Neste estudo, a metodologia é apresentada sobre como realizar gravações eletrofisiológicas in vivo multi-site a partir da via hiperdiretiva sob anestesia com uretano.
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Neste estudo, a metodologia é apresentada sobre como realizar gravações eletrofisiológicas in vivo multi-site a partir da via hiperdiretiva sob anestesia com uretano.
A evidência convergente mostra que muitas doenças neuropsiquiátricas devem ser entendidas como distúrbios das redes neuronais em grande escala. Para entender melhor a base fisiopatológica destas doenças, é necessário caracterizar com precisão de que maneira o processamento da informação é perturbado entre as diferentes partes neuronais do circuito. Usando gravações eletrofisiológicas extracelulares in vivo , é possível delinear com precisão a atividade neuronal dentro de uma rede neuronal. A aplicação deste método tem várias vantagens em relação a técnicas alternativas, por exemplo , ressonância magnética funcional e imagem de cálcio, pois permite uma resolução temporal e espacial única e não depende de organismos geneticamente modificados. No entanto, o uso de gravações extracelulares in vivo é limitado, pois é uma técnica invasiva que não pode ser universalmente aplicada. Neste artigo, um método simples e fácil de usar é apresentado wCom o qual é possível gravar simultaneamente potenciais extracelulares, como potenciais de campo locais e atividade multiunidade em vários sites de uma rede. É detalhado como uma segmentação precisa dos núcleos subcorticais pode ser alcançada usando uma combinação de cirurgia estereotáxica e análise on-line de gravações de várias unidades. Assim, é demonstrado, como uma rede completa, como o loop hiperligado de gânglios cortico basal, pode ser estudada em animais anestesiados in vivo .
A evidência cumulativa recente sobre diferentes distúrbios neuropsiquiátricos, como a doença de Parkinson (PD) e esquizofrenia, sugere fortemente que sua fisiopatologia é baseada em uma disfunção crítica de circuitos neuronais estendidos que geralmente envolvem estruturas corticais e subcorticais 1 , 2 , 3 . De acordo com esta teoria, as manifestações clínicas das doenças surgem como conseqüência de uma capacidade de processamento da informação prejudicada de uma rede de células em vez de células únicas ou elementos neuronais específicos 1 , 2 , 3 . A fim de melhorar a compreensão deste complexo grupo de doenças neuropsiquiátricas e encontrar novas opções de tratamento, é obrigatório caracterizar a dinâmica neuronal dessas redes desordenadas em pacientes humanos e modelos animais em grande detalhe. Um excelO método para estudar redes em larga escala em indivíduos vivos é o registro multidisciplinar de potenciais extracelulares 4 . Usando esse método, é possível avaliar simultaneamente potenciais de campo locais (LFPs), que representam principalmente a soma temporal de correntes pós-sinápticas excitatórias e inibitórias e atividade multi-unidade (MUA), que é gerada por potenciais pré-sinápticos 5 . A gravação de potenciais extracelulares tem várias vantagens em relação aos métodos alternativos para estudar redes, por exemplo , imagens de ressonância magnética funcional e imagens de cálcio, porque proporciona uma maior resolução temporal e espacial e não depende de organismos geneticamente modificados 5 . No entanto, o uso de gravações extracelulares in vivo é limitado, pois é uma técnica invasiva que não pode ser universalmente aplicada.
Rec. Eletrofisiológica in vivoAs ordens podem ser realizadas tanto em animais acordados quanto em animais anestesiados 6 . Ambos os métodos são acompanhados por prós e contras específicos. Estudos em animais acordados permitem a gravação de sinais cerebrais durante o desempenho de tarefas comportamentais definidas, mas são propensos a movimentos relacionados e outros artefatos 7 , 8 . As gravações em animais anestesiados, por outro lado, oferecem a oportunidade de avaliar LFPs e MUA com um mínimo de artefatos em estados de sincronização cortical altamente definidos, mas os resultados também diferem em certa medida para o que pode ser encontrado em indivíduos acordados 9 , 10 , 11 .
Nos últimos anos, foi demonstrado que a amostragem de LFPs é especialmente útil para delinear mudanças patológicas da atividade da rede. Um exemplo proeminente disso é a pesquisa sobre a fisiopatologia da PD em paciente humanoS e modelos animais da doença, onde poderia ser demonstrado que as oscilações beta aprimoradas no circuito dos gânglios cortico basal estão ligadas a sintomas motores parkinsonianos 12,13. Como conseqüência dessa linha de pesquisa, atualmente é investigado se as oscilações beta poderiam ser usadas como um biomarcador de feedback online para estimulação cerebral profunda em circuito fechado 14 , 15 .
No presente estudo, fornece-se uma descrição detalhada das gravações eletrofisiológicas multi-site agudas de LFPs e MUA em ratos anestesiados com uretano. Está demonstrado como uma rede completa, como a via ganglionar cortico-basal hiperdirecional, pode ser caracterizada eletrofisiologicamente usando eletrodos padrão e personalizados e como esses eletrodos podem ser construídos. É especialmente enfatizado como uma segmentação precisa dos núcleos dos gânglios basais pode ser alcançada por coMbining cirurgia estereotáxica, juntamente com o registro on-line de MUAs.
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Os procedimentos experimentais foram conduzidos de acordo com a Lei alemã de bem-estar animal (última revisão em 2014) e regulamentos europeus (2010/63 / UE). As experiências foram aprovadas pela autoridade local de bem-estar animal (LaGeSo, Berlim), e em conformidade com o departamento local e diretrizes internacionais.
NOTA: No método apresentado, dois modelos de eletrodos são usados para registrar a partir da via ganglionar cortico-basal hiperdirecional que conecta o córtex motor primário (M1) com o núcleo subtalâmico (STN) e a substância nigra pars reticulada (SNr). Para as gravações de eletrocorticograma peridural (ECoG) dos eletrodos Ag / AgCl personalizados de baixa impedância M1, são usados. As gravações da STN e SNr são realizadas com eletrodos de tungstênio de alta impedância comercialmente disponíveis.
1. Construção de eletrodos epidurais Epidural Ag / AgCl
2. Afixando os eletrodos a um suporte estereotáxico
NOTA: Para gravar MUA e LFPs ao mesmo tempo, use eletrodos de microondas de tungstênio com uma impedância de 1,5 MΩ. Se o foco das gravações estiverem em gravações de alta qualidade de unidades únicas, escolha eletrodos de microwire com uma impedância maior (> 5 MΩ). Se o objetivo do estudo for direcionado exclusivamente para LFPs, os eletrodos com impedâncias mais baixas podem ser aceitáveis. Para pequenas estruturas, para as quais os ajustes estereotáxicos dorsoventrais são freqüentemente necessários, use pares de eletrodos com uma separação adequada da ponta dorsoventral (neste caso, 250 μm). Além disso, isso proporciona a vantagem de um eletrodo de referência mais local, se necessário. As coordenadas estereotáxicas são sempre medidas a partir do eletrodo mais baixo e umaÉ calculado em referência ao bregma.
3. Cirurgia
4. Mapeamento eletrofisiológico e gravações
NOTA: Para esta etapa, é necessária uma gaiola Faraday e um sistema de gravação eletrofisiológica multicanal com software de gravação capaz de filtrar on-line e classificar por linha. De preferência, use um sistema que funcione com um pré-amplificador posicionado perto da cabeça dos animais para manter o ruído elétrico e os artefatos no mínimo absoluto. Além dos eletrodos de microondas de tungstênio, pelo menos um eletrodo epidural e um eletrodo de referência são necessários para realizar gravações da via hiperdiretária. Recomenda-se inserir epidural e referenciarE eletrodos em par, sem que eles se toquem, isso ajuda em caso de mau funcionamento e permite diferentes tipos de referência na análise de dados.
5. Fim da experiência
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Com os eletrodos de gravação aqui utilizados, é possível amostrar LFPs do córtex motor primário, o núcleo subtalâmico e a substância nigra pars reticulata e MUA da STN e SNr. Inicialmente, LFPs e atividade de várias unidades são gravadas em conjunto em um sinal de banda larga. Posteriormente, LFPs e MUAs são separados por filtros de passagem de banda (0,05-250 Hz para LFPs e 300-4,000 Hz para MUA).
Para a segmentação correta d...
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No presente estudo, o método é demonstrado como gravar sinais eletrofisiológicos extracelulares simultaneamente a partir de múltiplos locais de uma determinada rede utilizando o exemplo da via de ganglios cortico-basal hiperdirectos que conecta o M1 com STN e SNr em roedores.
Um passo crítico na gravação de pequenas estruturas subcorticais, como a STN, é a inserção guiada com precisão dos eletrodos de gravação no alvo. No método apresentado, cuidar de duas etapas cruciais assegura uma alta p...
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Os autores não têm nada a revelar.
Agradecemos a Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), KFO 247, por financiar nosso estudo.
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| Nome | Empresa | Número de catálogo | Comentários |
|---|---|---|---|
| Eletrodos epidurais personalizados Ag/AgCl | Goodfellow GmbH D-61213 Bad Nauheim, Alemanha info@goodfellow.com | fio de prata 99,99% | permitirão melhor qualidade de sinal, mas só podem ser usados em experimentos agudos. Possível substituição: Eletrodos de aço inoxidável |
| Suporte estereotáxico com bloco de acrílico | David Kopf Instruments, 7324 Elmo Street, Tujunga, CA 91042, EUA | ID do produto Modelo 1770 Suporte de eletrodo padrão | Certifique-se de que o bloco de acrílico tenha reentrâncias que se adequem à configuração do eletrodo para o alvo desejado. Os blocos de acrílico podem ser facilmente modificados com um arquivo para obter a configuração desejada. Possível substituição: Suportes de eletrodos autoconstruídos |
| Eletrodos de microfios de tungstênio 1.5 MΩ impedância | Microprobes.com 18247-D Flower Hill Way Gaithersburg, Maryland, 20879 EUA | ID do produto WE3ST31.5A5-250um | O 1.5 MΩ é necessário para gravar MUA e LFP ao mesmo tempo. Possível substituição: Microeletrodos de diferentes materiais podem ser usados. Os eletrodos devem ser retos, robustos e o mais finos possível. |
| Ferramenta de alinhamento de ratos | David Kopf Instruments, 7324 Elmo Street, Tujunga, CA 91042, EUA | ID do produto Modelo 944 Ferramenta de alinhamento de ratos | Permite a orientação exata do cérebro para corresponder aos atlas estereotáxicos. Possível substituição: Suporte estereotáxico com cânula |
| Acrílico odontológico de dois componentes | Associated Dental Products Ltd. Kemdent Works, Purton, Swindon Wiltshire, SN5 4HT, Reino Unido | Simplex Rapid Powder Clear 225g, Código do produto: ACR803; Simplex Rapid Liquid 150ml, Código do produto: ACR920 | Dependendo dos eletrodos usados, a supercola pode ser uma alternativa fácil, se os eletrodos forem pequenos e leves. Possível substituição: Supercola (à base de cianacrilato) |
| Gaiola de Faraday | Autoconstrução | Uma gaiola de Faraday adequada será a melhor proteção contra artefatos eletromagnéticos, mas tudo o que pode ser moldado em forma de caixa ou aplicado a uma estrutura e é feito de material condutor pode ajudar. Possível substituição: Folha de alumínio ou malha de cobre | |
| Configuração eletrofisiológica com software de gravação e recursos de classificação de picos on-line | OmniPlex® Sistema de Aquisição de Dados Neurais Plexon Inc 6500 Greenville Avenue, Suite 700 Dallas, Texas 75206 EUA | O software de classificação offline é uma alternativa potencial, vários scripts e softwares podem ser encontrados gratuitamente na comunidade de código aberto. |
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