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만성적으로 이식된 EMG 전극을 사용하여 머리 고정 마우스의 앞다리 근육 활동 기록
만성적으로 이식된 EMG 전극을 사용하여 머리 고정 마우스의 앞다리 근육 활동 기록
JoVE Journal
Neuroscience
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JoVE Journal Neuroscience
Recording Forelimb Muscle Activity in Head-Fixed Mice with Chronically Implanted EMG Electrodes

만성적으로 이식된 EMG 전극을 사용하여 머리 고정 마우스의 앞다리 근육 활동 기록

Full Text
3,499 Views
05:43 min
March 29, 2024

DOI: 10.3791/66584-v

Amy Claire Kristl1, Turgay Akay2, Andrew Miri1

1Department of Neurobiology,Northwestern University, 2Department of Medical Neuroscience,Dalhousie University

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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 details a protocol for the hand fabrication and surgical implantation of electromyographic (EMG) electrodes in the forelimb muscles of mice. The aim is to record muscle activity during head-fixed behavior experiments to understand the differential control of movement by the primary and secondary motor cortices.

Key Study Components

Area of Science

  • Neuroscience
  • Electrophysiology
  • Behavioral Analysis

Background

  • Interactions between primary and secondary motor cortex influence muscle activity.
  • Both motor areas project to the spinal cord, but their differential influence on movement is unclear.
  • The use of forelimb muscle EMG provides insight into muscle activity during different movements.
  • Large-scale multi-electrode arrays enable the simultaneous recording from many neurons.

Purpose of Study

  • To compare the effects of inactivating primary and secondary motor cortex on forelimb muscle activity.
  • To determine how these regions differentially control movement across various muscle activity states.
  • To utilize EMG measurements alongside neural recordings to better understand motor control.

Methods Used

  • The protocol involves both the fabrication of EMG electrodes and their surgical implantation in mice.
  • Mice are used as the biological model to examine muscle activity and motor cortex interactions.
  • Details include precise surgeries and knot-tying techniques for secure electrode placement.
  • The timeline includes careful step-by-step instructions for electrode preparation and implantation.
  • All implanted electrodes were functional, producing clean EMG signals shortly after implantation.

Main Results

  • The study successfully demonstrates the functionality of implanted electrodes in recording muscle activity.
  • Findings indicate that direct motor cortical influence on muscles varies with motor behavior and muscle states.
  • Electrode performance was validated over time, with some electrodes failing after prolonged periods.
  • The approach enables detailed examination of the interactions between motor cortical areas and muscle responses.

Conclusions

  • This protocol provides a reliable method for recording muscle activity essential for dissecting motor control mechanisms.
  • While multiomics analysis was not applicable here, the work contributes to understanding neuronal interactions in motor control.
  • The findings have implications for further studies on the plasticity of motor systems and their roles in movement disorders.

Frequently Asked Questions

What are the advantages of using EMG electrodes in this study?
EMG electrodes allow for direct measurements of muscle activity, providing insights into the functional role of different motor cortical areas in movement.
How is the electrode implantation performed?
The procedure involves careful preparation of electrodes followed by surgical implantation into the forelimb muscles of anesthetized mice.
What types of data can be obtained through EMG recordings?
EMG recordings capture muscle activation patterns, which can be correlated with neural activity from the motor cortex, revealing insights into motor control.
Can this method be adapted for other muscle groups?
Yes, while this study focuses on forelimb muscles, the protocol can be adapted for other muscle groups depending on the research question.
What are potential limitations of this electrode implantation technique?
Challenges may include maintaining electrode stability long-term and the possibility of signal degradation or loss over time.
How do the findings inform future studies in motor control?
The insights gained can guide future research on the mechanisms of motor control and the relationship between neural circuits and muscle behavior.
What types of movements were investigated in this study?
The study explores various motor behaviors elicited during head-fixed tasks to assess how different motor cortices influence muscle activity.

이 프로토콜은 머리 고정 행동 실험 중 근육 활동을 기록하기 위해 쥐의 앞다리 근육에 근전도(EMG) 전극을 손으로 제작하고 외과적으로 이식하는 방법을 설명합니다.

저는 1차 운동 피질과 2차 운동 피질이라고 불리는 쥐 운동 피질의 각 부분이 서로 상호 작용하여 다양한 종류의 운동 중에 근육 활동에 영향을 미치는 방법에 관심이 있습니다. 그래서 우리는 1차 운동 피질과 2차 운동 피질이 모두 척수로 돌출되어 있다는 것을 알고 있지만, 이들이 어떻게 움직임에 차별적으로 영향을 미치는지는 불분명합니다. 그래서 저는 이 프로토콜을 사용하여 1차 및 2차 운동 피질이 비활성화되는 것이 운동 전반에 걸쳐 앞다리 근육 활동에 미치는 영향을 비교하여 움직임을 어떻게 차별적으로 제어하는지 이해하고 있습니다.

앞다리 근육 EMG를 사용하여 다양한 운동 시스템 영역의 광유전학 불활성화가 운동 출력에 미치는 영향을 측정할 수 있었습니다. 예를 들어, 우리는 근육에 대한 직접적인 운동 피질 영향이 특정 운동 행동과 그러한 행동 중 특정 근육 활동 상태에 특이적임을 보여줄 수 있었습니다. Neuropixels와 같은 새로운 대규모 다중 전극 어레이를 사용하면 여러 모터 시스템 영역에 걸쳐 있는 대규모 뉴런 집단에서 동시에 기록할 수 있습니다.

이러한 신경 기록 중에 EMG 기록을 수행하면 이러한 운동 시스템 영역 간의 상호 작용이 근육 활동 상태에 따라 어떻게 달라지는지 특성화할 수 있습니다.

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