Многоканальная внеклеточная запись у свободно движущихся мышей
26 мая 2023 г.
Протокол описывает методологию внеклеточной регистрации в моторной коре (МК) для выявления внеклеточных электрофизиологических свойств у свободно движущихся мышей, находящихся в сознании, а также анализ данных потенциалов локального поля (LFP) и спайков, что полезно для оценки нейронной активности сети, лежащей в основе интересующего поведения.
Мы стремимся раскрыть свойства возбуждения нейронов и потенциалов локального поля сети у мышей, выполняющих определенные задачи, соотнося электрофизиологический сигнал с поведением. Было показано, что многоканальная внеклеточная запись с помощью микродрайвовой системы является подходящей и эффективной технологией нейронной активности во время поведенческих тестов. Многоканальная запись у свободно движущихся мышей считается полезной технологией в исследованиях нейробиологии, но новичкам все еще довольно сложно получать и анализировать сигналы.
Мы рассказали о том, как осуществлять многоканальную внеклеточную запись у свободно движущихся мышей с помощью более устойчивой и легкой системы микроприводов, а также оптимизировать процессы записи и анализа данных для начинающих. В новой версии мы планируем увеличить количество каналов и уменьшить громкость системы микродрайверов.
Просмотрите полный транскрипт и получите доступ к тысячам научных видео
Обзор
В данном исследовании описывается протокол многоканальной внеклеточной регистрации в моторной коре (MC) свободно передвигающихся мышей в сознании. Основное внимание уделяется анализу локальных полевых потенциалов (LFP) и спайков для понимания активности нейронных сетей, связанной с определенными формами поведения. В методологии особое внимание уделяется разработке облегченной системы микроприводов для облегчения проведения таких регистраций.
Основные компоненты исследования
Область науки
- Нейронауки
- Электрофизиология
- Поведенческий анализ
Теоретическая часть
- Многоканальная запись позволяет выяснить нейронные механизмы, лежащие в основе поведения.
- Традиционные методы могут оказаться сложными для начинающих исследователей.
- Легкая система микропривода повышает эффективность записи.
- Целью исследования является установление корреляции между электрофизиологическими сигналами и конкретными задачами, выполняемыми животными.
Цель исследования
- Разработать оптимизированный протокол записи LFP и спайковой активности в моторной коре (MC) свободно перемещающихся мышей.
- Оказать помощь начинающим исследователям в сборе и анализе нейронных сигналов.
- Способствовать пониманию сетевой динамики, связанной с конкретными поведенческими задачами.
Используемые методы
- Многоканальная внеклеточная регистрация с использованием системы микропривода у мышей в состоянии свободного поведения.
- В качестве биологической модели в исследовании используется моторная кора (MC).
- Рабочие процессы мультиомики не упоминаются.
- Этапы включают сборку системы, имплантацию электродов и подробности протокола регистрации.
- Методы анализа включают сортировку спайков и корреляцию с данными LFP.
Основные результаты
- Нейронные свойства пирамидных нейронов моторной коры (MC) характеризовались большей шириной впадины и длительностью формы волны по сравнению с интернейронами.
- Кросс-коррелограмма показала, что пирамидные нейроны генерировали спайки раньше интернейронов, что указывает на временную взаимосвязь в нейронной активности.
- Аналогичные результаты спектра мощности были зарегистрированы для локальных полевых потенциалов (ЛПП) с обеих сторон MC у нормальных мышей.
Выводы
- В исследовании представлен эффективный подход к изучению нейронной динамики в реальном времени у свободно перемещающихся мышей.
- Полученные данные могут углубить понимание нейронных основ поведения.
- Потенциальные области применения включают изучение нейронных механизмов, связанных с различными формами поведения и патологическими состояниями.
Часто задаваемые вопросы
Практическая значимость для отрасли
Многоканальная внеклеточная регистрация у свободно передвигающихся мышей позволяет осуществлять картирование активности нейронных сетей с высоким разрешением во время естественного поведения, что способствует снижению механистических рисков на ранних этапах разработки препаратов для ЦНС. Данный подход предоставляет количественные электрофизиологические данные, связанные с поведением, которые имеют решающее значение для валидации мишеней и повышения прогностической уверенности в конвейерах нейрофармакологии. Интеграция этих методов регистрации в рабочие процессы поиска новых соединений улучшает трансляционную преемственность от доклинических моделей к клинически значимым конечным точкам.
Стратегическое применение в биофармацевтических исследованиях и разработках
Первичный поиск и валидация мишени
- Позволяет напрямую сопоставлять паттерны нейронной активности с конкретными поведенческими реакциями для функциональной валидации мишени.
- Способствует снижению механистических рисков за счет дифференциации подтипов нейронов и их временных взаимосвязей in vivo.
- Обеспечивает количественные электрофизиологические конечные точки для повышения прогностической достоверности и приоритизации портфеля разработок.
Скрининг и разработка анализа
- Облегчает подготовку валидированных, поведенчески значимых нейронных систем для последующего фармакологического скрининга.
- Обеспечивает получение воспроизводимых многоканальных потоков данных, подходящих для стандартизации анализа и межисследовательского сравнения.
- Позволяет проводить масштабируемую оценку воздействия соединений на активность нейронных сетей и отдельных нейронов у животных в сознании.
Трансляционные и доклинические исследования
- Сопоставляет доклинические показатели нейронной активности с релевантными для заболевания поведенческими фенотипами для усовершенствования разработки трансляционных биомаркеров.
- Обеспечивает непрерывность процесса от раннего этапа поиска до доклинической валидации путем связывания электрофизиологических и поведенческих конечных точек.
- Снижает трансляционный риск, предоставляя понимание механизмов функционирования нейронных цепей в физиологически релевантных условиях.
Интеграция конвейера и рабочих процессов
Данный метод связывает этап первичного поиска с доклиническими исследованиями, позволяя проводить проверку гипотез путем анализа нейронных цепей в моделях животных в условиях их естественного поведения.
- Поисковая биология: обеспечивает проверку гипотез и уточнение путей передачи сигналов посредством картирования нейронной активности в реальном времени во время поведения.
- Скрининг: предоставляет готовые для анализа количественные данные для оценки фармакологической модуляции нейронных сетей.
- Аналитика: позволяет получать данные о спайках и LFP высокой плотности для надежного статистического сравнения различных экспериментальных условий.
- Трансляционные исследования: способствуют сопоставлению доклинических нейронных маркеров с клиническими конечными точками при наличии поведенческой корреляции.
- Корпоративное повторное использование: предлагает многократно используемую платформу, адаптируемую к различным областям мозга и поведенческим парадигмам в исследованиях ЦНС.
Операционное и корпоративное воздействие
- Научная ценность: повышает прогностическую достоверность и снижает механистическую неоднозначность при валидации мишеней в ЦНС.
- Операционная ценность: стандартизирует сбор и анализ нейронных данных для обеспечения воспроизводимости и масштабируемости.
- Стратегическая ценность: служит основанием для принятия решений о продолжении или прекращении разработки (go/no-go) и повышает эффективность использования капитала за счет предоставления надежных количественных конечных точек.
- Влияние на портфель: позволяет осуществлять приоритезацию активов в области ЦНС с учетом рисков на основе функциональных показателей нейронного отклика.
Особенности реализации
- Требуется опыт проведения стереотаксических операций, имплантации электродов и анализа нейронных данных.
- Необходим доступ к многоканальным системам регистрации и специализированному аналитическому программному обеспечению для обработки спайков и LFP.
- Требуется межкомандная стандартизация протоколов поведения и критериев интерпретации данных.
- Метод может быть адаптирован для различных областей мозга и поведенческих задач путем оптимизации протокола.
- Сложность анализа сигналов и особенности работы с животными могут накладывать практические ограничения при проведении высокопроизводительных исследований.
