8 października 2014
Implanty ślimakowe (CI) umożliwiają słyszenie poprzez bezpośrednią stymulację elektryczną nerwu słuchowego. Jednak słaba rozdzielczość częstotliwości i intensywności ogranicza jakość słyszenia w przypadku implantów ślimakowych. W tym miejscu opisujemy optogenetyczną stymulację nerwu słuchowego u myszy jako alternatywną strategię badań słuchowych i rozwoju przyszłych implantów ślimakowych.
Ogólnym celem tej procedury jest optyczna stymulacja nerwu słuchowego zwierząt z optogenetycznie zmodyfikowanymi spiralnymi neuronami zwojowymi. Osiąga się to poprzez przygotowanie najpierw niebieskiego stymulatora micro LED lub światłowodu sprzężonego z niebieskim laserem. Kolejnym etapem zabiegu jest ocena ślimaka przy użyciu mikrochirurgicznego dostępu zausznego.
Trzecim krokiem jest ustawienie stymulatora optycznego w taki sposób, aby rejestrował optycznie wywołane reakcje pnia mózgu. Ostatnim krokiem jest dostęp do dolnego colusa w celu zarejestrowania optycznie wywołanej aktywności. Ostatecznie, wyniki mogą wykazać skuteczną stymulację układu słuchowego poprzez zapisy słuchowych reakcji pnia mózgu i lokalnych potencjałów pola.
W wzgórku dolnym Stymulacja optogenetyczna nerwu słuchowego. Jako alternatywa dla elektryczności, implanty ślimakowe obiecują lepszą rozdzielczość częstotliwości i intensywności. Jest to bardzo interesujące dla badań audytorskich, ale implikacje tej techniki rozciągają się w kierunku poprawy przywracania słuchu u osób niesłyszących.
Metoda ta może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w badaniach słuchowych, takie jak rola aktywności wzorca w udoskonalaniu rozwoju ortopedycznego, wymóg integracji spektralnej w lokalizacji komórek oraz zakres interakcji między projekcjami ramek specyficznych dla częstotliwości. W centralnym układzie słuchowym wizualna demonstracja procedury ma kluczowe znaczenie, ponieważ właściwe ustawienie i orientacja mikrodiody LED lub światłowodu są trudne do nauczenia. Stymulator micro LED wykorzystuje niebieską diodę LED z powierzchnią czynną o powierzchni aktywnej 200 mikronów kwadratowych, najpierw przewody do mikro diody LED.
Następnie, za pomocą żywicy epoksydowej, zamknij diodę LED i jej połączenie, pozostaw do wyschnięcia na noc. Po utwardzeniu przeprowadź druty przez średnicę zewnętrzną jednego milimetra. Pożycz kapilarnę ze szkła krzemianowego.
Szkło zapewnia stabilność mechaniczną i izolację elektryczną. Uszczelnij połączenie kapilary i diody LED pokrytej żywicą epoksydową za pomocą większej ilości żywicy epoksydowej, ustaw kapilarnę tak, aby można ją było zamontować na manipulatorze. Teraz sprawdź połączenia elektryczne.
Najpierw przygotuj trzy druty miedziane. Zanurz jeden koniec każdego z nich w 0,9% kąpieli chlorku sodu. Następnie podłącz ich drugie końce do wzmacniacza A BR.
Monitoruj sygnał za pomocą oscyloskopu. Następnie podłącz mikro diodę LED do specjalnie wykonanego stymulatora do testu. Zanurz podłączoną do stymulatora micro LED w wannie i zasilaj diodę LED przez co najmniej 20 minut.
Podczas stymulacji diody LED monitoruj oscyloskop pod kątem artefaktów. Wyrzuć wszystkie wadliwe diody LED. Znieczulij mysz w wieku od czterech do 10 tygodni.
Ta mysz wyraża opsynę kanału dwa pod udem 1.2 promotor 10 minut. Po wstrzyknięciu środków znieczulających należy sprawdzić odruch odstawienia zwierzęcia, aby potwierdzić chirurgiczną płaszczyznę znieczulenia. Następnie nałóż maść na oczy i rozpocznij operację.
Najpierw ostrożnie ogol obszar uszny w stylu retro, aby zbliżyć się do bullah, wypełnionej powietrzem jamy ucha środkowego. Ustaw mysz na poduszce grzewczej po stronie operacyjnej za pomocą mikrokleszczy. Ostrożnie wypreparuj mięśnie szyi, a mianowicie platysmę, mostkowo-obojczykowo-sutkowy i pochyłe.
Teraz odsłoń bullę. Jest to kulista, kostna struktura z pierścieniem na powierzchni, na której znajduje się błona bębenkowa. Za pomocą igły do insuliny zrób otwór tuż pod pierścieniem od otworu.
Usuń kość pokrywającą pęcherz. Używaj cienkich Ronów i mikro kleszczyków, odsłaniając przy tym pro audytorium ślimaka. Następnie uruchom ślimak. Stomia.
Najpierw zgol torebkę kostną, nie naruszając błędnika błoniastego. Teraz otwórz małe okienko o średnicy od 500 do 800 mikronów przy drugim skręcie ślimaka, z dala od tętnicy stożkowatej i otworu wierzchołkowego. Wierzchołek może spowodować pęknięcie ślimaka i złamanie mięśni moczowych.
Przygotuj się do pomiaru optogenetycznych słuchowych odpowiedzi pnia mózgu lub OABR. Najpierw włóż elektrody igłowe w następujących miejscach pod małżowiną uszną, na wierzchołku i z tyłu w pobliżu nóg z elektrodami podłączonymi do wzmacniacza. Zwiększ potencjał różnicowy między igłami podskórnymi wierzchołka i wyrostka sutkowatego.
Pobieraj próbki z częstotliwością 50 kiloherców i filtruj odpowiedzi w zakresie od 1 do 10 000 Hz w celu stymulacji ślimaka trans. Zamontuj mikro diodę LED lub światłowód w połączeniu z mikro diodą LED chwytaną przez mechaniczny manipulator. Ostrożnie umieść go na miejscu.
Wizualizacja potencjału różnicowego na oscyloskopie. Umieść go w pobliżu zestawu nagrywania, aby łatwo było zoptymalizować położenie stymulatora optycznego. Korzystaj z uśredniania sygnału i przechowuj dane na komputerze do analizy w trybie offline.
Teraz zoptymalizuj położenie i orientację mikrodiody LED, reagując na impulsy prądu o długości od trzech do 10 milisekund z częstotliwością od jednego do pięciu herców. Inną opcją jest stymulacja laserowa za pomocą lasera o długości fali ciągłej o długości 473 nanometrów podłączonego do światłowodu o długości 250 mikrometrów. Wymaga to szybkiego, analogowego sterowania mocą lasera lub dowolnego urządzenia optycznego.
Za pomocą szybkiej migawki umieść włókno za pomocą mikromanipulatora bezpośrednio na stomii ślimaka i przymocuj je cementem dentystycznym w celu stymulacji wewnątrzślimakowej. Włóż światłowód przez okrągłe okienko do s Scala.Tempe. Zoptymalizuj położenie i orientację światłowodu, wywołując odpowiedzi za pomocą impulsów o długości od trzech do 10 milisekund o mocy od 10 do 30 miliwatów przy częstotliwości od jednego do pięciu herców.
Umiejscowienie stymulatora jest najbardziej krytycznym krokiem do protokołu. Mikro ED lub światłowód należy cierpliwie przenosić, aż OABR będzie widoczny. Po uzyskaniu dobrych reakcji optogenetycznych, słuchowych pnia mózgu, przymocuj włókno za pomocą kleju cyjanoakrylowego lub cementu dentystycznego.
W przypadku tego protokołu użyj ramki stereotaktycznej i przygotuj mysz, otwierając czaszkę nad dolną colusem. Za pomocą mikroskopu umieść sondę rejestrującą nad dolną colusem i włóż ją tak, aby najwyższy kanał był widoczny tylko na powierzchni. Teraz wzmocnij potencjał różnicowy między poszczególnymi kanałami matrycy nagrywającej a śrubą referencyjną i kością ciemieniową.
Użyj częstotliwości próbkowania 32 kiloherców, filtra dolnoprzepustowego 300 Hz i zapisz dane. Optymalna stomia ślimaka ma kluczowe znaczenie i zwiększa prawdopodobieństwo udanego eksperymentu. Oznacza to, że okienko jest regularne, małe i nie dochodzi do uszkodzenia wewnętrznych struktur ślimaka.
Na przykład krwawienie wskazuje na uszkodzenie STR ssis przy użyciu kanału Rodin dwóch transgenicznych myszy. Kanał Rodin drugi jest wyrażony w spiralnych neuronach gangowych w ślimaku niebieskie oświetlenie światłem za pomocą mikro diody LED lub lasera wywołuje duże optogenetyczne A BR, które różnią się od akustycznego A BR amplitudą i kształtem fali optogenetycznym. BR ma większe amplitudy niż akustyczny A BR optogenetyczny
.BR jest zatem bardziej porównywalny z elektrycznym A BR. Oba mogą rekrutować więcej spiralnych neuronów zwojowych lub wywoływać bardziej zsynchronizowaną aktywację neuronów spiralnych zwojów. Propagację aktywności przez szlak słuchowy zweryfikowano za pomocą zapisów zewnątrzkomórkowych w centralnym układzie słuchowym. Na przykład optogenetyczna stymulacja ślimaka wywołała aktywność neuronalną w słuchowym śródmózgowiu.
Stabilność mechaniczna i bezpieczne izolacje elektryczne stymulatorów micro LED, a także unikanie nadmiernego przepływu węgla są kluczowymi czynnikami skutecznego wykorzystania optogenetyki ślimaka. Próbując tego profesjonalisty, ważne jest, aby pamiętać, aby uniknąć uszkodzenia tętnicy dystrybucyjnej w Ebola. Raz zmasterowane nagrania z wzgórka dolnego można wykonać w około trzy godziny, jeśli zostaną wykonane prawidłowo.
Zgodnie z tą procedurą można wykonać metody takie jak zapisy pojedynczych jednostek w wzgórku dolnym. Optogenetyczna stymulacja szlaku słuchowego utoruje drogę naukowcom z zakresu neurobiologii słuchowej do zadawania pytań, na które wcześniej nie można było odpowiedzieć za pomocą stymulacji akustycznej lub elektrycznej. Mamy również nadzieję, że technika ta znajdzie zastosowanie w klinicznej rehabilitacji osób z wadami słuchu.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Niniejszy artykuł omawia zastosowanie stymulacji optogenetycznej nerwu słuchowego u myszy jako nowej metody w badaniach nad słuchem. Celem tej metody jest przełamanie ograniczeń implantów ślimakowych poprzez zapewnienie lepszej rozdzielczości częstotliwości i natężenia.
Stymulacja optogenetyczna nerwu słuchowego rozwiązuje kluczowe ograniczenie implantów ślimakowych — słabą rozdzielczość częstotliwości i natężenia wynikającą z szerokiego rozprzestrzeniania się prądu — umożliwiając przestrzennie ograniczoną aktywację neuronów zwoju spiralnego. Podejście to wspiera mechanistyczną redukcję ryzyka w neuronauce słuchu, pozwalając na precyzyjne badanie wzorców kodowania neuronalnego oraz wkładu konkretnych ścieżek w percepcję słuchową. W badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym dostarcza ono istotnego w kontekście chorób systemu do oceny zaangażowania celu i wyników funkcjonalnych w przedklinicznych modelach utraty słuchu, co zwiększa pewność prognostyczną w opracowywaniu terapii.
Metoda ta wpisuje się w kontinuum procesu odkrywania leków, od walidacji celu, poprzez identyfikację związku wiodącego, aż po ocenę przedkliniczną, oferując platformę do oceny zaangażowania szlaków słuchowych z precyzją komórkową.