Jednoczesna rejestracja kolokalizowanej elektroencefalografii i lokalnego potencjału pola u gryzoni
30 listopada 2017
Ten protokół opisuje prostą metodę jednoczesnego rejestrowania kolokalizowanej elektroencefalografii (EEG) i wielolaminarnego potencjału pola lokalnego u znieczulonego szczura. Wykazano, że otwór w czaszce wywiercony w czaszce w celu wprowadzenia mikroelektrody powoduje znikome zniekształcenia sygnału EEG.
Ogólnym celem tej metodologii jest jednoczesne rejestrowanie kolokalizowanej elektroencefalografii i potencjału pola lokalnego u znieczulonego szczura. Aby rozpocząć tę procedurę, zapisz wagę szczura na wadze laboratoryjnej. Znieczulić szczura w komorze izofluranowej.
Następnie umieść go na uchwycie stereotaktycznym, z ręcznikiem papierowym pod ciałem i oprzyj zęby na drążku do gryzienia. Następnie podawać izofluran w sposób ciągły przez twardy, plastikowy stożek nosowy zamontowany na zacisku nosowym. Podłączyć stożek do systemu znieczulającego izofluranem dla małych zwierząt.
Następnie włóż termostatyczną poduszkę grzewczą pod ręcznik papierowy, na którym spoczywa szczur, a następnie zabezpiecz głowę szczura dwoma nausznikami. Monitoruj temperaturę ciała za pomocą termometru doodbytniczego. Teraz ogol czubek głowy zwierzęcia.
Następnie nałóż maść okulistyczną na oczy, aby zapobiec wysuszeniu rogówki. Przed odsłonięciem czaszki nałóż krople lidokainy na skórę głowy i delikatnie wmasuj je w skórę. Następnie wykonaj nacięcie w linii środkowej o długości około dwóch do trzech centymetrów na skórze głowy za pomocą skalpela, aby odsłonić czaszkę.
Ostrożnie oddziel mięsień skroniowy, przeciwległy do opuszki wąsa, który ma być stymulowany od czaszki za pomocą skalera płaszczowego i pary ząbkowanych, zakrzywionych kleszczy preparacyjnych. W razie potrzeby wyczyść czaszkę bawełnianymi wacikami. Za pomocą plecionego, jedwabnego, niewchłanialnego szwu przywiąż oddzielony mięsień do skóry głowy za pomocą ciasnego węzła, a następnie bezpiecznie przywiąż szew do ramy stereotaktycznej.
Następnie użyj współrzędnych stereotaktycznych, aby zlokalizować korę beczkowatą, która ma dwa punkty pięć milimetrów ogonowych do bregma i sześć milimetrów bocznych do linii środkowej. Następnie narysuj kropkę w miejscu kory somatosensorycznej za pomocą cienkiej końcówki, markera permanentnego. Wywierć otwór o średnicy mniejszej niż dwa milimetry w czaszce.
Uważaj, aby nie wiercić w oponie twardej. Rozcieńczyć dno otworu, aby uzyskać przezroczystość. Aby zapobiec przegrzaniu czaszki podczas wiercenia, należy co 10 do 15 sekund nakładać sterylną sól fizjologiczną na obszar roboczy.
Następnie użyj igły o rozmiarze 27, aby przebić oponę twardą, aby umożliwić wprowadzenie mikroelektrody. Następnie przenieś ramkę stereotaktyczną ze szczurem do klatki Faradaya zamontowanej na górze stacji roboczej z izolacją drgań. Przymocuj zacisk czujnika pulsoksymetru, podłączony do jednostki sterującej pulsoksymetru, do tylnej łapy szczura, aby w sposób ciągły monitorować parametry fizjologiczne.
Następnie należy wymienić twardy, plastikowy stożek nosowy i zacisk nosowy na odpowietrznik Micro Flex wyposażony w przezroczysty miękki stożek nosowy, aby umożliwić łatwą stymulację wąsów po jednej stronie opuszki wąsów bez uszczerbku dla podawania izofluranu. Następnie włóż dwie elektrody stymulujące ze stali nierdzewnej do podkładki wąsów odsłoniętej przez wycięcie w stożku nosowym. Następnie podłącz elektrody stymulujące do izolowanego stymulatora prądu.
Następnie podnieś skórę linii środkowej szyi za pomocą kleszczy i wykonaj nożyczkami jedno- lub dwucentymetrowe nacięcie, gotowe do umieszczenia elektrod referencyjnych. W tej procedurze oczyść i osusz czaszkę otaczającą otwór zadziorowy za pomocą bawełnianego wacika. Ostrożnie nałóż przewodzącą pastę EEG na płaską stronę elektrody pająka EEG.
Pozostaw mały otwór z dala od pasty EEG na elektrodzie pająka, aby umożliwić przejście mikroelektrody wielopłytkowej przez otwór bez kontaktu z pastą i elektrodą pająka. Wyrównaj elektrodę pająka z otworem w czaszce z pastą EEG skierowaną w stronę czaszki. Ostrożnie dociśnij elektrodę pająka do czaszki, mocno dotykając czaszki za pomocą pasty EEG.
Za pomocą igły na strzykawce usunąć wszelką pastę zasłaniającą otwór zadzioru i usunąć nadmiar pasty EEG poza obwód elektrody pająka, tak aby kontakt między elektrodą pająka a czaszką był ograniczony przestrzennie do rozmiaru elektrody. Następnie rozsmaruj pastę EEG na elektrodzie referencyjnej EEG i umieść ją bezpiecznie w nacięciu z tyłu szyi szczura. Następnie podłącz elektrody EEG do przedwzmacniacza za pomocą pasywnego rozdzielacza sygnału dla sygnałów o niskiej impedancji.
Na tym etapie sprawdź rezystancję sondy EEG, aby upewnić się, że jest poniżej pięciu kiloomów. Jeśli nie, dodaj więcej pasty EEG i upewnij się, że elektroda pająka ma dobry kontakt z czaszką. Następnie zamontuj ramię mikromanipulatora na ramie stereotaktycznej.
Podłącz liniową 16-kanałową mikroelektrodę do 16-kanałowego ostrego stopnia głowicy, bezpiecznie przypiętą do ramienia mikromanipulatora. Następnie rozsmaruj pastę EEG na elektrodzie referencyjnej dla mikroelektrody, a następnie umieść ją bezpiecznie w nacięciu, obok elektrody referencyjnej dla EEG. Wyreguluj kąt ramienia mikromanipulatora tak, aby mikroelektroda była prostopadła do powierzchni kory mózgowej.
Teraz opuść mikroelektrodę pod mikroskopem, tak aby końcówka mikroelektrody była skierowana na maleńki otwór na dnie otworu zadziorowego, aż górna elektroda po prostu wniknie w powierzchnię kory. Należy uważać, aby nie wciskać mikroelektrody na powierzchnię opony twardej, ponieważ mogłoby to spowodować uszkodzenie elektrody. Wprowadzić mikroelektrodę do powierzchni kory mózgowej na głębokości 1 500 mikrometrów.
Mikroregulacja głębokości poprzez zastosowanie ciągu bodźców do podkładki wąsów i obserwację 16-kanałowego LFP wywołanego na monitorze komputera. Ostrożnie obracaj pokrętłem osi z na mikromanipulatorze, aż wystąpi najwyższa amplituda wywoływanego LFP, ponieważ zbiega się to z warstwą czwartą w korze mózgowej. Rysunek ten pokazuje, że ERP zarejestrowany przez sondę EEG jest o rząd wielkości mniejszy niż LFP zarejestrowany przez mikroelektrodę w warstwie nadziarnistej kory beczkowej.
Profil czasowy ERP jest podobny do profilu LFP w warstwie suprakrynarnej, gdy jest znormalizowany do negatywnego wglądu i nałożony. Jednak opóźnienia wglądu w ERP są dłuższe niż odpowiadające im opóźnienia wglądu w LFP. Z drugiej strony, profil czasowy ERP znacznie różni się od profilu warstwy granulowanej LFP.
Co ważne, nie są to swoje lustrzane odbicia z ziarnistym LFP zdominowanym przez pojedynczy negatywny rzut oka. Natomiast ERP składa się przede wszystkim z dwóch spojrzeń o przeciwnej polaryzacji. Wreszcie, sygnały EEG zebrane wokół otworu w czaszce nie różnią się znacząco od zapisów EEG z nienaruszonej czaszki.
Po opanowaniu tej techniki można ją wykonać w ciągu godziny, jeśli zostanie wykonana prawidłowo. Po jej opracowaniu, technika ta utorowała drogę naukowcom zajmującym się EEG i neuronauką obliczeniową do zbadania neurogenezy sensorycznych potencjałów wywołanych. W ten sposób zapewniono ograniczenia dla matematycznego modelowania ERP.
Po obejrzeniu tego filmu powinieneś dobrze zrozumieć, jak jednocześnie rejestrować kolokowane EEG i LFP.
Przegląd
Ten protokół opisuje metodę jednoczesnego rejestrowania elektroencefalografii (EEG) i wielowarstwowych potencjałów pola lokalnego (LFP) u znieczulonych szczurów. Technika ta zapewnia wgląd w związek między sygnałami EEG i LFP w korze beczkowatej, jednocześnie minimalizując zniekształcenie sygnału EEG spowodowane inwazyjną procedurą.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauki
- Elektrofizjologia
- Modele eksperymentalne
Tło
- Elektroencefalografia (EEG) dostarcza cennych informacji na temat aktywności mózgu.
- Potencjały pola lokalnego (LFP) odzwierciedlają aktywność synaptyczną w warstwach kory.
- Celem badania jest jednoczesne rejestrowanie tych sygnałów in vivo.
Cel badania
- Opracowanie techniki rejestrowania zlokalizowanych współcześnie sygnałów EEG i LFP.
- Zbadanie wpływu procedur chirurgicznych na integralność sygnału EEG.
Stosowane metody
- Metoda obejmuje operację i umieszczenie elektrod u znieczulonych szczurów.
- Modelem jest znieczulony szczur, skupiając się szczególnie na korze beczkowatej.
- Proces obejmuje wiercenie otworu na wiertło dla włożenia elektrody.
- Kluczowe kroki obejmują monitorowanie temperatury i ostrożne ustawianie elektrod.
Główne wyniki
- Wyniki wskazują, że zniekształcenie sygnału EEG spowodowane otworem na wiertło jest znikome.
- Rejestrowane LFP są o rząd wielkości większe niż ERP z EEG.
- Badanie potwierdza związek między profilami czasowymi EEG i LFP.
Wnioski
- To badanie demonstruje niezawodną metodę jednoczesnego rejestrowania EEG i LFP.
- Wyniki dostarczają wglądu w interakcje sygnałów korowych i wpływają na przyszłe badania dotyczące neurofizjologicznych rejestracji.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Concurrent EEG and LFP recording enables mechanistic de-risking in target validation by linking macroscopic brain signals to microcircuit activity. This approach improves predictive confidence in preclinical models of neurological disorders by clarifying the neurophysiological origins of EEG biomarkers. It supports translational biomarker development through cross-scale signal correlation in disease-relevant systems.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses by correlating EEG biomarkers with layer-specific LFP activity in cortical circuits.
- Operational Value: Enables biological de-risking of targets through direct measurement of synaptic activity underlying non-invasive EEG readouts.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by validating target engagement via co-localized electrophysiological signatures.
Screening & Assay Development
- Scientific Value: Prepares validated neural systems for assay standardization by establishing baseline EEG-LFP relationships.
- Operational Value: Enhances assay reproducibility through co-localized signal validation and minimal surgical artifact.
- Scalability: Supports platform reuse across studies via standardized burr hole and electrode placement procedures.
Translational & Preclinical Research
- Translational Continuity: Aligns EEG biomarkers with laminar LFP activity to improve disease model relevance.
- Mechanistic De-risking: Clarifies whether EEG changes reflect superficial or deep cortical processing in preclinical models.
- Risk-Adjusted Advancement: Informs go/no-go decisions by distinguishing signal origins in cortical layers.
Pipeline & Workflow Integration
This method bridges early discovery and preclinical validation by linking non-invasive EEG readouts to invasive LFP measurements in rodent models of cortical function.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by correlating EEG signals with microcircuit activity in specific cortical layers.
- Screening: Enables assay readiness through validated, reproducible EEG-LFP co-registration in anesthetized rodents.
- Analytics: Provides quantitative dependent variable measurements (EEG amplitude, LFP amplitude, peak latency) for cross-condition comparison.
- Translational Research: Connects EEG biomarkers to laminar-specific neural activity, supporting preclinical validation of network-level targets.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable capability for cross-project EEG-LFP correlation in sensory and cognitive neuroscience programs.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Predictive confidence in target validation through mechanistic insight into EEG signal generation.
- Operational Value: Standardization and reproducibility via minimized burr hole impact and validated electrode placement.
- Strategic Value: Improved go/no-go decisions by reducing mechanistic ambiguity in EEG biomarker interpretation.
- Portfolio Impact: Risk-adjusted prioritization based on validated cortical origin of EEG signals.
Implementation Considerations
- Required expertise in rodent stereotaxic surgery and electrophysiological recording.
- Instrumentation needs include micromanipulator, multi-channel headstage, and EEG preamplifier.
- Cross-team standardization requires consistent burr hole size (<2mm) and electrode depth calibration.
- Adaptation considerations include adjusting coordinates for non-barrel cortical targets.
- Practical limitation: Invasive nature may limit longitudinal studies in the same animal.
