Gelijktijdige opnamen van corticale lokale veld mogelijkheden en Electrocorticograms in reactie op Nociceptieve Laser Stimuli vrij bewegen ratten
January 7th, 2019
We ontwikkelden een techniek die gelijktijdig zowel electrocorticography als lokale veld potentieel in reactie op Nociceptieve laser stimuli vrij bewegen ratten vastgelegd. Deze techniek helpt een directe relatie van electrocortical signalen op de mesoscopische en macroscopische niveau, dat vergemakkelijkt het onderzoek van Nociceptieve informatieverwerking in de hersenen.
Deze methode helpt bij het vaststellen van de directe relatie van elektrocorticale signalen opgenomen van zowel ECoG en de diepten van draden om belangrijke vragen over de neuronale bijdragen van laser-evoke potentials te beantwoorden. Het belangrijkste voordeel van deze techniek is dat elektrodeimplantatie kan worden beschermd door polymelkige schil, dus de opname kan worden toegepast op onze vrij bewegende ratten. Deze methode kan worden toegepast bij het registreren van hersenreacties opgeroepen door een stimuli van verschillende sensaties of korte kenmerken van psychiatrische ziekten die het onderzoek van hun respectieve neuromagnetismen bevorderen.
Begin deze procedure met verdoving van de rat zoals beschreven in het tekstprotocol. Gebruik vervolgens een stereotaxic-apparaat om het hoofd van de rat te bevestigen met zijn neus in het verdovingsmasker. Chirurgische tolerantie wordt bereikt wanneer dan rat niet reageert op teen knijpen.
Breng oogheelkundige zalf aan op de ogen om te voorkomen dat hoornvlies drogen. Scheer de bovenkant van de hoofdhuid van de rat met behulp van een standaard scheerapparaat. Steriliseer vervolgens de hoofdhuid met behulp van de medische iodofofoeverontsmettingsmiddeloplossing en 75% alcohol om het jodium te verwijderen.
Injecteer 2% lidocaïne in de hoofdhuid voor lokale analgesie. Vervolgens, toedien atropine om de hypersecreatie van de luchtwegen te remmen. Maak een middellijn incisie van ongeveer twee tot drie centimeter op de hoofdhuid met behulp van een scalpel.
Snijd en verwijder een deel van de hoofdhuid langs de middellijn en bloot de schedel. Markeer de locaties van de ECoG-elektroden op basis van de vooraf gedefinieerde stereotaxic-coördinaten. Markeer ook de locaties van de referentie- en grondelektroden op de middellijn.
Boor gaten voor de ECoG schroeven met behulp van een elektrische schedel boor op de schedel op de gemarkeerde bezienswaardigheden zonder het vernietigen van de dura. Rij een roestvrije schroef, die met de isolatie gecoate koperdraad, in het gat voor een geschatte één millimeterdiepte verbindt. Vermijd het penetreren van de onderliggende dura.
Plaats een beschermende shell base op de schedel. Bevestig de basis met zijn aangrenzende schroeven op de schedel met behulp van tandheelkundige acryl. Markeer de locaties van de dieptedraadelektroden op basis van de vooraf gedefinieerde stereotaxic-coördinaten.
Nu, boor kleine gaatjes op de schedel rond het merk bezienswaardigheden voor draad implantatie en voorzichtig verwijderen van de botflap om de dura bloot. Was de craniotomie vaak met normale zoutoplossing. Met behulp van een naald, til en snijd de dura zonder beschadiging van de pia mater, vaten en het oppervlak van de neocortex.
Laat de dieptedraadelektroden zakken naar het oppervlak van de neocortex. Vervolgens dringt u langzaam door in de hersenen tot de doeldiepte. Verzegel de craniotomie met een mengsel van was en paraffineolie om ervoor te zorgen dat de dieptedraadelektroden kunnen worden verplaatst voor latere experimentele manipulaties.
Bevestig het elektrodeapparaat met behulp van acryl op de schedel. Las elke koperdraad die verbinding maakt met de ECoG-schroef met het overeenkomstige kanaal op de connectormodule. Monteer de beschermwand aan de basis en las de referentie- en grondelektroden aan de bijbehorende kanalen.
Bevestig de dop op de beschermende schaal met behulp van tapes om besmetting te voorkomen. Na het injecteren van de rat met penicilline, eenpersoonshuis de rat in een temperatuur en vochtigheid gecontroleerde kooi na de operatie zoals beschreven in het tekstprotocol. Plaats de rat ten minste een uur voor het experiment in de gedragskamer om ervoor te zorgen dat de rat acclimatiseert aan de opnameomgeving.
Sluit de opnamekopfase voorzichtig aan met de elektrodemodule om te voorkomen dat de rat bang wordt gemaakt en de elektrodemodule beschadigt. Zet de lasergenerator in. Sluit de glasvezel aan en pas de spotgrootte van de laser aan volgens de handleiding van de apparatuuroperator.
Sluit nu de digitale uitgang van de triggergenerator aan op de digitale invoerpoort van het opnamebord. Stel de videocamera onder de hoek van de experimentele kamer in om continu het nociceptieve gedrag van de rat vast te leggen wanneer zijn poot nociceptive laserstimulatie ontvangt. Lever doorlopend witgeluid via een luide luidspreker aan de bovenkant van de kamer.
Verzamel de elektrofysiologische gegevens van zowel de ECoG als de dieptedraadelektroden met behulp van het opnamesysteem volgens de handleiding van de apparatuuroperatoren. Nu, lever de laserpulsen aan de plantar van de voorpoot van de rat door de gaten in de bodem van de kamer door eerst de lasergenerator te positioneren. Druk vervolgens op de schakelaar om laserstimulatie te leveren.
Hier zijn de ruwe elektrofysiologische gegevens van bilaterale primaire motorcortices, bilaterale primaire somatosensorische cortices en ECoG te zien. Een duidelijk laser-opgeroepen potentieel, of LEP-respons, is detecteerbaar na het begin van de laser stimulus. Hier is het groepsniveau gemiddeld LEP golf vormen van zes elektroden van vijf ratten.
De LEP reacties bestaan uit een dominante negatieve afbuiging genaamd N1 Wave. Let op de N1 Golf van bilaterale primaire somatosensorische cortices toont een kortere latentie en een hogere amplitude dan die van bilaterale primaire motorcortices. Deze figuur toont wavelet getransformeerde samenhang tussen LEPs bemonsterd van de ECoG en diepte draden in bilaterale S1 en M1, met de laser geleverd op de plantair van de rat de juiste voorpoot.
Merk op dat de linker S1 en M1 toonde een hogere samenhang dan de rechter S1 en M1 op de gamma frequentieband. Na de ontwikkeling van deze techniek zal de weg vrijmaken voor onderzoekers om gelijktijdig herinneren zowel ECoG en intercorticale lokale vul mogelijkheden in vrij bewegende ratten om de neurale bijdragen van laser-opgeroepen potentialen bloot.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Overzicht
Deze studie presenteert een nieuwe techniek voor het gelijktijdig opnemen van elektrocorticografie (ECoG) en lokale veldpotentiaal bij vrij bewegende ratten als reactie op nociceptieve laserstimuli. Deze aanpak stelt een directe relatie vast tussen elektrocorticale signalen op zowel mesoscopisch als macroscopisch niveau, waardoor het begrip van nociceptieve informatieverwerking in de hersenen wordt verbeterd.
Belangrijke onderdelen van het onderzoek
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschap
- Elektrofysiologie
- Gedragsonderzoek
Achtergrond
- Het begrijpen van nociceptieve verwerking is cruciaal voor neurowetenschappelijk onderzoek.
- Elektrocorticografie geeft inzicht in hersenactiviteit.
- Lokale veldpotentiaal weerspiegelen neuronale activiteit als reactie op stimuli.
- Vrij bewegende diermodellen zijn essentieel voor het bestuderen van natuurlijk gedrag.
Doel van het onderzoek
- Om een methode te ontwikkelen voor het gelijktijdig opnemen van ECoG en lokale veldpotentiaal.
- Om de neuronale bijdragen aan laser-geëvokeerd potentiaal te onderzoeken.
- Om onderzoek naar hersenreacties op verschillende sensorische stimuli te vergemakkelijken.
Gebruikte methoden
- Ratten worden verdoofd en voorbereid op elektrode-implantatie.
- Een stereotactisch apparaat wordt gebruikt om het hoofd van de rat te bevestigen.
- Elektroden worden beschermd door een polylactische schaal voor duurzaamheid.
- Opnames worden gemaakt terwijl de ratten zich vrij bewegen.
Belangrijkste resultaten
- De techniek registreerde met succes ECoG en lokale veldpotentiaal.
- De gegevens onthullen de relatie tussen elektrocorticale signalen en nociceptieve stimuli.
- De bevindingen ondersteunen verder onderzoek naar sensorische verwerking en psychiatrische aandoeningen.
- De methode maakt veelzijdige toepassingen in neurowetenschappelijk onderzoek mogelijk.
Conclusies
- Deze techniek verbetert het begrip van nociceptieve verwerking in de hersenen.
- Het biedt een waardevol hulpmiddel voor het bestuderen van hersenreacties op verschillende stimuli.
- Het ontwerp van de methode maakt gebruik mogelijk in vrij bewegende diermodellen.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
This method enables simultaneous recording of electrocorticographic and local field potential signals in freely moving rats, providing a translational bridge between mesoscopic and macroscopic neural activity measurements. By capturing nociceptive-evoked responses with high signal-to-noise ratio, it supports mechanistic de-risking in pain target validation and phenotypic screening workflows. The approach enhances predictive confidence in early discovery by linking cortical surface and depth electrophysiology to behavioral phenotypes.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses by correlating laser-evoked potential waveforms with nociceptive pathway activation.
- Operational Value: Enables functional target validation through simultaneous surface and depth electrocortical signal acquisition.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by quantifying neural response consistency across cortical layers.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated biological systems for downstream assay standardization using synchronized ECoG and LFP readouts.
- Operational Value: Enhances screening readiness through reproducible, noise-minimized electrophysiological recordings in awake-behaving models.
- Scalability: Facilitates platform reuse via 3D-printed protective shell design that maintains electrode stability across sessions.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Aligns with disease-relevant systems by modeling nociceptive processing mechanisms relevant to analgesic development.
- Preclinical Model: Supports risk-adjusted advancement decisions through quantifiable, stimulus-locked neural biomarkers.
- Mechanistic De-risking: Clarifies neuronal contributions to laser-evoked potentials, reducing ambiguity in target engagement interpretation.
Pipeline & Workflow Integration
The method integrates into early discovery workflows by enabling hypothesis testing of nociceptive targets through concurrent cortical surface and depth electrophysiology measurements.
- Discovery Biology: Supports pathway clarification by isolating neuronal contributions to evoked potentials across cortical layers.
- Screening: Delivers quantitative, stimulus-locked outputs that facilitate compound effect comparison in behavioral paradigms.
- Analytics: Provides coherent signal metrics (e.g., wavelet coherence) that help teams compare neural engagement across conditions.
- Translational Research: Connects to preclinical continuity via measurable nociceptive biomarkers predictive of analgesic efficacy.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable electrophysiology capability for longitudinal target validation across multiple sensory modalities.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence by reducing mechanistic ambiguity in cortical nociceptive processing.
- Operational Value: Ensures standardization and reproducibility through protected electrode implantation in freely moving models.
- Strategic Value: Improves go/no-go decisions by providing multi-scale electrocortical validation of target engagement.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization through objective, quantifiable neural response metrics.
Implementation Considerations
- Requires expertise in stereotaxic surgery, electrophysiology, and behavioral neuroscience.
- Dependent on laser stimulation systems, recording headstages, and spectral analysis software.
- Necessitates cross-team standardization for electrode placement, stimulus timing, and noise control protocols.
- Involves adaptation considerations when extending to other cortical targets or disease models.
- Limited by the need for surgical recovery periods and environmental acclimatization before data collection.
