פרוטוקול זה מתאר שיטה פשוטה עבור הקלטה בו זמנית של שותף מקומי אלקטרואנצפלוגרם (EEG) ו- multi-למינריות שדה מקומי פוטנציאל עכברוש anesthetized. חור burr בתלמידים הגולגולת עבור הכניסה של microelectrode מוצג לייצר עיוות זניח של האות EEG.
למרות אלקטרואנצפלוגרם (EEG) נעשה שימוש נרחב ככל שיטה לא פולשנית להקלטת פעילות עצבית במוח, הבנתנו נוירוג’נסיס של EEG הוא עדיין מוגבל מאוד. פוטנציאל שדה מקומי (LFPs) הוקלט ויה microelectrode רב-למינריות יכול לספק חשבון מפורט יותר של פעילות עצבית בו זמנית על פני שכבות קורטיקלית שונות בתוך קליפת, אך הטכניקה היא פולשנית. שילוב EEG ו- LFP מדידות במודל של ניסויים פרה-קליניים יכול מאוד לשפר את ההבנה של המנגנונים העצביים העומדים מעורב הדור של אותות EEG, וכדי להקל על ההטיה של מודל מתמטי יותר מציאותי ומדויק מבחינה ביולוגית של EEG. הליך פשוט לרכישת EEG בו-זמניות ונקודתי שיתוף ו- multi-למינריות אותות LFP למכרסמים anesthetized מוצג כאן. . חקרנו גם אם אותות EEG הושפעו באופן משמעותי חור burr בתלמידים הגולגולת עבור הכניסה של microelectrode התוצאות שלנו מראים כי החור burr יש השפעה זניחה על הקלטות EEG.
זה מקובל LFPs שנרשם דרך microelectrodes בעיקר לשקף את הסכום משוקלל של סינאפסות סינפטית פעילויות מסונכרנות של האוכלוסייה המקומית כפירמידה עצבית-1,–2,–3 , 4. שלנו מחקרים אחרונים הראו כי הפרופיל של האות LFP יכול להיות הפרדתו רכיבים של עירור וניגוד5,6. עם זאת, כפי LFP נמדד בדרך כלל באמצעות הליך פולשני, זה לא מתאים ברוב המחקרים של המוח האנושי.
מצד שני, EEG היא שיטה לא פולשנית מודדים את הפעילות החשמלית של המוח. הוא משמש כלי אבחון עבור סוגים מסוימים של מחלות נוירולוגיות כגון אפילפסיה, וגם ככלי מחקר במחקרים קוגניטיבית בבני אדם. למרות הפופולריות שלו, מגבלה עיקרית של EEG היא חוסר היכולת לפרש שלה פרופילים טמפורלית בדיוק מבחינת כבסיס אותות עצביים7,8,9.
יותר ויותר, מודלים מתמטיים של EEG מפותחים כדי לשפר את ההבנה של המוח פונקציה10,11,12,13,14,15. רוב הדגמים EEG הקיימים מפותחים בהתבסס על התאמת מאפיינים של תחום התדר של המודל חזה פלט הקשת נתוני EEG במהלך פעילות ספונטנית, מעט מאוד דגמים EEG יכול ליצור מציאותי לפוטנציאלים חושית. בהקשר זה, הקלטות בו-זמניות של EEG ו- LFP תספק תובנות חשובות והאילוצים בפיתוח מודלים מתמטיים מדויקים יותר של EEG.
כדי לטפל צורך זה עבור הקלטות בו-זמניות לחקור לעומק את המקור עצבית של EEG, פיתחנו מתודולוגיה במקביל להקליט EEG ו- multi-למינריות LFP אותות קליפת של העכברוש anesthetized. הגדרת דומה מחקרים קודמים EEG/LFP בו-זמניות שנערך פרימטים16,17. אנחנו עוד יותר בדקו את ההשפעה של חור burr תרגלנו את הגולגולת הקלטות EEG סביב החור, על-ידי השוואת EEG הקלטות הדו-צדדיים (קרי, באונה אחת עם חור בר, ההמיספרה השנייה שלם) בהיעדר החישה גירוי. התוצאות שלנו להפגין כי הקלטות EEG/LFP בו-זמניות יכול להתבצע בפשטות וביעילות, עם עיוות אות EEG מעט מן החור burr בגולגולת.
תארנו ניתוח ניסיוני עבור הקלטה בו זמנית של אותות EEG ו- LFP משותפת לשפות אחרות של עכברוש anesthetized איזופלוריין בתגובה משערה pad גירוי. Microelectrode הוכנס לתוך קליפת ומעבר בפתח האלקטרודה עכביש EEG אשר היה מיושר עם חור burr תרגלנו את הגולגולת. האלקטרודה היה מאובטח בגולגולת מאת מוליכי חשמל ולהדביק דבק EEG23. קונוס האף המשמש עבור המינהל איזופלוריין שונתה כך מגרה אלקטרודות יכול להיות מוכנס אל תוך כרית משערה בקלות.
הדבק EEG היה יעיל הרכבה האלקטרודה עכביש בצורה מאובטחת לגולגולת, תוך מתן מוליכות חשמלית מעולה לאורך כל היום ניסיוני ללא צורך יישומים נוספים של הדבקה. זה מוחלף השימוש בדבק כדי לתקן את הפריפריה של האלקטרודה עכביש בגולגולת, כמו דבק הלא מוליך יכול להגדיל את אימפדנס של האלקטרודה אם היא נמשכת בין הגולגולת האלקטרודה לא רצויים. EEG הדבק יש מספר יתרונות על פני EEG ג’ל, אשר קשה הצורה סביב החור burr יכול להתייבש במהלך הניסוי, וכתוצאה מכך אותות EEG המסכן.
כמו החולדה הוטמן בתוך כלוב פאראדיי, רעש חשמלי עקב הסביבה היה במידה רבה הקלוש. עם זאת, לפעמים האות העצבי היה עדיין די רועש. ברוב המקרים, זה נגרם על ידי האלקטרודה הפניה לא מאובטחת מוצבים, לכן צריך להיות מותאם מחדש או יותר EEG הדבקה בשימוש. בעיה נפוצה נוספת היתה LFP עורר היה קטן משרעת. זה יכול להיות בגלל microelectrode אינו ממוקם במרכז של אזור בקליפת המוח מופעל על ידי האלקטרודות מגרה. במקום להכניס מחדש את microelectrode, אשר יכול לגרום נזק הנוירונים המקומי, מותאמות אנחנו בדרך כלל את מיקום האלקטרודות מגרה בלוח משערה עד משרעת סבירה של LFP (> 3 mV) יכול להיות שנצפו.
אחת המגבלות של הטכניקה היא הרזולוציה המרחבית המסכן של האלקטרודה עכביש, אשר יש קוטר 6 מ מ. זה גדול לעומת גודל הגולגולת של החולדה. למרבה הצער, האלקטרודה עכביש המשמש כאן הוא הקטן ביותר ניתן לרכוש. זה יהיה רצוי לצמצם את הקוטר של האלקטרודה עכביש 2-4 מ מ, ובכך מגדילים יחודיות המרחבי של הקלטות EEG, ביצוע ההשוואה בין האות EEG supragranular את LFP אות פחות חד משמעיים.
מספר שלבים קריטיים בפרוטוקול צריך תשומת לב מיוחדת. הראשון הוא החדרת microelectrode דרך החור בר. כמו השכבה הקשה של המוח אחרת ללא פגע, הדיוק של ההוספה היא קריטית. בהתנגדות קלה בקצה האלקטרודה בדרך כלל אומר שהאלקטרודה אינו ממוקם כראוי. זה חייב להיות מורמות, מיקום מותאם, ונוסף מחדש. השני הוא המיקום של קונוס האף על החולדה. זה לא יכול להיות רפוי מדי, כפי איזופלוריין ימלט מן קונוס. זה גם אינו יכול להיות חזק מדי, כמו זה יכול להכשיל את הנחיריים של העכברוש ולגרום קשיי נשימה. תשומת לב מיוחדת נדרשת גם כדי להבטיח משרעת של EEG ההקלטה הרבה יותר קטן (בדרך כלל פי 5 או 10 קטנים יותר) מאשר LFP העליון ערוץ ההקלטה. אם הם דומים, זה אינדיקציה כי החללית EEG בא במגע ישיר או עקיף עם microelectrode. איש קשר עקיף בדרך כלל דרך לנוזל חוט השדרה (CSF) הממלא לפעמים החור נבלם בתוך הגולגולת. מוליכות CSF הוא בדרך כלל 100 פעמים של הגולגולת24,25. לפיכך, אם רמת נוזל מוחי-שדרתי בתוך החור burr הוא מספיק גבוה, זה יכול להפוך קשר עם האלקטרודה עכביש. כדי למנוע זאת, החור צריך לעתים קרובות לנקות עם סופר סופג כותנה ספוגים כגון החניתות הקליטה.
ההשפעה של חור בר (קוטר < 2 מ מ) בתוך הגולגולת שללואת הקלטה סביב החור נחקר על-ידי הצבת אלקטרודה עכביש אחר על הגולגולת שלם על גבי קליפת ipsi-לרוחב הקנה כך בהשוואה הקלטות EEG הדו-צדדיים. התוצאות שמוצג באיור 9 , איור 10, מציע שהאפקט יהיה חסר חשיבות-המשמעות של רמת 0.05. גורמים אחרים המשפיעים על משרעת של EEG כוללים כמה טוב העיסה EEG היה בקשר עם הגולגולת, באיזה האלקטרודה היה לחוץ כדי הדבק, ואת מידת המרחבי הדבק EEG על הגולגולת.
זה גם ראוי לציין כי הפרוטוקול המתואר כאן הוקלט EEG הגולגולת, לכן הוא שונה הקרקפת EEG בשימוש במחקרים EEG בבני אדם. הקרקפת מתנהג כמו הנגד או מסנן נמוך לעבור, אשר תפחית את יחס אות לרעש של EEG הקלטה נוספת.
בסופו של דבר, השוואה של הדינמיקות הטמפורלי של ERP ושל LFP עורר פני שכבות בקליפת המוח מראים כי הפוטנציאל עורר המגע משקף יותר את LFP שכבה supragranular של קליפת המוח מאשר ב- פרטנית ו infragranular שכבות. . זה מסכים עם שלנו קודמת עבודה6, הממחיש הקטע הראשוני (P1) של ERP. קשור את החזרה הנוכחי הנובעים בתנאיי סינאפסות סינפטית הנוכחי המתרחשים ברובד פרטנית, בעוד עוקבות להנמיך ( N1) ב- ERP עשויה להיות קשורה הגעתו מושהית של אותות II/III ו/או feedforward שכבות מביא כדי קורטיקלית דפנות התלמוס משכבות קורטיקלית עמוק יותר. לסיכום, הקלטות בו-זמניות של EEG/LFP יכול לשפר את ההבנה של תחילתו עצבית של EEG ולהקל על מודלים מתמטיים של EEG במונחים של אותות עצביים של השכבות קורטיקלית.
The authors have nothing to disclose.
ברצוננו להודות אנדרו קריפס, יחידת BioResource מאוניברסיטת רדינג. מחקר זה מומן על ידי BBSRC (להעניק מספר: BB/K010123/1). נתונים המשויכים עבודה זו זמינה בחופשיות מן Y.Z. (ying.zheng@reading.ac.uk).
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 |