Method Article

Modelowanie danych szybkiego skanowania woltamperometrii cyklicznej na podstawie elektrycznie stymulowanych danych neurotransmisji dopaminy przy użyciu QNsim1.0

DOI:

10.3791/55595

June 5th, 2017

In This Article

Summary

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Szybko-skanująca cykliczna woltamperometria może monitorować in vivo neurotransmisję dopaminy w kontekście leków, chorób i innych eksperymentalnych manipulacji. W niniejszej pracy opisano implementację QNsim1.0, oprogramowania do modelowania elektrycznie stymulowanych odpowiedzi dopaminy zgodnie z ilościowym modelem neurobiologicznym w celu ilościowego oszacowania dynamiki uwalniania i wychwytu zwrotnego dopaminy.

Abstract

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Centralne szlaki dopaminergiczne (DAergiczne) odgrywają ważną rolę w szerokim zakresie funkcji, takich jak uwaga, motywacja i ruch. Dopamina (DA) jest zaangażowana w choroby i zaburzenia, w tym zespół nadpobudliwości psychoruchowej z deficytem uwagi, chorobę Parkinsona i urazowe uszkodzenie mózgu. Tak więc neuroprzekaźnictwo DA i metody jego badania są przedmiotem intensywnego zainteresowania naukowego. Woltamperometria cykliczna in vivo fast-scan (FSCV) to metoda, która pozwala na selektywne monitorowanie zmian stężenia DA z dokładną rozdzielczością czasową i przestrzenną. Technika ta jest powszechnie stosowana w połączeniu ze stymulacją elektryczną wstępujących szlaków DAergic w celu kontrolowania przepływu impulsów neurotransmisji dopaminy. Chociaż stymulowany paradygmat neurotransmisji DA może wytwarzać silne odpowiedzi DA z wyraźnymi morfologiami, co czyni je podatnymi na analizę kinetyczną, nadal toczy się wiele dyskusji na temat tego, jak interpretować odpowiedzi pod względem ich składowych uwalniania i klirensu. Aby rozwiązać ten problem, opracowano niedawno ilościowe ramy neurobiologiczne (QN) stymulowanego neuroprzekaźnictwa DA, aby realistycznie modelować dynamikę uwalniania i wychwytu zwrotnego DA w trakcie stymulowanej odpowiedzi DA. Podstawy tego modelu opierają się na danych eksperymentalnych z wymuszonej neurotransmisji DA oraz na zasadach neuroprzekaźnictwa przyjętych z różnych kierunków badań. Model QN implementuje 12 parametrów związanych z dynamiką stymulowanego uwalniania i wychwytu zwrotnego DA do modelowania odpowiedzi DA. Praca ta opisuje, jak symulować odpowiedzi DA za pomocą QNsim1.0, a także szczegółowo opisuje zasady, które zostały wdrożone w celu systematycznego dostrzegania zmian w dynamice stymulowanego uwalniania i wychwytu zwrotnego dopaminy.

Introduction

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Neurotransmisja dopaminy (DA) odgrywa istotną rolę w różnych funkcjach poznawczych i behawioralnych, a jej dysfunkcja jest związana z wieloma powszechnymi chorobami i zaburzeniami. W związku z tym kluczowe znaczenie ma opracowanie dokładnych metod ilościowego badania neurotransmisji DA in vivo, aby ocenić, w jaki sposób neuroprzekaźnictwo DA jest zmieniane w kontekście modeli chorób i farmakologii leków. Szybkoskanująca woltamperometria cykliczna (FSCV) pozwala na monitorowanie neuroprzekaźnictwa DA in vivo z dokładną rozdzielczością przestrzenną i czasową. Chociaż możliwe jest monitorowanie fizjologicznej neurotransmisji DA u przytomnych, swobodnie ....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. Instalacja, przygotowanie danych i uruchomienie QNsim1.0

  1. Pobierz plik "QNsim1.0.zip" (dostarczany jako dodatek) i rozpakuj go do wybranego katalogu.
  2. Przygotuj wymuszone dane odpowiedzi DA do modelowania za pomocą oprogramowania, organizując arkusz kalkulacyjny, w którym każda kolumna zawiera czasową odpowiedź DA przeliczoną na stężenia μM DA. Zapisz ten (.xlsx) plik w tym samym katalogu, w którym znajduje się program files.
    Uwaga: Arkusz kalkulacyjny może zawierać wiele odpowiedzi w pojedynczym eksperymencie lub wiele badań zawierających ustaloną liczbę odpowiedzi (przykład znajduje się w sekcji "Sample.xlsx").
  3. Otwórz o....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dołączone do oprogramowania są przykładowe dane neurotransmisji DA uzyskane z grzbietowego prążkowia szczura (Badanie 1) i jądra półleżącego (Badanie 2), które są kompilowane w "Sample.xlsx." Arkusz kalkulacyjny zawiera dane dotyczące stężenia DA w podstawowych reakcjach na stymulacje 60 Hz, 10 s i 5 s oraz odpowiedź na 60 Hz, 5 s stymulacji 35 min po podaniu inhibitora transportu DA metylofenidatu (MPH) (10 mg/kg, i.p.). Stymulowane dane odpowiedzi DA są zorganizowane w kolumny, jak pokazano na Rys.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Zastosowanie FSCV do badania neuroprzekaźnictwa DA stymulowanego in vivo powstało w latach 80. XX wiekui nadal stanowi bogate źródło danych dotyczących neurotransmisji in vivo o niezrównanej rozdzielczości przestrzennej i czasowej. Stymulowane odpowiedzi DA odzwierciedlają złożoną równowagę uwalniania DA i wychwytu zwrotnego, które są modulowane przez same stymulacje elektryczne. Model QN łączy zasady współczesnych badań nad neurotransmisją w celu modelowania stymulowanych in.......

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Acknowledgements

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dziękujemy Instytutowi Rehabilitacji UPMC za wsparcie tej pracy.

....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
MATLAB R2016a dla komputerów Mac Mathworks
QNsim1.0Autorski pakietOprogramowanie do modelowania danych FSCV przy użyciu frameworka QN
oprogramowania

References

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Taylor, I. M., et al. Kinetic diversity of dopamine transmission in the dorsal striatum. J Neurochem. 133 (4), 522-531 (2015).
  2. Harun, R., Grassi, C. M., Munoz, M. J., Torres, G. E., Wagner, A. K. Neurobiological model of stimulated dopami....

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Fast scan Cyclic VoltammetryDopamine NeurotransmissionQNsim1 0 SoftwareElectrical StimulationDopamine ReleaseDopamine ReuptakeStriatal DopamineNucleus AccumbensDorsal StriatumParameter Modeling

Related Articles