을 때 EEG 반응이 적절한지 확인해야 합니다.
신경 점수와 함께 Pinnacle 8, 400 시스템을 사용하여 데이터를 수집합니다. SEIA 인터페이스는 EEG 및 EMG 데이터 프로세스의 육안 검사를 통해 절전 상태를 분류합니다. EEG 및 EMG를 기반으로 기상 비급속 안구 운동, 수면 또는 급속 안구 운동 수면과 같은 10초 에포크의 데이터.
이 바이오센서 광유전학적 자극 구성은 광유전학적 자극을 위해 외과적으로 이식된 EEG 전극, 젖산 센서 및 캐뉼러를 보여줍니다. 광유전학적 자극이 없는 상태에서 이 쥐는 자발적인 수면을 취했습니다. E-E-G-E-M-G 및 대뇌 젖산 농도가 지속적으로 모니터링되는 동안 기상 상태 전환과 수면의 두 가지 하위 유형을 모니터링했습니다.
빠른 안구 운동과 비빠른 안구 운동은 EEG와 EMG에 따라 정의됩니다. 흥미롭게도, 젖산 바이오 센서 전류는 낮은 진폭 EEG의 함수로 상승하고 높은 진폭 EEG의 함수로 떨어집니다. EEG의 두 채널은 전두엽 피질에서 전달되는 광유전학적 자극에 반응합니다.
이 비디오를 시청한 후에는 뇌파, 근전도 및 뇌산 농도의 광유전학적 조작과 측정을 동시에 수행하기 위해 마우스를 외과적으로 이식하는 방법을 잘 이해하게 될 것입니다. 이 수술 기법을 완전히 익히면 90분에서 120분 안에 제대로 시행할 수 있습니다. 마취 깊이의 척도로 동물의 호흡을 지속적으로 모니터링하는 것을 잊지 마십시오.
동물이 4-5초에 한 번 미만으로 숨을 쉬면 마취가 너무 깊을 수 있습니다. 동물이 2초에 한 번 이상 자주 숨을 쉬면 마취가 너무 가볍을 수 있습니다. 불소의 가스 마취제를 사용할 때 적절한 안전 예방 조치를 취하는 것을 잊지 마십시오.
광유전학적 자극에 사용되는 레이저로부터 망막을 보호하기 위해 수술실에서 적절한 환기를 보장하십시오. 보호용 고글을 착용하거나 동물을 차광 캐비닛에 넣으십시오. 젖산 바이오센서와 광섬유 케이블을 완전히 깨어 있는 마우스에 이식하는 연습을 하고 싶을 것입니다.
생쥐는 이러한 절차를 준수하지 않으므로 고정해야 합니다. 그러나 제지는 동물을 다치게 하거나 호흡을 방해할 정도로 강력해서는 안 됩니다.
전체 스크립트를 보고 수천 개의 과학 동영상에 액세스하세요
이 절차는 전기뇌파(EEG), 근전도(EMG), 그리고 뇌 젖산 농도를 모니터링하면서 옵토유전학을 사용하여 대뇌 피질 피라미드 세포를 조작하는 방법을 설명합니다. 실험 설정은 자발적인 수면/깨어난 주기 동안 케이블로 연결된 마우스에서 실행됩니다.
This method enables real-time correlation of neuronal activity with metabolic readouts in freely behaving rodents, addressing a critical gap in target validation where functional phenotypes must be linked to energetic states. By isolating lactate dynamics as a proxy for glycolytic flux during optogenetic manipulation, it supports mechanistic de-risking of CNS targets by revealing activity-dependent metabolic consequences. The approach enhances predictive confidence in early discovery by providing quantitative, temporally resolved biomarkers of neuronal engagement and downstream metabolic impact.
The method integrates into the discovery continuum from hypothesis testing through lead optimization, particularly for CNS targets where metabolic coupling to neuronal activity is a key mechanistic determinant of efficacy and safety.