Oddychanie jest złożoną i istotną aktywnością kontrolowaną przez mózg, umożliwiającą pobieranie dwutlenku węgla (O2) i eliminację dwutlenku węgla (CO2). Centralny napęd oddechowy jest generowany przez złożoną sieć znajdującą się w pniu mózgu zarówno u ssaków1, płazów2, gadów3, ptaków4 i ryb5. Nawet jeśli badanie oddychania może być przetwarzane in vivo, precyzyjne badania mechanistyczne wymagają bezpośredniego dostępu do sieci kontroli oddechu. W tym celu Adrian i Buytendijk opracowali zredukowany preparat dla złotych rybek, w którym elektrody umieszczone na powierzchni pnia mózgu rejestrują generowany rytm związany z wentylacją skrzeli 5. Podejście to zostało następnie zaadaptowane przez Suzue w 1984 roku 6 do stosowania u nowonarodzonych gryzoni. Pojawienie się tego preparatu doprowadziło do znacznych postępów w neurobiologii układu oddechowego. Ponieważ jest to stosunkowo proste, przedstawiona tutaj technika jest podatna na szeroki zakres podstawowych badań rytmicznych zachowań motorycznych i ich pochodzenia u nowonarodzonych gryzoni.
Ogólnym celem tej metody jest rejestrowanie neuronalnej korelatu aktywności wdechowej, rytmu podobnego do oddechu, zwanego fikcyjnym oddychaniem, wytwarzanego przez sieć oddechową. Metoda ta może być stosowana w szerokim zakresie celów badawczych, ukierunkowanych na reakcje wdechowe na zmiany układu oddechowego lub farmakologię zarówno u dzikich zwierząt typu 7, jak i transgenicznych 8. Biorąc pod uwagę, że eksperymenty są przeprowadzane w niskiej temperaturze, bez aferentów sensorycznych i w warunkach, w których stężenia glukozy iO2 w aCSF są wysokie, pojawiły się pytania dotyczące fizjologicznego znaczenia zarejestrowanego sygnału. Chociaż istnieją wyraźne różnice między warunkami in vivo i in vitro (np. częstotliwość wybuchów wdechowych), faktem jest, że obecność podstawowych elementów sieci oddechowej 6 umożliwia badanie silnego rytmu związanego z istotną funkcją homeostazy 9,10.
Uzasadnieniem rozwoju i użycia tej techniki jest ułatwienie bezpośredniego dostępu do elementów pnia mózgu sieci oddechowej, które są trudno dostępne in vivo, zwłaszcza u noworodków. Pień mózgu jest umieszczany w ściśle kontrolowanych warunkach: zarejestrowany rytm nie jest modulowany przez obwodowe doprowadzające sygnały wejściowe z płuc lub ciał szyjnych, co pozwala na skupienie się badania na samym ośrodkowym napędzie oddechowym 11. W ten sposób dostęp ten jest wykorzystywany do stosowania bodźców i rejestrowania sygnału wyjściowego. W przeciwieństwie do zapisów pletyzmograficznych, rytm oddechowy jest modulowany przez wszystkie jego składowe w całym organizmie (np. wzdęcia płuc, chemosensory obwodowe), co utrudnia stosowanie precyzyjnych bodźców.
U nowonarodzonego szczura, protokół polega na rejestrowaniu czwartego sygnału korzenia brzusznego na izolowanym pniu mózgu i skróconym rdzeniu kręgowym, utrzymywanym w sztucznym płynie mózgowo-rdzeniowym (aCSF). Rytm generowany przez preparaty pnia mózgu i rdzenia kręgowego składa się z pojedynczych powolnych impulsów, które są powiązane z sygnałem wdechowym 9. Izolowane preparaty rdzenia kręgowego pnia mózgu można łatwo zarejestrować u szczurów od 0 do 4 dnia po urodzeniu (P0 - P4) 7. Podejście to jest powszechnie stosowane do oceny niedotlenienia sieci oddechowej, a także odpowiedzi na hiperkapnię, kwasicę lub leki. Przedstawiono tutaj protokół ostrej hipoksji. Stymulację tę uzyskuje się przez wycofanieO2 w aCSF; Podejście to jest powszechnie stosowane do oceny tolerancji i reakcji na zniewagi niedotlenienia. Protokół wywołuje depresję rytmu od pierwszej minuty do końca ekspozycji na hipoksję (ryc. 1)12. Ta depresja jest odwrócona podczas rekonwalescencji po niedotlenieniu 12. Jeśli chodzi o projekt eksperymentalny, ważne jest, aby zauważyć, że most, znajdujący się w rostralnej części pnia mózgu, działa hamująco na generator rytmu 8. W związku z tym preparaty pełnego pnia mózgu i rostralnego rdzenia kręgowego wykazują niższy rytm. Włączenie mostu do wyizolowanej próbki do zapisu określa się zgodnie z celem eksperymentu 13; Badanie wpływu mostu na sieć rdzenia przedłużonego wymagałoby nagrań z mostem i bez niego w celu porównania wyników 14. Ponadto jedną z zalet tej techniki jest możliwość rozszerzenia części rostralnej preparatu o okolice śródmózgowia i/lub międzymózgowia 15,16, co pozwala na ocenę wpływu tych obszarów na sieć oddechową mostkowo-szpikową.