Evaluatie van halfrond lateralisatie met bilaterale lokale veld potentiële opname in de secundaire motorische cortex van muizen
31 juli 2019
We presenteren in vivo elektrofysiologische opname van het lokale veld potentieel (LFP) in bilaterale secundaire motor cortex (m2) van muizen, die kan worden toegepast om de halfrond lateralisatie te evalueren. De studie onthulde veranderde niveaus van synchronisatie tussen de linker en rechter m2 in APP/PS1 muizen in vergelijking met WT besturingselementen.
Deze techniek kan worden gebruikt om een aantal basiseigenschappen van interregionale elektrofysiologie te beoordelen voor hemisfeer lateralisatie, evenals de connectiviteit, directionaliteit en koppeling. Elektrofysiologische meting is een gevoelige en effectieve methode om te evalueren bij de dieren, neuronale activiteiten. Dit protocol biedt een betere manier om prop in de synchronisatie van elektrische signalen.
Het begrip van het onderliggende mechanisme van mogelijke veranderde herseneeneralisatie bij de ziekte van Alzheimer pathogenese, kan nieuwe inzichten bieden in potentiële biomarkers voor de behandeling van Alzheimer. Voorafgaand aan de operatie, bevestig de diepte van de anesthesie van de muis, door het uitvoeren van een staart of teen snuifje met tangen. Plaats vervolgens de muis in het stereotaxic-apparaat en bevestig het hoofd.
Breng zalf op beide ogen om ze vochtig te houden. Scheer vervolgens het hoofd en steriliseer het gebied. Maak een kleine incisie van 12 tot 15 millimeter, in het midden van het geschoren gebied.
Met behulp van tangen, trek voorzichtig de hoofdhuid uit de buurt van de middellijn. Scheid daarna de huid voorzichtig en verwijder het resterende weefsel. Maak de schedel schoon met behulp van met waterstofperoxide gecoate wattenstaafjes.
Boor onder een stereomicroscoop twee kleine gaatjes van één tot 1,5 millimeter radii, zowel aan de linker- als rechterkant van de schedel, zodat de opnamemicro-elektroden in de M2-gebieden kunnen worden geplaatst. Verwijder de dura mater voorzichtig met een wolfraamnaald. Steek vervolgens twee afzonderlijke opnamemicro-elektroden, gevuld met 0,5 molaire natriumchloride, in de gaten, onder een hoek van 60 graden, met behulp van mechanische micromanipulatoren.
Voor LFP-opname, langzaam lager de linker en rechter glazen elektroden naar de M2 coördinaten. Voor kwaliteitscontrole test u de weerstand van elke elektrode met behulp van de differentiële versterker. Stel vervolgens het opnameproces in op 0,1 hertz high pass en 1000 hertz low pass, met 1000 keer versterking.
Verzamel de gedigitaliseerde ruwe LFP-gegevens in stabiele toestand gedurende ten minste 60 seconden, terwijl de muis gelijkmatig ademt bij twee ademhalingen per seconde, onder narcose. Na het opnemen, langzaam verhogen van de elektroden uit de hersenen. Sla de gegevens op en analyseer offline, met de analysesoftware.
Als u crosscorrelatieanalyse wilt uitvoeren, klikt u in de analysesoftware op analyse, vervolgens op een correlatie in golfvorm en importeert u de gegevens. Wijs vervolgens het ene golfvormkanaalsignaal toe als het eerste kanaal en het andere als referentie. Stel de breedte in op twee en verschoven als één.
Stel vervolgens de duur van beide NCP's in op 100 seconden, door de begin- en eindtijd te selecteren. Druk vervolgens op de procesknop om crosscorrelatieanalyse uit te voeren. Klik op bestand, exporteer als en sla vervolgens de crosscorrelatieresultaten op die overeenkomen met de resulterende pop-updiagram in tekstnotatie.
Verwijder daarna de correlatiewaarden bij vertragingen die op nul plus en min 01 seconde zijn uitgekomen en vervolgens de rest van de cross-correlatiegegevens behandelen. Voer de gegevens uit in de analysesoftware om coherentieanalyse uit te voeren. Schik vervolgens de twee LFP-signalen als de eerste en tweede golfvormkanalen en stel de grootte van het blok in op 4096.
Blokgrootte betekent het aantal gegevenspunten dat in de eerste voor echte transformatie wordt gebruikt. Hoe groter de blokgrootte, hoe beter de frequentieresolutie. Verplaats de stippellijnen handmatig, om ervoor te zorgen dat de tijdsauwkeurigheid voor signalen in beide kanalen wordt ingesteld als dezelfde periode.
Druk op de knop Gebied toevoegen om het gebied te laden en coherentieanalyse uit te voeren. Klik daarna op bestand en sla als, om de coherentieresultaten op te slaan die overeenkomen met de resulterende pop-updiagram in tekstnotatie. Om te zien of vroege ziekte van Alzheimer pathologie schaadt de capaciteit van halfrond lateralisatie, extracellulaire LFPs werden opgenomen in de linker en rechter M2 van APP / PS1 muizen en wilde type controles, en hun kruis correlatie werd geanalyseerd.
Bij wilde typemuizen toonden de resultaten aan dat de gemiddelde correlatie tussen de linker- en rechter-VIP's bij positieve tijdvertragingen aanzienlijk verschilde van die bij negatieve vertragingen, wat het bestaan van hemisferische asymmetrieën in de M2-gebieden van de wildtypecontroles impliceert. In vergelijking, de linker en rechter LFPs van APP / PS1 muizen toonde hoger gesynchroniseerd in het tijddomein, wat wijst op een vermindering van de asymmetrie tussen de linker en rechter M2. Gammaschommelingen werden vervolgens gefilterd uit de LPP's en er werd een coherentieanalyse uitgevoerd om de gelijkenis van elektrische signalen in het gammafrequentiebereik te meten. Het resultaat toonde aan dat de gammacoherentie tussen de linker en rechter M2 in APP/PS1 muizen aanzienlijk hoger was dan die in de wild type muizen, wat duidt op een hogere synchronisatie, en dus verminderde lateralisatie tussen de linker en rechter M2 in APP/PS1 muizen.
Urethaan is giftig en kankerverwekkend, dus wees altijd voorzichtig, en volg de veiligheidsvoorschriften bij het hanteren ervan. Het is erg belangrijk om de diepte van anesthesie per uur te testen, om ervoor te zorgen dat stabiele VIP's worden geregistreerd. Het opname- en analyseproces kan worden toegepast op andere hersenbanen, vooral voor laboratoria die geen systemen hebben voor multi-channel opname bij vrij bewegende dieren.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Deze studie presenteert in vivo elektrofysiologische opnamen van lokale veldpotentialen (LFP) in de bilaterale secundaire motorische cortex (M2) van muizen, met focus op hemisfeer lateralisatie. Het onderzoek onderzoekt synchronisatieverschillen tussen APP/PS1 muizen en wild-type (WT) controles, en onthult veranderde hersenlateralisatie mogelijk gekoppeld aan de ziekte van Alzheimer.
Belangrijke studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschap
- Elektrofysiologie
- Onderzoek naar de ziekte van Alzheimer
Achtergrond
- Lokale veldpotentialen (LFPs) zijn essentieel voor het beoordelen van neuronale activiteit.
- Synchronisatie is belangrijk voor het begrijpen van hemisfeer lateralisatie.
- De ziekte van Alzheimer kan mechanismen van hersenlateralisatie veranderen.
- De studie gebruikt een muismodel (APP/PS1) om deze veranderingen te onderzoeken.
Doel van het onderzoek
- Om synchronisatieniveaus tussen de linker en rechter M2 bij APP/PS1 muizen te evalueren.
- Om de impact van de pathologie van Alzheimer op hemisfeer lateralisatie te onderzoeken.
- Om mogelijke biomarkers voor behandelingen van Alzheimer te identificeren door middel van elektrofysiologische metrische.
Gebruikte methoden
- In vivo elektrofysiologische opname van LFPs in de M2 regio's van muizen.
- APP/PS1 muizen en wild-type controles werden gebruikt om lateralisatie effecten te beoordelen.
- Coherentie- en kruiscorrelatieanalyses werden uitgevoerd op de vastgelegde LFP gegevens.
- Elektrodeplaatsing, kwaliteitscontrole en data-acquisitie werden gedetailleerd beschreven in het protocol.
- De methoden omvatten high-pass en low-pass filtering en amplificatie van signalen voor analyse.
Belangrijkste resultaten
- Kruiscorrelatie toonde aan dat wild-type muizen significante asymmetrie in LFPs vertoonden, in tegenstelling tot APP/PS1 muizen, die verhoogde synchronisatie hadden.
- De bevindingen gaven aan dat er hogere gamma coherentie bij APP/PS1 muizen is, wat wijst op verminderde lateralisatie.
- Elektrofysiologische veranderingen kunnen verband houden met de onderliggende mechanismen van de pathologie van de ziekte van Alzheimer.
Conclusies
- De studie toont aan dat veranderde synchronisatie in M2 kan dienen als een marker voor de pathologie van Alzheimer.
- Inzichten kunnen bijdragen aan het begrijpen van neuronale mechanismen gerelateerd aan hemisfeer lateralisatie en de ziekte van Alzheimer.
- Dit onderzoek benadrukt de belangrijkheid van elektrofysiologische metingen bij het onderzoeken van ziektemodellen.
Veelgestelde vragen
Executive Industry Relevance
Assessing hemispheric lateralization via bilateral LFP recording provides a quantitative electrophysiological readout for evaluating neural circuit symmetry in preclinical models. This approach supports target validation by linking neurophysiological asymmetry to disease-related phenotypes, offering mechanistic de-risking for CNS therapeutic hypotheses. The method enables early detection of network-level alterations that may precede cognitive decline, enhancing predictive confidence in Alzheimer's disease models.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses by measuring interhemispheric synchronization as a functional readout of cortical network integrity.
- Operational Value: Enables biological de-risking through direct comparison of lateralization phenotypes between disease models and wild-type controls.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by identifying electrophysiological biomarkers that correlate with pathological progression in APP/PS1 mice.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Produces standardized, quantifiable LFP synchronization and coherence metrics suitable for high-fidelity longitudinal tracking.
- Scalability: Protocol flexibility allows application across brain pathways, enabling multi-target screening in neuronal circuit studies.
- Reproducibility: Defined electrode placement, filtering parameters, and analysis windows support cross-lab consistency in electrophysiological phenotyping.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Captures early network dysfunction in APP/PS1 mice, aligning with altered brain lateralization observed in aging and preclinical Alzheimer's.
- Translational Continuity: Links electrophysiological asymmetry to potential biomarkers, supporting bridge from discovery to preclinical validation.
- Risk-Adjusted Advancement: Enables go/no-go decisions based on normalization of lateralization metrics following therapeutic intervention.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery continuum from target engagement to lead optimization, providing electrophysiological phenotyping that informs mechanism-based compound screening.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by quantifying hemispheric asymmetry as a readout of cortical circuit balance and connectivity.
- Screening: Delivers assay-ready, quantitative outputs (cross-correlation, gamma coherence) for evaluating compound effects on network synchronization.
- Analytics: Generates synchronized LFP metrics and coherence spectra that enable statistical comparison of neural coupling across experimental groups.
- Translational Research: Connects M2 lateralization changes to disease phenotype, supporting biomarker alignment in preclinical Alzheimer's models.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable electrophysiological platform for assessing lateralization in diverse CNS disease models beyond Alzheimer's.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity by providing direct, real-time measures of interhemispheric cortical communication.
- Operational Value: Ensures standardization through precise surgical coordinates, electrode impedance testing, and defined signal processing parameters.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by enabling early detection of network-level phenotypes, reducing failure risk in later-stage CNS programs.
- Portfolio Impact: Informs risk-adjusted prioritization via objective, biomarker-linked electrophysiological endpoints that reflect target engagement and circuit modulation.
Implementation Considerations
- Requires expertise in stereotaxic surgery, electrophysiology, and neural signal processing for accurate LFP acquisition and interpretation.
- Dependent on stable anesthesia maintenance (e.g., urethane) and electrode quality control to minimize signal drift and ensure recording fidelity.
- Necessitates cross-team standardization of surgical protocols, filtering settings (0.1 Hz HPF, 1000 Hz LPF), and analysis windows (100-second epochs) for reproducible results.
- Adaptation to other brain regions requires revalidation of electrode placement and confirmation of LFP signal integrity in target nuclei.
- Practical limitations include surgical invasiveness and inter-animal variability in electrode placement, which may affect signal amplitude and require cohort-wise normalization.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Title
0:56
Animal Surgery
2:18
LFP Recordings in Bilateral M2 of Mice
3:07
Cross-correlation Analysis
4:03
Coherence Analysis
4:55
Results: Cross-correlation and Coherence of Gamma Oscillations between Left and Right M2 of WT and APP/PS1 Mice
6:18
Conclusion
