$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Przezczaszkowa kora szeroka Ca2+ obrazowanie za pomocą znieczulonej izofluranem G7NG817 mysz
Cewnik stworzyliśmy zgodnie z procedurą zilustrowaną na Rysunek 1. Po dokładnym określeniu pozycji żołądka, przymocowaliśmy cewnik do tego miejsca (Rysunek 1). Po zapewnieniu wystarczającego czasu rekonwalescencji po wprowadzeniu cewnika (około 48 godzin), zmierzyliśmy spontaniczną aktywność neuronalną w łagodnym znieczuleniu izofluranem (0,8-1,0%), aby ustalić wyjściowe zmiany intensywności fluorescencji dla kolejnych obserwacji stymulacji jelit. W rezultacie potwierdziliśmy losowe wzorce oscylacji Ca2+, które obejmowały całą korę mózgową (Rysunek 2A). Rysunek 2 przedstawia reprezentatywne przykłady spontanicznej aktywności mózgu, z wcześniej założonymi cewnikami. Określiliśmy czas pierwszego obserwowalnego przejściowego piku Ca2+ w regionie M2 po wstrzyknięciu jako 0,0 s. Reprezentacja pseudokolorowa wyświetlała szczyt tego stanu przejściowego Ca2+ jako wartość maksymalną, z wartością średnią plus jedno odchylenie standardowe (1 SD) jako wartość minimalną. Było jasne, że lewa i prawa półkula wykazywały synchroniczną aktywność we wszystkich regionach.
Następnie ustaliliśmy ROI, aby scharakteryzować fale w każdym obszarze funkcjonalnym. Jak pokazano na Rysunek 2B, przedstawiliśmy czasowe zmiany intensywności fluorescencji dla każdego ROI (Rysunek 2B). Te obserwowane powierzchniowe oscylacje Ca2+ podążały za wzorcem tłumienia impulsów, na przemian z okresami niskiej aktywności i zmianami fluorescencji o wysokiej amplitudzie. Ten wzorzec aktywności jest zgodny z wcześniejszymi odkryciami, które jednocześnie mierzyły EEG powierzchni kory mózgowej i dynamikę Ca2+26.
Pomimo globalnych lub regionalnych fluktuacji powierzchni Ca2+ między stanami tłumienia i wybuchu, konkretny region korowy inicjujący wyrzut wapnia może się różnić. Jak wcześniej informowaliśmy, gdy sygnał stymuluje lokalny obszar kory mózgowej, oczekuje się, że obszar ten aktywuje się, co w konsekwencji napędza globalną zmianę stanu kory mózgowej27,28.
Zmiany w dynamice kory Ca2+ po dożołądkowym wstrzyknięciu glukozy
Następnie, aby wyjaśnić, w jaki sposób podawanie glukozy lub wody wpływa na aktywność kory mózgowej, monitorowaliśmy dynamikę Ca2+ w całej korze podczas i po wstrzyknięciu. W rezultacie stwierdziliśmy zmiany w korowej dynamice Ca2 + po wstrzyknięciu glukozy do żołądka. W przeciwieństwie do spontanicznej aktywności zilustrowanej w różnych regionach aktywacji kory mózgowej, zaobserwowaliśmy natychmiastową aktywację w obszarze przedczołowym lub wtórnej korze ruchowej (M2) po bezpośrednim wstrzyknięciu glukozy do jelita przez cewnik, efekt niewywołany przez wstrzyknięcie wody do żołądka (Figura 3A-C). Co więcej, zaobserwowaliśmy, że te przejściowe, wyraźne zdarzenia Ca2 + miały tendencję do występowania w sposób ciągły przez około 10 s po wstrzyknięciu glukozy do żołądka. Takie uporczywe zjawiska nie były widoczne, gdy podawano wodę (Ryc. 3D-F).
Zdarzenia Ca2+ w każdym ROI zostały scharakteryzowane poprzez obliczenie współczynnika zmian intensywności fluorescencji, używając kory słuchowej (Odniesienie) jako punktu odniesienia, przy pierwszym piku występującym w ciągu 4-8 s po zakończeniu podawania glukozy. W rezultacie zaobserwowano istotną zmianę po wstrzyknięciu glukozy po porównaniu odpowiedzi w regionie M2 przy użyciu kory słuchowej jako punktu odniesienia przed i po wstrzyknięciu.
Natomiast nie zaobserwowano takiej zmiany, gdy wstrzyknięto wodę (Rysunek 3G, woda N = 7: przed wstrzyknięciem, 2,38 ± 2,53 vs. 2,05 ± 1,84, p > 0,05; glukoza N = 7: przed wstrzyknięciem, 2,48 ± 0,97 vs. 3,76 ± 2,76, p < 0,01, test rangi ze znakiem Wilcoxona). Następnie, definiując poziomy aktywacji w każdym obszarze kory mózgowej za pomocą stosunku wartości po wstrzyknięciu do wartości przed wstrzyknięciem, istotną różnicę zaobserwowano tylko w regionie M2 (Rysunek 3H, M2: 0,92 ± 0,89 vs. 1,30 ± 0,32, p = 0,006; Somato: 0,95 ± 0,076 vs. 1,04 ± 0,13, p = 0,27; Wizualny: 0,92 ± 0,3 vs. 1,00 ± 0,06, p = 0,89; RSC: 0,97 ± 0,27 vs. 1,10 ± 0,27, p = 0,60, test t).

Rysunek 1: Przegląd metody. (A) Tworzenie cewnika: (a) Przeciąć rurkę silikonową. (b) Przymocuj plastikowy koralik do rurki silikonowej za pomocą medycznego kleju cyjanoakrylowego. (c) Odciąć igłę 23 G w odległości 1,5 cm od końcówki. (d) Przymocuj odcięty koniec igły do silikonowej rurki. (B) Zespół wtryskiwacza: (a) Przyciąć igłę do wstrzykiwań o masie 23 G o 1 cm. (b) Podłączyć przyciętą igłę do wstrzykiwań do strzykawki o pojemności 2,5 ml. c) Osłonić odcięty fragment igły iniekcyjnej silikonową rurką. (d) Odciąć igłę 23 G w odległości 1,5 cm od końcówki. (e) Przymocuj odcięty koniec igły do silikonowej rurki. (C) Zabieg chirurgiczny: (a) Zdepiluj obszar operacyjny. (b) Naciąć skórę i ścianę brzucha na długość około 1,5 cm. (c) Utworzyć małą perforację (o średnicy około 1,5 mm) w antrum odźwiernika za pomocą nożyczek i wprowadzić cewnik (rurkę silikonową). Przymocuj cewnik do antrum odźwiernika za pomocą medycznego kleju cyjanoakrylowego. (d) Zszyj ścianę brzucha i skórę za pomocą jedwabnego materiału do szycia 5/0 i igły. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 2: Spontaniczne oscylacje Ca2+ w korze mózgowej u myszy G7NG817 z dołączonym cewnikiem. (A) Reprezentatywny przykład oscylacji Ca2+ o szerokości kory mózgowej wyświetlany w odstępach 0,2 s. Zmiany intensywności fluorescencji są reprezentowane przez pseudokolorową nakładkę. Okno czasowe otoczone przerywaną linią w B pokazuje pierwszy pojawiający się stan przejściowy Ca2+, z jego szczytem ustawionym na czas 0. Reprezentacja pseudokoloru używa wartości szczytowej tego stanu przejściowego Ca2+ jako wartości maksymalnej i średniej +1 SD jako wartości minimalnej. (B) Szeregi czasowe zmian intensywności fluorescencji dla każdego zwrotu z inwestycji w przykładzie. Kolory linii odpowiadają różnym obszarom kory mózgowej: czerwony reprezentuje M2; magenta reprezentuje obszar somatosensoryczny (Somato); niebieski reprezentuje obszar wizualny (Wizualny); a zielony reprezentuje obszar retro splenial. Pasek w kolorze łososiowym pokazuje czas wstrzyknięcia. (C) Pojedynczy pik w obrębie przerywanego konturu jest wyodrębniony i wyświetlany w powiększeniu. Skróty: SD = odchylenie standardowe; ROI = obszar zainteresowania; RSC = retro obszar śledziony. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 3: Odpowiedź kory mózgowej Ca2+ podczas/po wstrzyknięciu glukozy lub wody. (A) Reprezentatywny przykład podania glukozy wyświetlany w odstępach 0,2 s. Zmiany intensywności fluorescencji są reprezentowane przez pseudokolorową nakładkę. Okno czasowe otoczone linią przerywaną w B pokazuje pierwszy pojawiający się stan przejściowy Ca2+ po wstrzyknięciu, z jego szczytem ustawionym na czas 0. Reprezentacja pseudokoloru opiera się na piku pierwszego stanu nieustalonego Ca2+ po wstrzyknięciu jako wartości maksymalnej i średniej +1 SD jako wartości minimalnej. (B) Zmiany intensywności fluorescencji w szeregach czasowych dla każdego zwrotu z inwestycji w przykładzie. Kolory linii odpowiadają różnym obszarom kory mózgowej: czerwony reprezentuje M2, magenta reprezentuje obszar somatosensoryczny (Somato), niebieski reprezentuje obszar wzrokowy (wizualny), a zielony reprezentuje obszar śledziony retro. (C) Pojedynczy pik w obrębie przerywanego konturu jest wyodrębniony i wyświetlany w powiększeniu. Analiza docelowej fali wapniowej to najwcześniejsza fala, która pojawiła się w ciągu 4-8 s po wstrzyknięciu. (D) Reprezentatywny przykład wstrzyknięcia wody jako dane kontrolne stężenia glukozy. (E) Szeregi czasowe zmieniają intensywność fluorescencji dla każdego zwrotu z inwestycji w przykładzie. Kolory linii są takie jak w B. (F) Pojedynczy pik w obrębie przerywanego konturu jest wyodrębniony i wyświetlany w powiększonym widoku. Analiza docelowej fali wapniowej to najwcześniejsza fala, która pojawiła się w ciągu 4-8 s po wstrzyknięciu. (G) Porównanie spontanicznej aktywności M2 (przed) i odpowiedzi po wstrzyknięciu (wstrzyknięciu). Średnia intensywność fluorescencji zmienia się w ciągu 50 s przed wstrzyknięciem, a szczytowa odpowiedź w obszarze M2 między 4 s a 8 s po wstrzyknięciu, została obliczona, używając kory słuchowej jako odniesienia. (H) Porównanie poziomów aktywacji w każdym obszarze kory mózgowej po podaniu wody lub glukozy. Stosunek wartości po wstrzyknięciu do wartości przed wstrzyknięciem, określony w G, obliczono dla każdego regionu. N.S. oznacza nieistotne (p > 0,05). ** <0.01. Słupki błędów są definiowane jako błąd standardowy średniej. Skróty: SD = odchylenie standardowe; ROI = obszar zainteresowania; RSC = retro obszar śledziony. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.