В этом исследовании представлена методология проведения многофакторных электрофизиологических записей in vivo из гиперректального пути под уретановой анестезией.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
В этом исследовании представлена методология проведения многофакторных электрофизиологических записей in vivo из гиперректального пути под уретановой анестезией.
Сходящиеся данные свидетельствуют о том, что многие нейропсихиатрические болезни следует понимать как расстройства крупномасштабных нейронных сетей. Чтобы лучше понять патофизиологическую основу этих заболеваний, необходимо точно охарактеризовать, каким образом обработка информации нарушается между различными нейронными частями схемы. Используя внеклеточную электрофизиологическую запись in vivo , можно точно определить активность нейронов в нейронной сети. Применение этого метода имеет ряд преимуществ по сравнению с альтернативными методами, например , с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии и визуализации кальция, поскольку оно обеспечивает уникальное временное и пространственное разрешение и не зависит от генетически модифицированных организмов. Однако использование внеклеточных записей in vivo ограничено, поскольку оно является инвазивным методом, который нельзя применять повсеместно. В этой статье представлен простой и простой в использовании метод wС которой можно одновременно записывать внеклеточные потенциалы, такие как локальные потенциалы поля и многоуровневую активность на нескольких сайтах сети. Подробно, как можно добиться точного нацеливания подкорковых ядер с использованием комбинации стереотаксической хирургии и онлайн-анализа многоуровневых записей. Таким образом, показано, как полная сеть, такая как гиперректальная кортико-базальная ганглия-петля, может быть изучена у анестезированных животных in vivo .
Недавние кумулятивные данные о различных нейропсихиатрических расстройствах, таких как болезнь Паркинсона (ПД) и шизофрения, свидетельствуют о том, что их патофизиология основана на критической дисфункции удлиненных нейронных схем, которые часто включают корковые и подкорковые структуры 1 , 2 , 3 . Согласно этой теории, клинические проявления заболеваний возникают вследствие нарушения информационной способности обработки сети клеток вместо отдельных клеток или специфических нейронных элементов 1 , 2 , 3 . Чтобы улучшить понимание этой сложной группы нейропсихиатрических заболеваний и найти новые варианты лечения, очень важно охарактеризовать динамику нейронов этих неупорядоченных сетей у пациентов с людьми и на животных моделях. ПревосходныйМетод изучения крупномасштабных сетей у живых существ - многофазная электрофизиологическая запись внеклеточных потенциалов 4 . Используя этот метод, можно одновременно оценить локальные потенциалы поля (LFP), которые в первую очередь представляют временное суммирование возбуждающих и тормозных постсинаптических токов и многоузловой активности (MUA), которая генерируется пресинаптическими потенциалами 5 . Запись внеклеточных потенциалов имеет несколько преимуществ по сравнению с альтернативными методами изучения сетей, например , с помощью функциональной магнитно-резонансной томографии и визуализации кальция, поскольку она обеспечивает более высокое временное и пространственное разрешение и потому что она не зависит от генетически модифицированных организмов 5 . Однако использование внеклеточных записей in vivo ограничено, поскольку оно является инвазивным методом, который нельзя применять повсеместно.
Электрофизиологическое восстановление in vivoОрдинаты могут выполняться как на спине, так и на животных, подвергшихся анестезии 6 . Оба метода сопровождаются конкретными плюсами и минусами. Исследования на активных животных позволяют регистрировать сигналы мозга во время выполнения определенных поведенческих задач, но подвержены связанным с движением и другим артефактам 7 , 8 . С другой стороны, записи у анестезированных животных дают возможность оценить LFP и MUA с минимальными артефактами в сильно определенных состояниях кортикальной синхронизации, но результаты также в некоторой степени отличаются от того, что можно найти у бодрствующих предметов 9 , 10 , 11 .
В последние годы было продемонстрировано, что выборка LFP особенно полезна для определения патологических изменений сетевой активности. Важным примером этого является исследование патофизиологии ПД у пациентаС и на животных моделях заболевания, где можно было показать, что усиленные бета-колебания в контуре кортико-базальных ганглиев связаны с двигательными симптомами Паркинсона 12 , 13 . Как следствие этой линии исследований, в настоящее время исследуется, могут ли бета-колебания использоваться в качестве онлайн-биомаркера обратной связи для стимуляции глубокого мозга с закрытым контуром 14 , 15 .
В настоящем исследовании представлено подробное описание острой многофакторной электрофизиологической записи LFP и MUA in vivo у крыс, обезболивающих уретан. Показано, как полная сеть, такая как гипердиректный кортико-базальный ганглиевский путь, может быть охарактеризована электрофизиологически с использованием стандартных и настроенных электродов и как эти электроды могут быть построены. Особенно подчеркивается, как точное нацеливание ядер базальных ганглиев может быть достигнуто coMbining стереотаксическая хирургия вместе с онлайн-регистрацией MUA.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Экспериментальные процедуры проводились в соответствии с Законом Германии о благополучии животных (последний пересмотренный в 2014 году) и европейскими нормами (2010/63 / ЕС). Эксперименты были одобрены местным органом по охране животных (LaGeSo, Берлин) и соответствовали местным ведомствам и международным руководящим принципам.
ПРИМЕЧАНИЕ. В представленном методе две модели электродов используются для записи с гиперректального кортико-базального ганглиального пути, который соединяет первичный моторный кортик (M1) с субталамическим ядром (STN) и ретикуляцией субстрата nigra (SNr). Для эпидуральных электрокортикограмм (ECoG) используются записи из M1 изготовленных на заказ низкоомных электродов Ag / AgCl. Записи от STN и SNr выполняются с коммерчески доступными высокоимпедантными вольфрамовыми электродами.
1. Строительство эпидуральных электродов Эпидурального Ag / AgCl
2. Прикрепление электродов к стереотаксическому держателю
ПРИМЕЧАНИЕ. Для одновременной записи MUA и LFP используйте микроволновые электроды из вольфрама с импедансом 1,5 МОм. Если фокус записей выполнен на высококачественных записях отдельных единиц, выберите микропроводные электроды с более высоким импедансом (> 5 МОм). Если цель исследования направлена исключительно на LFP, электроды с более низкими импедансами могут быть приемлемыми. Для небольших структур, для которых часто необходимы дорсовентральные стереотаксические регулировки, используйте пары электродов с подходящим отделением дорсовентрального наконечника (в данном случае 250 мкм). Кроме того, это обеспечивает преимущество более локального электрода сравнения, если это необходимо. Стереотаксические координаты всегда измеряются от самого нижнего электрода иПересчитаны по отношению к бредге.
3. Хирургия
4. Электрофизиологическое картографирование и запись
ПРИМЕЧАНИЕ. Для этого шага необходима клетка Faraday и многоканальная электрофизиологическая система записи с программным обеспечением для записи, способным к онлайн-фильтрации и онлайн-сортировке спайков. Предпочтительно использовать систему, которая работает с предусилителем, расположенным рядом с головкой животных, чтобы сохранить электрический шум и артефакты до абсолютного минимума. Помимо электродов вольфрамового микропровода требуется, по крайней мере, один эпидуральный и один эталонный электрод для записи записей гиперректального пути. Рекомендуется вставить эпидураль и референсE электродов, не касаясь друг друга, это помогает в случае неисправности и позволяет использовать различные типы ссылок при анализе данных.
5. Конец эксперимента
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
При использовании здесь регистрирующих электродов можно производить выборку LFP из первичной моторной коры, субталамового ядра и ретикулата основного вещества и MUA из STN и SNr. Первоначально LFP и многоуровневая активность записываются вместе в широкополосном сигнале. После этого LFP и MUAs разделяются полосовыми фильтрами (0,05-250 Гц для LFP и 300-4000 Гц для MUA).
Для правильного нацеливания подкорковых ядер, особенно неб...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
В настоящем исследовании продемонстрирован способ регистрации внеклеточных электрофизиологических сигналов одновременно с нескольких сайтов данной сети с использованием примера гиперточечного кортико-базального ганглиозного пути, который соединяет M1 с STN и SNr у грызунов.
Критическим шагом при записи небольших подкорковых структур, таких как STN, является точно управляемая вставка записывающих электродов в мишень. В представленном методе выполнение двух важных шагов обеспечивает высокую то...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторам нечего раскрывать.
Мы благодарим Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), KFO 247, за финансирование нашего исследования.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| Специальные эпидуральные электроды Ag/AgCl | Goodfellow GmbH D-61213 Bad Nauheim, Германия info@goodfellow.com | 99,99% серебряной проволокой | позволит улучшить качество сигнала, но может использоваться только в острых экспериментах. Возможная замена: Электроды из нержавеющей стали |
| Стереотаксический держатель с акриловым блоком | David Kopf Instruments, 7324 Elmo Street, Tujunga, CA 91042, США | Артикул модели 1770 Стандартный держатель электродов | Убедитесь, что акриловый блок имеет углубления, которые соответствуют настройке электродов для желаемой цели. Акриловые блоки можно легко модифицировать с помощью файла для получения нужной конфигурации. Возможная замена: Самосконструированные держатели электродов |
| из вольфрамовой микропроволоки 1,5 MΩ импеданс | Microprobes.com 18247-D Flower Hill Way Гейтерсберг, Мэриленд, 20879 США | Идентификатор продукта WE3ST31.5A5-250um | 1.5 MΩ необходим для одновременной регистрации MUA и LFP. Возможная замена: Можно использовать микроэлектроды из разных материалов. Электроды должны быть прямыми, прочными и как можно тоньше. |
| Инструмент для выравнивания крыс | David Kopf Instruments, 7324 Elmo Street, Tujunga, CA 91042, США | Product ID Model 944 Инструмент для выравнивания крыс | Позволяет точно ориентировать мозг в соответствии со стереотаксическими атласами. Возможная замена: Стереотаксический держатель с канюлей |
| Двухкомпонентный стоматологический акриловый | Associated Dental Products Ltd. Kemdent Works, Purton, Swindon Wiltshire, SN5 4HT, United Kingdom | Simplex Rapid Powder Clear 225g, код товара: ACR803; Simplex Rapid Liquid 150 мл, Код товара: ACR920 | В зависимости от используемых электродов, суперклей может быть легкой альтернативой, если электроды маленькие и легкие. Возможная замена: Суперклей (на основе цианаакрилата) |
| Самостоятельная конструкция | клетки Фарадея | Правильная клетка Фарадея будет лучшей защитой от электромагнитных артефактов, но может помочь все, что может быть сформировано в форме коробки или нанесено на каркас и изготовлено из проводящего материала. Возможная замена: Алюминиевая фольга или медная сетка | |
| Электрофизиологическая установка с программным обеспечением для записи и возможностью онлайн-сортировки шипов | OmniPlex® Neural Data Acquisition System Plexon Inc 6500 Greenville Avenue, Suite 700 Dallas, Texas 75206 США | Программное обеспечение для сортировки в автономном режиме является потенциальной альтернативой, несколько скриптов и программного обеспечения можно найти бесплатно в сообществе с открытым исходным кодом. |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.