该协议描述了一种简单的方法, 并发记录的联合局部脑电图 (eeg) 和多层局部场电位在麻醉大鼠。在头骨上钻孔插入微电极的毛刺孔被证明能产生轻微的 EEG 信号失真。
尽管脑电图 (eeg) 被广泛应用于记录大脑神经活动的非侵入性技术, 但我们对脑电图的脑组织的认识仍然非常有限。通过多层微电极记录的局部场电位 (LFPs) 可以更详细地描述大脑皮层不同皮层层的同时神经活动, 但这种技术是侵入性的。将脑电图和 LFP 测量结合在一个前临床模型中, 可以极大地提高对脑电信号生成中所涉及的神经机制的认识, 并有助于推导出更逼真和生物学上准确的脑电图数学模型。本文介绍了一种在麻醉啮齿动物中获得并发和 co 局部脑电图和多层流 LFP 信号的简单方法。我们还调查了脑电信号是否有明显的影响, 在头骨钻孔的一个毛刺孔插入一个微电极。我们的结果表明, 毛刺孔有一个微不足道的影响脑电图记录。
一般认为, 通过电极记录的 LFPs 主要反映了局部锥体神经群的同步兴奋和抑制突触活动的加权和,1,2,3,4. 我们最近的研究表明, LFP 信号的剖面可以被分离成励磁和抑制的组成部分5,6。然而, 由于 LFP 通常是通过侵入性的程序来测量的, 所以它不适合人脑的大部分研究。
另一方面, 脑电图是一种非侵入性的测量大脑电活动的技术。它被广泛应用于某些类型的神经疾病如癫痫的诊断工具, 作为人类认知研究的一个研究工具。尽管它很受欢迎, 但 EEG 的一个主要限制是无法精确地根据基础神经信号7,89来解释其时间分布。
越来越多的, 数学模型的脑电图发展, 以提高对大脑功能的理解10,11,12,13,14,15。现有的脑电模型大多是基于模型拟合的频域特征, 在自发活动期间对 eeg 数据谱进行预测, 很少有脑电模型能产生逼真的感官诱发电位。在此背景下, eeg 和 LFP 的并发记录将为开发更精确的脑电图数学模型提供重要的洞察力和制约因素。
为了解决这一需要的并发录音进一步探索神经起源的脑电图, 我们开发了一种方法, 同时记录脑电图和多层 LFP 信号在新大脑皮层的麻醉大鼠。设置类似于以前在灵长类动物中进行的脑电图/LFP 研究16,17。我们进一步研究了一个钻孔入颅骨的毛刺孔对周围的 eeg 记录的影响, 通过比较双边脑电图记录 (即, 一个半球与一个毛刺孔, 另一个半球完好) 在缺乏感官刺激.我们的结果表明, 并发脑电图/LFP 录音可以简单和有效地进行, 很少 eeg 信号失真的毛刺孔在头骨。
我们描述了一个实验过程, 同时记录的 co 局部脑电图和 LFP 信号的异氟醚麻醉大鼠响应晶须垫刺激。一个微电极入到大脑皮层通过一个开放的脑电图蜘蛛电极 , 这是与一个毛刺孔钻入头骨。电极通过导电性和粘附脑电浆23固定在颅骨上。用于管理异氟醚的鼻锥被修改, 使刺激电极可以轻松地插入晶须垫。
EEG 膏是有效的安装蜘蛛电极安全地对头骨, 同时提供优良的电导率在整个实验日不需要额外的应用膏。它取代了不可取的使用胶水固定的蜘蛛电极的周围的头骨, 因为胶水是不导电的, 可以增加阻抗的电极, 如果它运行之间的头骨和电极。eeg 糊在脑电凝胶上有许多优点, 在毛刺孔周围不易形成, 在实验过程中会产生干燥, 导致脑电信号不佳。
当鼠被放置在法拉第笼内时, 由于环境的电噪声大大减弱。然而, 有时神经信号仍然相当嘈杂。在大多数情况下, 这是由于参考电极没有安全定位, 因此需要重新调整或更多的脑电图粘贴使用。另一个常见的问题是诱发 LFP 的振幅较小。这可能是由于微电极没有定位在皮层区中心激活的刺激电极。而不是重新插入微电极, 这可能会对局部神经元造成更多的损害, 我们通常调整的刺激电极在晶须垫的位置, 直到一个合理的幅度的 LFP (> 3 mV) 可以观察到。
该技术的局限性之一是蜘蛛电极的空间分辨率较差, 其直径为 6 mm。这与大鼠头骨的大小相比是很大的。不幸的是, 这里使用的蜘蛛电极是最小的可供购买的。将蜘蛛电极的直径减小到2-4 毫米是可取的, 从而增加了 eeg 记录的空间特异性, 使得 eeg 信号与 supragranular LFP 信号的比较不明确。
协议中的几个关键步骤需要特别注意。首先是通过毛刺孔插入微电极。由于硬脑膜是其他完整的, 插入的精度是至关重要的。电极尖端的轻微电阻通常意味着电极没有正确定位。它必须提出, 位置调整, 并重新插入。第二个是鼻子锥在老鼠身上的位置。它不能太松散, 因为异氟醚将从锥中逃脱。它也不能太紧, 因为这会阻碍老鼠的鼻孔, 造成呼吸困难。还需要特别注意, 以确保 EEG 记录的振幅比 LFP 的顶声道记录小得多 (通常小于5到10倍)。如果它们是相似的, 这是一个迹象表明, EEG 探针已进入直接或间接接触的微电极。间接接触通常是通过脑脊髓液 (CSF), 有时填补孔钻在头骨。CSF 的电导率通常是颅骨24,25的100倍。因此, 如果在毛刺孔内的脑脊液水平足够高, 它可以与蜘蛛电极接触。为了避免这种, 应该经常清洗的孔与超级吸水性棉海绵, 如吸收矛。
通过将另一只蜘蛛电极放在信息学侧筒皮层上的完整颅骨上, 研究了颅骨上的毛刺孔 (直径 < 2 mm) 对脑电记录的影响, 从而可以比较双边脑电图记录。在图 9 和图 10中显示的结果表明, 在0.05 级意义上的效果无关紧要。影响 eeg 振幅的其他因素包括脑电膏与颅骨接触的程度, 电极被压到糊状的方式, 以及脑电波膏在颅骨上的空间范围。
同样值得注意的是, 这里所描述的协议记录了颅内脑电图, 这与人类脑电图研究中使用的头皮脑电图不同。头皮的作用就像一个电阻器或一个低通滤波器, 它将进一步减少 EEG 记录的信噪比。
最后, 通过对 ERP 的时间动态和皮质层诱发 LFP 的比较, 表明体感诱发电位在皮层 supragranular 层中的 LFP 比颗粒状和 infragranular 层中更好。这与我们先前的工作6一致, 表明 ERP 的初始段 (P1) 与在颗粒层中发生的兴奋性突触电流的流入所产生的返回电流有关, 而随后的减少 (N1) 在 ERP 中可能与丘脑传入的延迟到达皮层层 II/III 和/或来自更深皮层层的前馈信号有关。总之, eeg/LFP 的并发记录可以增强对 eeg 的神经起源的理解, 并促进脑电信号在皮层层间的神经信号的数学建模。
The authors have nothing to disclose.
我们要感谢安德鲁 Cripps 和雷丁大学的资源单位。这项研究由 BBSRC (格兰特号: BB/K010123/1) 资助。与这项工作相关的数据可从 Y.Z. (ying.zheng@reading.ac.uk 英 zheng@reading) 免费获得。
Female Lister Hood rats | Charles Rivers | ||
Spider electrode | Unimed Electrode Supplies Ltd | SCS24-426 | |
EEG paste: Ten20 | Unimed Electrode Supplies Ltd | 10-20-S | |
Stereotaxic holder with dual micromanipulator arms: Dual Manipulator Stereotaxic Frame with 18° Ear Bars | WPI (World Precision Instruments) | 502603 | |
Isoflurane | National Vet Services Limited | 50878 | |
Hard plastic nose cone: Anasthesia Gas Mask for Rat | WPI | 502054 | |
Small animal isoflurane anaesthetic system | WPI | EZ-B800A | |
Thermostatic heating pad: Rat Blanket System 230V | Harvard Apparatus UK | 50-7221-F | |
Ophthalmic ointment: Optixcare eye lube | Viovet | 203865 | |
Lidocaine Hydrochloride (Injection 2%) | Larkmead Vets | ||
Jacquette Scaler #1SSE, 18cm, Hollow | WPI | 503421 | |
Serrated and curved dissecting forceps | WPI | 15915 | |
Braided silk, non-absorbable suture: Mersilk Suture W502H | National Vet Services Limited | 153746 | |
Dental drill: BONE MICRO DRILL SYST 230 VAC | Harvard Apparatus UK | 72-4860 | |
Sterile Saline: Sodium chloride 0.9% | Animalcare Ltd | 14K26BT | |
Drill bit #4 : Ball Mill, Carbide, #4 | Harvard Apparatus UK | 72-4958 | |
Drill bit #4 : Ball Mill, Carbide, #1/4 | Harvard Apparatus UK | 72-4962 | |
Faraday cage | Newport Corporation | VIS-FDC-3600 | |
Vibration isolation workstation: Vision IsoStation | Newport Corporation | M-VIS3660-RG4-325A | |
Oximeter Control Unit and sensor: MouseOxPlus, Starr Life Sciences Corp. | WPI | O15001 | |
Transparent soft nose cone: Microflex Non-Rebreathing Unit with a Rat Nosecone | WPI | EZ-103A | |
Stainless steel stimulating electrodes | PlasticsOne | E363/1/SPC | |
Isolated current stimulator | Made in House | ||
16-channel micro-electrode, 100 μm spacing, area of each site 177 μm2 | NeuroNexus | A1x16-10mm-100-177-A16 | |
16-channel acute headstage | Tucker David Technologies Inc., TDT | RA16AC-Z | |
Pre-Amplifier: Z-Series 64-Channel Neuro-Digitizing Preamp | TDT | PZ5-64 | |
Passive signal splitter: 32-Channel Splitter Box for PZ5 | TDT | S-BOX_PZ5 | |
Data acquisition unit: RZ2 BioAmp Processor. Z-Series 4-DSP ultra high performance processor | TDT | RZ2-4 | |
Software for Neurophysiology: OpenEX | TDT | ||
Matlab | MathWorks | ||
Absorption spears | Fine Sicence Tools | 18105-01 |