Этот протокол был разработан для создания надежной и легкодоступной системы регистрации свободно движущейся ЭЭГ грызунов.
Методическая статья
* These authors contributed equally
Этот протокол был разработан для создания надежной и легкодоступной системы регистрации свободно движущейся ЭЭГ грызунов.
Электроэнцефалография (ЭЭГ) служит фундаментальным инструментом для отслеживания электрической активности в мозге и приобретает все большее значение как в клинической диагностике, так и в доклинических исследованиях на животных. В то время как ЭЭГ грызунов предлагает мощную платформу для моделирования неврологических расстройств человека, долгосрочная запись часто ограничена высокой стоимостью, инвазивностью или технической сложностью существующих систем. В данной статье мы представляем надежный, доступный, экономически целесообразный и минимально интрузивный протокол для хронической регистрации корковой ЭЭГ с несколькими участками у свободно движущихся мышей. Метод включает в себя изготовление платино-иридиевых проводов с винтовыми электродами, подключенными к интерфейсу типа универсальной последовательной шины (USB), которые закрепляются эпидурально с помощью костных винтов и фиксируются клеем и стоматологическим цементом. Система обеспечивает стабильный захват сигнала в течение нескольких месяцев, что было продемонстрировано на мышах дикого типа C57BL/6J с 85% послеоперационной выживаемостью (n = 20). ЭЭГ дискретизировали с частотой 1000 Гц и фильтровали в диапазоне от 1 Гц до 500 Гц с использованием дифференциального усилителя. Для валидации системы вводили пентилентретразол (20 мг/кг) для индуцирования судорожной активности, что приводило к заметному увеличению межприступных разрядов - с 2-5 на исходном уровне до 20-51 события после инъекции, что сопровождалось увеличением амплитуды сигнала. Разряды были идентифицированы на основе морфологии формы волны и характеристик сигнала, соответствующих признанным электрофизиологическим критериям. Настройка совместима с поведенческим видеоотслеживанием и конвейерами анализа с открытым исходным кодом, а также поддерживает интеграцию с фармакологическими, генетическими или нейромодуляционными исследованиями. Этот метод обеспечивает стабильную и адаптируемую платформу для исследования динамики сети мозга на моделях грызунов с приложениями в исследованиях эпилепсии и за их пределами.
Электроэнцефалография (ЭЭГ) обеспечивает прямое измерение электрической активности мозга и широко используется в диагностике эпилепсии1. В последние годы методы ЭЭГ все чаще адаптируются для использования на моделях мелких животных для изучения неврологических расстройств, физиологии сна и динамики сети мозга 2,3,4. С появлением генетически модифицированных мышиных моделей и значительным прогрессом в технологиях регистрации, ЭЭГ грызунов стала важным инструментом для доклинических исследований, предлагая ценную информацию о трансляционных механизмах, имеющих отношениек здоровью мозга человека.
Одновременный захват и манипулирование нейронной активностью имеет решающее значение для изучения динамики мозга как на макро-, так и на микросхемном уровнях. Этот двойной подход позволяет в режиме реального времени отслеживать нейронные сети, участвующие в инициации и прогрессировании припадков. Эпилепсия, характеризующаяся повторяющимися и часто непредсказуемыми припадками, возникает из-за сбоев в сложных цепях мозга4. Несмотря на обширные исследования, механизмы, регулирующие распространение и возникновение припадков, остаются до конца неизученными, отчасти из-за ограниченного использования технологий, позволяющих проводить одновременную запись внескольких областях мозга.
Запись ЭЭГ на животных моделях, которые повторяют неврологические расстройства человека, выявила межприступные всплески, спайково-волновые разряды и паттерны начала судорог, которые близко отражают те, которые наблюдаются у людей,тем самым улучшая наше понимание электрофизиологических изменений, происходящих в человеческом мозге. Аналогичным образом, аномалии ЭЭГ, обнаруженные в моделях болезни Альцгеймера, расстройств аутистического спектра и шизофрении, дают важное представление о нарушенной нейронной колебательной активности и выделяют потенциальные терапевтические мишени.
Несмотря на различия в анатомии и масштабах мозга, мышиная и человеческая ЭЭГ демонстрирует поразительное сходство 2,11. Оба демонстрируют характерные колебательные полосы частот — дельта, тета, альфа, бета и гамма — со спектрами мощности, как правило, следующими распределению 1/f 2,11. Переходы между состояниями мозга, такие как возникновение дельта-активности во время сна с небыстрым движением глаз (NREM) или повышенная синхронизация гамма во время задач на внимание и память, сохраняются у разных видов. Кроме того, эпилептиформная активность, включая высокочастотные колебания (HFO) и иктальные паттерны, демонстрирует сопоставимые временные и спектральные профили как у мышей, так и у человека7.
Сохраненные особенности ЭЭГ грызунов и человека делают мышиные модели в высшей степени трансляционными для изучения расстройств мозга. ЭЭГ мыши позволяет проводить инвазивные записи с высоким разрешением, что позволяет проводить детальный анализ на уровне схем12. Он также поддерживает тестирование нейромодулирующих стратегий, включая фармакологические агенты, оптогенетический контроль и стимуляцию замкнутого цикла13,14, которые могут быть объединены с поведенческими и молекулярными инструментами для точного исследования нейронной дисфункции.
Тем не менее, следует проявлять осторожность при экстраполяции полученных результатов. Меньший размер и более простая корковая структура мозга мыши могут влиять на распространение сигнала, а когнитивные потенциалы, связанные с событиями (ERP), могут быть менее заметными по сравнению с людьми. Обеспечение согласованности в размещении электродов, эталонных сигналах и аналитических трубопроводах имеет решающее значение для повышения воспроизводимости и межлабораторной валидности16.
Запись ЭЭГ у мелких животных представляет как возможности, так и проблемы. ЭЭГ у мышей обычно регистрируется с помощью хронически имплантированных электродов, расположенных либо эпидурально на поверхности черепа, либо в виде глубинных электродов, вводимых в подкорковые структуры17,18. Поверхностные электроды, такие как винтовые или проволочные электроды, размещаемые на твердой мозговой оболочке, являются минимально инвазивными и подходят для длительной продольной записи. Такие электроды находятся ниже кости, что обеспечивает высокий импедансный барьер для записи. Соответственно, дуральные электроды у грызунов можно считать более сопоставимыми с электрокортикографией (eCoG), чем с ЭЭГ. Глубинные электроды, напротив, обеспечивают более высокое пространственное разрешение и обеспечивают доступ к глубоким областям мозга, таким как гиппокамп, таламус или миндалевидное тело, облегчая изучение судорожных сетей и колебательной связи по распределению областей 2,11.
Современные системы ЭЭГ для грызунов поддерживают многоканальную запись с высоким временным разрешением и часто сочетаются с видеомониторингом для поведенческойкорреляции18. Кроме того, беспроводные системы ЭЭГ позволяют получать информацию о свободно ведущих животных в режиме реального времени, сводя к минимуму ограничения движенийи стресс. Хотя со временем эти модернизации стали коммерчески доступными, они либо очень дороги, либо слишком инвазивны для изучения модели грызунов в течение длительного периода времени.
Чтобы восполнить этот пробел, мы представляем универсальный и экономически эффективный протокол для многосайтовой регистрации ЭЭГ на моделях грызунов, подходящий для долгосрочных исследований с минимальной инвазивностью. Этот подход к записи ЭЭГ особенно подходит для исследований, требующих оценки активности коры головного мозга у мышей с высоким разрешением в контролируемых экспериментальных условиях. Его лучше всего применять, когда (i) животное может выдержать кратковременную анестезию во время имплантации электродов и полностью восстановиться, (ii) обеспечивается стабильное положение головы или минимальное движение во время записи, (iii) желателен долгосрочный или повторный мониторинг нейронной активности, и (iv) экспериментальный дизайн может обеспечить запись с одним или ограниченным участием нескольких животных в зависимости от мощности усилителя. Исследователи должны учитывать эти ограничения, чтобы определить, соответствует ли этот метод их экспериментальным целям.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Этот протокол получил одобрение Комитета по уходу за животными и их использованию Университета Огасты. На каждом этапе эксперимента следовало руководству Национального института здравоохранения по уходу и использованию лабораторных животных. Были приняты все возможные меры для минимизации количества животных, используемых в данном исследовании. Мыши, использованные для этого исследования, являются 2-месячными мышами дикого типа C57Bl6J. Время, необходимое для выполнения каждого этапа, включено в соответствующие этапы.
1. Подготовка штырьков с электродами (5 мин)
2. Имплантация электродов (30 мин)
3. Запись ЭЭГ (65 мин)
4. Интерпретация данных
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Электроды были имплантированы 20 мышам на фоне C57Bl6J, в том числе 5 мышам дикого типа C57Bl6J, с послеоперационной выживаемостью 85% в течение 6 месяцев после операции (рис. 4B). Через 6 месяцев головные уборы начали отделяться, и все мыши были усыплены в возрасте 8 месяцев. Средний вес крышек в сборе, включая разъем и винты, составил 1,13 г (n = 20). Мыши приходили в сознание в течение 30 минут после операции и возвращались к нормальному движению и взгляд...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
В этом исследовании мы разработали и валидировали надежный, экономически эффективный и минимально инвазивный протокол для хронической записи ЭЭГ в нескольких местах у свободно движущихся мышей. Успешная имплантация винтовых электродов и изготовленных по индивидуальному заказу платино-иридиевых электродов, припаянных к USB-разъему, наряду с наблюдаемой выживаемостью и качеством записи, демонстрирует осуществимость и надежность метода при хронической записи. Примечательно, что этот протоко...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
DTB является платным консультантом Фонда Альфреда Манна. Авторы не имеют конкурирующих финансовых интересов или других конфликтов интересов в связи с этой работой.
DTB поддерживается грантами NEI R01EY036089 и грантами NIA RF1AG060754. XF был поддержан грантами от Фонда исследований болезни Альцгеймера имени Джеймса Фикеля, EY028158 и EY032488.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 0,003" платиновый иридиев провод | AM-системы | 777000 | |
| 1,5 мм костяные винты | Фирменные изделия Antrin Miniature | 000-120X1/16 SL ПРИВЯЗКА MS SST | |
| Усилитель переменного тока, nbsp; | AM Systems | ||
| Карпрофен | Коветрус | 11695-6935-1 | |
| Акриловая основа Coldpac Denture | Компания Yates Motloid | https://www.yates-motloid.com/collections/coldpac/denture-base | |
| Зубная дрель 1,4 мм | Volvere GX | Н/Д | |
| Дексаметазон | VEDCO | 50989-437-12 | |
| Смазка для глаз | Optix Care | https://theoptixcare.com/ | |
| Перекись водорода | Сигма Олдрич | 7722-84-1 | |
| NIDAQ USB | Национальные инструменты | https://www.ni.com/en/shop/data-acquisition/entry-level-usb-daq.html | Сбор данных и кондиционирование сигналов через USB |
| Пентиленетразол | Caymen Chemicals | 18682 | |
| Паяльная канифоль флюсовая паста | Уэллер | https://www.weller-tools.com/us/en/consumer/products/soldering-accessories/ | |
| Паяльный провод 0.32" | Radio Shack | Н/Д | |
| Суперклей | Локтайт | Н/Д | |
| Гнездовые вилки USB типа B | QM Seller | X00292ABU9 |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение