Ocena lateralizacji półkuli z obustronnym zapisem potencjału pola lokalnego w wtórnej korze ruchowej myszy
31 lipca 2019
Prezentujemy in vivo elektrofizjologiczny zapis potencjału pola lokalnego (LFP) w obustronnej wtórnej korze ruchowej (M2) myszy, który może być zastosowany do oceny lateralizacji półkuli. Badanie wykazało zmienione poziomy synchronizacji między lewym i prawym M2 u myszy APP/PS1 w porównaniu z kontrolami WT.
Technika ta może być wykorzystana do przeglądu niektórych podstawowych właściwości elektrofizjologii międzyregionalnej dla lateralizacji półkuli, a także łączności, kierunkowości i sprzężenia. Pomiar elektrofizjologiczny jest czułą i skuteczną metodą oceny aktywności neuronalnej u zwierząt. Protokół ten zapewnia lepszy sposób na podparcie synchronizacji sygnałów elektrycznych.
Zrozumienie mechanizmu leżącego u podstaw możliwej zmienionej lateralizacji mózgu w patogenezie choroby Alzheimera może dostarczyć nowych informacji na temat potencjalnych biomarkerów w leczeniu choroby Alzheimera. Przed zabiegiem potwierdź głębokość znieczulenia myszy, wykonując szczypanie ogona lub palca u nogi kleszczami. Następnie umieść mysz w aparacie stereotaktycznym i zamocuj jej głowę.
Nałóż maść na oba oczy, aby były wilgotne. Następnie ogol głowę i wysterylizuj obszar. Wykonaj małe nacięcie od 12 do 15 milimetrów w środku ogolonego obszaru.
Za pomocą kleszczy delikatnie odciągnij skórę głowy od linii środkowej. Następnie delikatnie oddziel skórę i usuń pozostałą tkankę. Oczyść czaszkę za pomocą patyczków kosmetycznych pokrytych nadtlenkiem wodoru.
Pod mikroskopem stereoskopowym wywierć dwa małe otwory o promieniu od jednego do 1,5 milimetra po lewej i prawej stronie czaszki, aby umożliwić wprowadzenie mikroelektrod rejestrujących do obszarów M2. Ostrożnie usuń oponę twardą za pomocą igły wolframowej. Następnie należy wprowadzić do otworów dwie oddzielne mikroelektrody rejestrujące, wypełnione 0,5 molowym chlorkiem sodu, pod kątem 60 stopni, za pomocą mikromanipulatorów mechanicznych.
W przypadku nagrywania LFP powoli opuść lewą i prawą szklaną elektrodę do współrzędnych M2. W celu kontroli jakości przetestuj rezystancję każdej elektrody za pomocą wzmacniacza różnicowego. Następnie ustaw proces nagrywania na górnoprzepustowy 0,1 herca i dolnoprzepustowy 1000 Hz z 1000-krotnym wzmocnieniem.
Zbierz zdigitalizowane surowe dane LFP w stabilnym stanie, przez co najmniej 60 sekund, przy czym mysz oddycha równomiernie z prędkością dwóch oddechów na sekundę, pod narkozą. Po nagraniu powoli podnieś elektrody z mózgu. Zapisz dane i analizuj je w trybie offline za pomocą oprogramowania do analizy.
Aby przeprowadzić analizę korelacji krzyżowej, w oprogramowaniu do analizy kliknij analizę, a następnie korelację przebiegu i zaimportuj dane. Następnie przypisz jeden sygnał kanału falowego jako pierwszy kanał, a drugi jako odniesienie. Ustaw szerokość jako dwa, a odsunięcie jako jeden.
Następnie ustaw czas trwania obu LFP na 100 sekund, wybierając czas rozpoczęcia i czas zakończenia. Następnie naciśnij przycisk procesu, aby przeprowadzić analizę korelacji krzyżowej. Kliknij filet, eksportuj jako, a następnie zapisz wyniki korelacji krzyżowej odpowiadające wynikowemu wykresowi podręcznemu w formacie tekstowym.
Następnie usuń wartości korelacji w opóźnieniach czasowych w zakresie zero plus i minus 01 sekundy, a następnie zajmij się resztą danych korelacji krzyżowej. Aby przeprowadzić analizę spójności, uruchom dane w oprogramowaniu do analizy. Następnie ułóż dwa sygnały LFP jako pierwszy i drugi kanał falowy, a następnie ustaw wartość rozmiaru bloku na 4096.
Rozmiar bloku oznacza liczbę punktów danych używanych w pierwszym do rzeczywistej transformacji. Im większy rozmiar bloku, tym lepsza rozdzielczość częstotliwości. Przesuń przerywane linie ręcznie, aby upewnić się, że dokładność czasu dla sygnałów w obu kanałach jest ustawiana na ten sam okres.
Naciśnij przycisk dodawania obszaru, aby załadować obszar i przeprowadzić analizę spójności. Następnie kliknij plik i zapisz jako, aby zapisać wyniki spójności odpowiadające wynikowemu wykresowi wyskakującemu w formacie tekstowym. Aby sprawdzić, czy wczesna patologia choroby Alzheimera upośledza zdolność lateralizacji półkuli, zewnątrzkomórkowe LFP zarejestrowano w lewym i prawym M2 myszy APP / PS1 i kontrolnych typu dzikiego, a także przeanalizowano ich korelację krzyżową.
U myszy typu dzikiego wyniki wykazały, że średnia korelacja między lewym i prawym LFP przy dodatnich opóźnieniach czasowych różniła się znacznie od tej przy ujemnych opóźnieniach czasowych, co sugeruje istnienie asymetrii półkul w obszarach M2 kontroli typu dzikiego. Dla porównania, lewe i prawe LFP myszy APP / PS1 wykazywały wyższą synchronizację w dziedzinie czasu, co sugeruje zmniejszenie asymetrii między lewym i prawym M2. Oscylacje gamma zostały następnie odfiltrowane z LFP i przeprowadzono analizę koherencji w celu zmierzenia podobieństwa sygnałów elektrycznych w zakresie częstotliwości gamma. Wynik pokazał, że koherencja gamma między lewym i prawym M2 u myszy APP / PS1 była znacznie wyższa niż u myszy typu dzikiego, co wskazuje na wyższą synchronizację, a w konsekwencji zmniejszyła lateralizację między lewym i prawym M2 u myszy APP / PS1.
Uretan jest toksyczny i rakotwórczy, dlatego zawsze należy zachować ostrożność i przestrzegać przepisów bezpieczeństwa podczas obchodzenia się z nim. Bardzo ważne jest, aby co godzinę testować głębokość znieczulenia, aby zapewnić stabilne rejestrowanie LFP. Proces rejestracji i analizy może być zastosowany do innych ścieżek mózgowych, szczególnie w laboratoriach, które nie mają systemów do wielokanałowej rejestracji u swobodnie poruszających się zwierząt.
Wyświetl pełny transkrypt i uzyskaj dostęp do tysięcy filmów naukowych
Przegląd
To badanie prezentuje zapisy elektrofizjologiczne in vivo potencjałów pola lokalnego (LFP) w dwustronnej wtórowej korze ruchowej (M2) u myszy, koncentrując się na bocznej asymetrii półkul. Badanie śledzi różnice w synchronizacji między myszami APP/PS1 a kontrolami dzikiego typu (WT), ujawniając zmienioną boczną asymetrię mózgu, potencjalnie związaną z chorobą Alzheimera.
Kluczowe elementy badania
Obszar nauki
- Neuronauki
- Elektrofizjologia
- Badania nad chorobą Alzheimera
Tło
- Potencjały pola lokalnego (LFPs) są niezbędne do oceny aktywności neuronowej.
- Synchronizacja jest ważna dla zrozumienia bocznej asymetrii półkul.
- Choroba Alzheimera może zmienić mechanizmy bocznej asymetrii mózgu.
- Badanie wykorzystuje model myszy (APP/PS1) do zbadania tych zmian.
Cel badania
- Ocenić poziomy synchronizacji między lewym i prawym M2 u myszy APP/PS1.
- Zbadać wpływ patologii Alzheimera na boczną asymetrię półkul.
- Zidentyfikować potencjalne biomarkery dla terapii choroby Alzheimera poprzez wskaźniki elektrofizjologiczne.
Zastosowane metody
- In vivo rejestrowanie elektrofizjologiczne LFPs w obszarach M2 u myszy.
- Myszy APP/PS1 i kontrole dzikiego typu zostały użyte do oceny efektów bocznej asymetrii.
- Przeprowadzono analizy koherencji i współkorelacji na zarejestrowanych danych LFP.
- Umieszczenie elektrod, kontrola jakości i zbieranie danych zostały szczegółowo opisane w protokołach.
- Metody obejmowały filtrowanie wysoko- i niskoprzekazowe oraz wzmacnianie sygnałów do analizy.
Główne wyniki
- Współkorelację wskazano, że myszy dzikiego typu wykazywały znaczącą asymetrię w LFPs, w przeciwieństwie do myszy APP/PS1, które wykazywały zwiększoną synchronizację.
- Wyniki wskazały na wyższą koherencje gamma u myszy APP/PS1, sugerując zmniejszoną boczną asymetrię.
- Zmiany elektrofizjologiczne mogą być powiązane z mechanizmami leżącymi u podstaw patologii choroby Alzheimera.
Wnioski
- Badanie pokazuje, że zmieniona synchronizacja w M2 może służyć jako wskaźnik patologii Alzheimera.
- Wgląd może przyczynić się do zrozumienia mechanizmów neuronowych związanych z boczną asymetrią półkul i chorobą Alzheimera.
- To badanie podkreśla znaczenie pomiarów elektrofizjologicznych w badaniu modeli chorobowych.
Często zadawane pytania
Executive Industry Relevance
Assessing hemispheric lateralization via bilateral LFP recording provides a quantitative electrophysiological readout for evaluating neural circuit symmetry in preclinical models. This approach supports target validation by linking neurophysiological asymmetry to disease-related phenotypes, offering mechanistic de-risking for CNS therapeutic hypotheses. The method enables early detection of network-level alterations that may precede cognitive decline, enhancing predictive confidence in Alzheimer's disease models.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Interrogates therapeutic hypotheses by measuring interhemispheric synchronization as a functional readout of cortical network integrity.
- Operational Value: Enables biological de-risking through direct comparison of lateralization phenotypes between disease models and wild-type controls.
- Predictive Value: Supports portfolio triage by identifying electrophysiological biomarkers that correlate with pathological progression in APP/PS1 mice.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Produces standardized, quantifiable LFP synchronization and coherence metrics suitable for high-fidelity longitudinal tracking.
- Scalability: Protocol flexibility allows application across brain pathways, enabling multi-target screening in neuronal circuit studies.
- Reproducibility: Defined electrode placement, filtering parameters, and analysis windows support cross-lab consistency in electrophysiological phenotyping.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Captures early network dysfunction in APP/PS1 mice, aligning with altered brain lateralization observed in aging and preclinical Alzheimer's.
- Translational Continuity: Links electrophysiological asymmetry to potential biomarkers, supporting bridge from discovery to preclinical validation.
- Risk-Adjusted Advancement: Enables go/no-go decisions based on normalization of lateralization metrics following therapeutic intervention.
Pipeline & Workflow Integration
The method fits within the discovery continuum from target engagement to lead optimization, providing electrophysiological phenotyping that informs mechanism-based compound screening.
- Discovery Biology: Supports hypothesis testing by quantifying hemispheric asymmetry as a readout of cortical circuit balance and connectivity.
- Screening: Delivers assay-ready, quantitative outputs (cross-correlation, gamma coherence) for evaluating compound effects on network synchronization.
- Analytics: Generates synchronized LFP metrics and coherence spectra that enable statistical comparison of neural coupling across experimental groups.
- Translational Research: Connects M2 lateralization changes to disease phenotype, supporting biomarker alignment in preclinical Alzheimer's models.
- Enterprise Reuse: Establishes a reusable electrophysiological platform for assessing lateralization in diverse CNS disease models beyond Alzheimer's.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Reduces mechanistic ambiguity by providing direct, real-time measures of interhemispheric cortical communication.
- Operational Value: Ensures standardization through precise surgical coordinates, electrode impedance testing, and defined signal processing parameters.
- Strategic Value: Improves capital efficiency by enabling early detection of network-level phenotypes, reducing failure risk in later-stage CNS programs.
- Portfolio Impact: Informs risk-adjusted prioritization via objective, biomarker-linked electrophysiological endpoints that reflect target engagement and circuit modulation.
Implementation Considerations
- Requires expertise in stereotaxic surgery, electrophysiology, and neural signal processing for accurate LFP acquisition and interpretation.
- Dependent on stable anesthesia maintenance (e.g., urethane) and electrode quality control to minimize signal drift and ensure recording fidelity.
- Necessitates cross-team standardization of surgical protocols, filtering settings (0.1 Hz HPF, 1000 Hz LPF), and analysis windows (100-second epochs) for reproducible results.
- Adaptation to other brain regions requires revalidation of electrode placement and confirmation of LFP signal integrity in target nuclei.
- Practical limitations include surgical invasiveness and inter-animal variability in electrode placement, which may affect signal amplitude and require cohort-wise normalization.
Biopharma FAQs
Chapters in this video
0:04
Title
0:56
Animal Surgery
2:18
LFP Recordings in Bilateral M2 of Mice
3:07
Cross-correlation Analysis
4:03
Coherence Analysis
4:55
Results: Cross-correlation and Coherence of Gamma Oscillations between Left and Right M2 of WT and APP/PS1 Mice
6:18
Conclusion
