Dieses Protokoll beschreibt eine einfache Methode zur gleichzeitigen Erfassung von Co lokalisierte Elektroenzephalographie (EEG) und Multi-laminar lokales Feld bei einem anästhesierten Ratte. Eine Grat-Bohrung im Schädel für das Einfügen von einer Mikroelektrode erweist sich vernachlässigbar Verzerrung des EEG Signals zu produzieren.
Obwohl Elektroenzephalographie (EEG) häufig als nicht-invasive Technik zur Erfassung von neuronalen Aktivitäten des Gehirns verwendet wird, ist unser Verständnis von der Neurogenese des EEG noch sehr begrenzt. Lokales Feld Potentiale (drängendere) über eine Multi-laminar Mikroelektrode aufgezeichnet bieten eine detailliertere Darstellung der gleichzeitigen neuronale Aktivität in verschiedenen kortikalen Schichten in der Großhirnrinde, aber die Technik ist invasiv. Kombination von EEG- und LFP-Messungen in einem präklinischen Modell stark Verständnis der neuronalen Mechanismen in der Generation der EEG-Signale, erleichtern und verbessern die Ableitung eines realistischeren und biologisch korrekt mathematischen Modells des EEG. Ein einfaches Verfahren für den Erwerb der gleichzeitigen und Co lokalisierte EEG und Multi-laminar LFP-Signale in den narkotisierten Nager wird hier vorgestellt. Außerdem untersuchten wir, ob EEG-Signale eines Bohrlochs gebohrt in den Schädel für das Einfügen von einer Mikroelektrode erheblich betroffen waren. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Bohrlochs einen vernachlässigbaren Einfluss auf EEG-Ableitungen hat.
Es ist allgemein anerkannt, dass drängendere erfasst in erster Linie über Mikroelektroden die gewichtete Summe der synchronisierten exzitatorischen und inhibitorischen synaptischen Aktivitäten von lokalen pyramidale neuronalen Populationen1,2,3 widerspiegeln , 4. unsere neuere Forschungen gezeigt, dass das Profil des LFP-Signals in Komponenten von Hemmung und Erregung5,6getrennt werden könnte. Jedoch wie LFP normalerweise über ein invasives Verfahren gemessen wird, ist es nicht geeignet für die meisten Studien des menschlichen Gehirns.
EEG ist auf der anderen Seite eine nicht-invasive Technik zur Messung der elektrischen Aktivität des Gehirns. Es ist ein Diagnosewerkzeug für bestimmte Arten von neurologischen Erkrankungen wie Epilepsie sowie als Recherche-Tool in menschliche kognitive Studien verbreitet. Trotz seiner Popularität ist eine große Einschränkung des EEG die Unfähigkeit, seine zeitliche Profile genau in Bezug auf die zugrunde liegende neuronale Signale7,8,9zu interpretieren.
Zunehmend werden mathematische Modelle des EEG entwickelt Verständnis vom Gehirn Funktion10,11,12,13,14,15. Die meisten bestehenden EEG-Modelle sind basierend auf passende Domain Frequenzeigenschaften des Modells vorhergesagt Ausgabe auf die EEG-Daten-Bandbreite während der spontanen Aktivität entwickelt, und sehr wenige EEG Modelle erzeugen realistische sensorische evozierte Potentiale. In diesem Zusammenhang bieten gleichzeitige Aufnahmen von EEG und LFP wichtige Erkenntnisse und Einschränkungen, für genauere mathematische Modelle des EEG zu entwickeln.
Um dieses Bedarfs für gleichzeitige Aufnahmen den neuronalen Ursprung des EEG weiter zu erkunden, entwickelten wir eine Methode um EEG und Multi-laminar LFP-Signale gleichzeitig im Neocortex der narkotisierten Ratte zu erfassen. Die Einrichtung ist ähnlich wie bei früheren gleichzeitige EEG/LFP-Studien in Primaten16,17. Wir untersucht die Wirkung eines Bohrlochs gebohrt in den Schädel auf EEG-Ableitungen, die rund um das Loch durch einen bilateralen EEG-Ableitungen (d. h., eine Halbkugel mit einem Grat Loch, die andere Hemisphäre intakt) in Ermangelung von sensorischen Vergleich die Stimulation. Unsere Ergebnisse zeigen, dass gleichzeitige EEG/LFP-Aufnahmen einfach und effektiv mit wenig EEG Signalverzerrung aus dem Grat Loch in den Schädel durchgeführt werden können.
Wir haben ein experimentelles Verfahren zur gleichzeitigen Erfassung von Co lokalisierte EEG und LFP-Signale ein Isofluran narkotisierten Ratte in Reaktion auf die Whisker Pad Stimulation beschrieben. Eine Mikroelektrode wurde in der Großhirnrinde durch eine Öffnung in der EEG-Spinne-Elektrode eingefügt, die mit einem Grat-Loch in den Schädel gebohrt ausgerichtet war. Die Elektrode wurde an den Schädel durch eine leitfähige gesichert und Klebstoff EEG einfügen23. Die Bugnase für die Verwaltung von Isofluran verwendet wurde geändert, so dass stimulierende Elektroden in die Whisker-Pad mit Leichtigkeit eingesetzt werden könnte.
Die EEG-Paste war effektiv bei der Montage der Spider Elektrode fest mit dem Schädel und bietet hervorragende elektrischen Leitfähigkeit experimentelle tagsüber ohne die Notwendigkeit für zusätzliche Anwendung der Paste. Es ersetzt die unerwünschte Verwendung von Leim, die Peripherie der Spider Elektrode an den Schädel zu beheben, wie Kleber nicht leitend ist und die Impedanz der Elektrode zu erhöhen kann, wenn es zwischen dem Schädel und der Elektrode läuft. EEG-Paste hat eine Reihe von Vorteilen gegenüber EEG-Gel, das ist schwierig, Form um des Bohrlochs und im Experiment, was zu schlechten EEG-Signale austrocknen kann.
Da die Ratte in einem Faraday-Käfig platziert wurde, war elektrisches Rauschen aufgrund der Umgebung stark gedämpft. Allerdings war der neuronalen Signal manchmal immer noch ziemlich laut. In den meisten Fällen war dies durch die Bezugselektrode nicht richtig positioniert und musste daher neu eingestellt werden oder mehr EEG verursacht Paste verwendet. Ein weiteres häufiges Problem war, dass die evozierte LFP kleine Amplitude. Dies könnte aufgrund der Mikroelektrode nicht in der Mitte der kortikalen Region aktiviert durch die stimulierenden Elektroden positioniert sein. Statt neu einfügen der Mikroelektrode, die mehr die lokalen Nervenzellen schädigen könnte, haben wir in der Regel die Position der stimulierenden Elektroden in die Whisker-Pad bis eine vernünftige Amplitude von der LFP angepasst (> 3 mV) konnten beobachtet werden.
Eine der Beschränkungen der Technik ist die schlechte räumliche Auflösung von der Spinne-Elektrode, die einen Durchmesser von 6 mm hat. Verglichen mit der Größe des Schädels die Ratte ist groß. Leider ist die Spinne Elektrode verwendet hier den kleinsten zur Verfügung zu erwerben. Es werden wünschenswert, den Durchmesser der Spider Elektrode auf 2-4 mm zu reduzieren, wodurch sich die räumlichen Besonderheiten der EEG-Ableitungen, der Vergleich zwischen das EEG-Signal und die Supragranular LFP signal weniger zweideutig.
Mehrere wichtige Schritte im Protokoll bedürfen besonderer Aufmerksamkeit. Die erste ist die Einfügung der Mikroelektrode durch des Bohrlochs. Wie die Dura ansonsten intakt ist, ist die Genauigkeit der Einfügung entscheidend. Ein leichter Widerstand an der Spitze der Elektrode bedeutet normalerweise, dass die Elektrode nicht korrekt positioniert ist. Es muss angehoben werden, Lage angepasst und wieder eingefügt. Die zweite ist die Position des Kegels Nase auf die Ratte. Es darf nicht zu locker, wie Isoflurane aus dem Konus entweicht. Es muss auch nicht zu eng sein, da dies die Nasenlöcher der Ratte behindern und Atembeschwerden verursachen. Besondere Aufmerksamkeit ist auch erforderlich, um sicherzustellen, dass die Amplitude der EEG-Aufzeichnung viel kleiner ist (in der Regel 5 bis 10 Mal kleiner) als die LFP-Top-Channel-Aufnahme. Wenn sie ähnlich sind, ist es ein Hinweis darauf, dass die EEG-Sonde in direktem oder indirektem Kontakt mit der Mikroelektrode getreten ist. Ein indirekten Kontakt wird in der Regel durch die zerebralen spinalen Flüssigkeit (CSF), die manchmal das Loch füllt in den Schädel gebohrt. Die Leitfähigkeit des CSF ist in der Regel 100 Mal, dass der Schädel24,25. Daher, wenn das Niveau der CSF innerhalb des Bohrlochs hoch genug ist, kann es machen Kontakt mit der Spinne-Elektrode. Um dies zu vermeiden, sollte das Loch mit super saugfähige Baumwolle Schwämme wie Absorption Spears häufig gereinigt werden.
Die Wirkung eines Bohrlochs (Durchmesser < 2 mm) in den Schädel auf das EEG Aufnahmen rund um das Loch wurde untersucht, indem eine andere Spinne-Elektrode auf der intakten Schädel auf Ipsi-Lateral Barrel Cortex damit bilateralen EEG-Ableitungen verglichen werden könnte. Die Ergebnisse in Abbildung 9 und Abbildung 10, schlagen die Wirkung auf das Signifikanzniveau 0,05 unbedeutend sein. Andere Faktoren, die die Amplitude des EEG gehören wie auch die EEG-Paste war in Kontakt mit den Schädel, wie fest die Elektrode, die Paste gedrückt wurde und die räumliche Ausdehnung der EEG-Paste auf dem Schädel.
Es lohnt sich auch zu beachten, dass das Protokoll hier beschriebenen Schädel EEG aufgezeichnet die unterscheidet sich von Scalp EEG in menschlichen EEG-Studien verwendet. Die Kopfhaut wirkt wie ein Widerstand oder ein Tiefpass-Filter, der das Signal-Rausch-Verhältnis des EEG Aufnahme weiter reduzieren wird.
Zu guter Letzt die zeitliche Dynamik des ERP und derjenigen der evozierten LFP über die kortikalen Schichten im Vergleich zufolge somatosensiblen evozierten Potentiale besser widerspiegelt die LFP in der Supragranular Schicht der Rinde als in das Granulat und Infragranular Schichten. Dies ist in Übereinstimmung mit unserer früheren Arbeit6, zeigen, dass das erste Segment (P1) des ERP-im Zusammenhang mit der Rückkehr aktuelle infolge des Zuflusses der erregenden synaptischen aktuelle auftretenden in der Körnerschicht während der anschließenden abnimmt) N1) in ERP kann auf die verspätete Ankunft der Thalamische afferenten zu kortikalen Schichten II/III und/oder Feedforward Signale aus tieferen kortikalen Schichten bezogen werden. Zusammenfassend, gleichzeitige Aufnahmen des EEG/LFP Verständnis der neuronalen Genese des EEG, erleichtern und verbessern die mathematische Modellierung des EEG in Bezug auf neuronale Signale über die kortikalen Schichten.
The authors have nothing to disclose.
Wir möchten danken Andrew Cripps und BioResource Einheit an der University of Reading. Diese Forschung wurde finanziert durch die BBSRC (Anzahl zu gewähren: BB/K010123/1). Daten im Zusammenhang mit diesem Werk ist frei von Y.Z (ying.zheng@reading.ac.uk) verfügbar.
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 |