Оценка латерализации полушария с двусторонней локальной полевой потенциальной записью во вторичном моторном кортексе мышей
July 31st, 2019
Мы представляем в vivo электрофизиологическую запись локального полевого потенциала (LFP) в двусторонней вторичной моторной коре (М2) мышей, которые могут быть применены для оценки боковой части полушария. Исследование выявило измененные уровни синхронизации между левым и правым M2 у мышей APP/PS1 по сравнению с управлением WT.
Этот метод может быть использован для рассмотрения некоторых основных свойств межрегиональной электрофизиологии для боковой боковой полушария, а также связи, направленности и связи. Электрофизиологическое измерение является чувствительным и эффективным методом оценки у животных нейронной деятельности. Этот протокол обеспечивает лучший способ опоры в синхронизации электрических сигналов.
Понимание основного механизма возможного изменения боковой мозг в болезни Альцгеймера патогенеза, может обеспечить новые идеи в потенциальных биомаркеров для лечения Альцгеймера. Перед операцией подтвердите глубину анестезии мыши, выполняя щепотку хвоста или ноша щипами. Далее располагаем мышью в стереотаксисном аппарате и зафиксим ее голову.
Нанесите мазь на оба глаза, чтобы держать их влажными. Затем побрить голову и стерилизовать область. Сделайте небольшой разрез от 12 до 15 миллиметров, в середине бритой области.
Используя миппы, осторожно оттяните кожу головы от средней линии. После этого, отделить кожу осторожно, и удалить остаточные ткани. Очистите череп, используя перекись водорода покрытые ватными палочками.
Под стерео микроскопом просверлите два небольших отверстия, радиус от одного до 1,5 миллиметра, как на левой, так и на правой сторонах черепа, чтобы обеспечить вставку записывающих микроэлектродов в области М2. Аккуратно удалите dura mater с помощью вольфрамовой иглы. Затем вставьте в отверстия два отдельных записывающих микроэлектрода, наполненных хлоридом натрия 0,5 моляра, под углом 60 градусов с использованием механических микроманипуляторов.
Для записи LFP медленно опустите левые и правые стеклянные электроды к координатам M2. Для контроля качества проверьте устойчивость каждого электрода с помощью дифференциального усилителя. Далее, установить процесс записи на 0,1 герц высокий проход, и 1000 герц низкий проход, с 1000 раз усиления.
Соберите оцифрованные необработанные данные LFP в стабильном состоянии, по крайней мере 60 секунд, с мышью дыхание равномерно на два вдоха в секунду, под наркозом. После записи медленно поднимите электроды из мозга. Сохранить данные и анализировать в автономном режиме, с анализом программного обеспечения.
Для выполнения кросс-корреляционного анализа, в программном обеспечении анализа, нажмите анализ, затем волновой корреляции, и импортировать данные. Далее, назначить один сигнал канала волновой формы, чтобы быть первым каналом, а другой в качестве ссылки. Установите ширину как два, и компенсируется как один.
Впоследствии установите продолжительность обоих LFPs до 100 секунд, выбрав время начала и время окончания. Затем нажмите кнопку процесса для выполнения кросс-корреляционного анализа. Нажмите файл, экспорт как, а затем сохранить кросс-корреляции результаты, соответствующие результирующей всплывающей диаграммы в текстовом формате.
После этого удалите значения корреляции во времени, колебались на нулевом плюсе и минус 01 секунде, а затем разберись с остальными данными о перекрестной корреляции. Для выполнения анализа согласованности запустите данные в программном обеспечении для анализа. Затем организуйте два сигнала LFP в качестве первого и второго волновых каналов, а затем установите значение размера блока как 4096.
Размер блока означает количество точек данных, используемых в первом для реальной трансформации. Чем больше размер блока, тем лучше разрешение частоты. Переместим пунктирные линии вручную, чтобы обеспечить точность времени для сигналов в обоих каналах, устанавливаемых как один и тот же период.
Нажмите кнопку добавить область для загрузки области и выполнить анализ согласованности. После этого нажмите файл и сохранить, как, чтобы сохранить результаты согласованности, соответствующие полученной всплывающей диаграммы в текстовом формате. Чтобы увидеть, является ли ранняя патология болезни Альцгеймера ухудшает способность боковой полости полушария, внеклеточные ЛФП были зарегистрированы в левой и правой M2 мышей APP/PS1 и диких элементов управления типа, и их перекрестная корреляция была проанализирована.
У диких мышей типа, результаты показали, что средняя корреляция между левым и правым LFPs при положительных лагах времени значительно отличается от этого при отрицательных лагах времени, подразумевая существование асимметрии полушария в областях M2 элементов управления диким типом. Для сравнения, левые и правые ЛФП мышей APP/PS1 показали более высокую синхронизацию во времени домена, что свидетельствует о снижении асимметрии между левой и правой M2. Затем гамма-колебания были отфильтрованы из ЛФП, и был проведен анализ согласованности для измерения сходства электрических сигналов в гамма-диапазоне частот. Результат показал, что гамма-согласованность между левым и правым M2 у мышей APP/PS1 была значительно выше, чем у диких мышей типа, что указывает на более высокую синхронизацию, и, следовательно, снижение боковой между левым и правым M2 у мышей APP/PS1.
Уретан является токсичным и канцерогенным, поэтому, пожалуйста, всегда будьте осторожны, и следуйте правилам безопасности при обращении с ним. Очень важно, чтобы проверить глубину анестезии ехай, для того, чтобы обеспечить стабильную LFPs записывается. Процесс записи и анализа может быть применен к другим путям мозга, особенно для лабораторий, которые не имеют систем для многокана канала записи в свободно движущихся животных.
View the full transcript and gain access to thousands of scientific videos
Обзор
Это исследование представляет in vivo электрофизиологические записи локальных потенциалов (LFP) в билатеральной вторичной моторной коре (M2) мышей с фокусом на боковую латерализацию. Исследование изучает различия в синхронизации между мышами APP/PS1 и контрольной группой дикого типа (WT), выявляя измененную латерализацию мозга, потенциально связанную с болезнью Альцгеймера.
Ключевые компоненты исследования
Область науки
- Нейробиология
- Электрофизиология
- Исследование болезни Альцгеймера
Фон
- Локальные потенциалы (LFPs) жизненно важны для оценки нейрональной активности.
- Синхронизация важна для понимания боковой латерализации.
- Болезнь Альцгеймера может изменять механизмы латерализации мозга.
- Исследование использует модель мыши (APP/PS1) для изучения этих изменений.
Цель исследования
- Оценить уровни синхронизации между левым и правым M2 у мышей APP/PS1.
- Исследовать влияние патологии Альцгеймера на боковую латерализацию.
- Идентифицировать потенциальные биомаркеры для лечения Альцгеймера через электрофизиологические показатели.
Использованные методы
- In vivo электрофизиологическая запись LFP в областях M2 мыши.
- Для оценки эффектов латерализации использовались мыши APP/PS1 и контрольные мыши дикого типа.
- Анализ когерентности и кросс-корреляции был проведен на зарегистрированных данных LFP.
- Размещение электродов, контроль качества и получение данных были подробно описаны в протоколе.
- Методы включали высокочастотную и низкочастотную фильтрацию и усиление сигналов для анализа.
Основные результаты
- Кросс-корреляция показала, что мыши дикого типа проявляли значительную асимметрию в LFP, в отличие от мышей APP/PS1, у которых наблюдалась повышенная синхронизация.
- Результаты указывали на более высокую гамма-когерентность у мышей APP/PS1, что предполагает снижение латерализации.
- Электрофизиологические изменения могут быть связаны с подлежащими механизмами патологии болезни Альцгеймера.
Выводы
- Исследование показывает, что измененная синхронизация в M2 может служить маркером патологии Альцгеймера.
- Полученные данные могут способствовать пониманию нейрональных механизмов, связанных с боковой латерализацией и болезнью Альцгеймера.
- Это исследование подчеркивает важность электрофизиологических измерений в изучении моделей заболеваний.
Часто задаваемые вопросы
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.
