इस प्रोटोकॉल एक anesthetized चूहे में सह स्थानीयकृत electroencephalography (ईईजी) और बहु लामिना स्थानीय क्षेत्र क्षमता की समवर्ती रिकॉर्डिंग के लिए एक सरल तरीका का वर्णन । एक गड़गड़ाहट छेद एक microelectrode के सम्मिलन के लिए खोपड़ी में ड्रिल्ड ईईजी संकेत की नगण्य विकृति का उत्पादन करने के लिए दिखाया गया है ।
हालांकि electroencephalography (ईईजी) व्यापक रूप से मस्तिष्क की तंत्रिका गतिविधियों की रिकॉर्डिंग के लिए एक गैर इनवेसिव तकनीक के रूप में प्रयोग किया जाता है, ईईजी के neurogenesis की हमारी समझ अभी भी बहुत सीमित है । स्थानीय क्षेत्र क्षमता (LFPs) एक बहु लामिना microelectrode के माध्यम से दर्ज की neocortex में अलग cortical परतों में एक साथ तंत्रिका गतिविधि के एक अधिक विस्तृत खाते प्रदान कर सकते हैं, लेकिन तकनीक आक्रामक है । एक पूर्व नैदानिक मॉडल में ईईजी और LFP माप का मेल बहुत तंत्रिका ईईजी संकेतों की पीढ़ी में शामिल तंत्र की समझ को बढ़ाने कर सकते हैं, और ईईजी के एक और अधिक यथार्थवादी और तार्किक सटीक गणितीय मॉडल के व्युत्पत्ति की सुविधा । anesthetized कुतर में समवर्ती और सह-स्थानीयकृत ईईजी और मल्टी-लामिना LFP संकेतों को प्राप्त करने के लिए एक सरल प्रक्रिया यहाँ प्रस्तुत की गई है । हम यह भी जांच की है कि ईईजी संकेत काफी एक गड़गड़ाहट छेद से प्रभावित थे एक microelectrode के सम्मिलन के लिए खोपड़ी में drilled । हमारे परिणामों का सुझाव है कि गड़गड़ाहट छेद ईईजी रिकॉर्डिंग पर एक नगण्य प्रभाव पड़ता है ।
यह आम तौर पर स्वीकार किए जाते है कि LFPs microelectrodes के माध्यम से दर्ज मुख्य रूप से सिंक्रनाइज़ उत्तेजक और स्थानीय पिरामिड तंत्रिका की निरोधात्मक synaptic गतिविधियों के भारित योग को प्रतिबिंबित आबादी1,2,3 , 4. हमारे हाल के अनुसंधान का प्रदर्शन किया है कि LFP संकेत के प्रोफ़ाइल उत्तेजना और संकोचन5,6के घटकों में अलग हो सकता है । हालांकि, के रूप में LFP सामांय रूप से एक इनवेसिव प्रक्रिया के द्वारा मापा जाता है, यह मानव मस्तिष्क के अधिकांश अध्ययनों के लिए अनुकूल नहीं है ।
दूसरी ओर, ईईजी मस्तिष्क की विद्युत गतिविधि को मापने के लिए एक गैर इनवेसिव तकनीक है । यह व्यापक रूप से मिर्गी के रूप में मस्तिष्क संबंधी रोगों के कुछ प्रकार के लिए एक नैदानिक उपकरण के रूप में प्रयोग किया जाता है, और मानव संज्ञानात्मक अध्ययन में एक अनुसंधान उपकरण के रूप में. अपनी लोकप्रियता के बावजूद, ईईजी की एक प्रमुख सीमा ठीक अंतर्निहित तंत्रिका संकेतों के संदर्भ में7,8,9अपने लौकिक प्रोफाइल व्याख्या अक्षमता है ।
तेजी से, ईईजी के गणितीय मॉडल मस्तिष्क समारोह की समझ को बढ़ाने के लिए विकसित कर रहे हैं10,11,12,13,14,15. मौजूदा ईईजी मॉडल के अधिकांश सहज गतिविधि के दौरान ईईजी डेटा स्पेक्ट्रम के लिए उत्पादन की भविष्यवाणी की मॉडल की फिटिंग आवृत्ति डोमेन विशेषताओं के आधार पर विकसित कर रहे हैं, और बहुत कुछ ईईजी मॉडल यथार्थवादी संवेदी पैदा क्षमता उत्पन्न कर सकते हैं. इस संदर्भ में, ईईजी और LFP की समवर्ती रिकॉर्डिंग ईईजी के अधिक सटीक गणितीय मॉडल विकसित करने के लिए महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि और बाधाओं को प्रदान करेगा ।
ईईजी के तंत्रिका मूल का पता लगाने के लिए समवर्ती रिकॉर्डिंग के लिए इस जरूरत को संबोधित करने के लिए, हम neocortex चूहे के anesthetized में ईईजी और बहु-लामिना LFP संकेतों को एक साथ रिकॉर्ड करने के लिए एक पद्धति विकसित की है. सेटअप पिछले समवर्ती ईईजी/LFP के समान है रहनुमाओं16,17में किए गए अध्ययन । हम आगे ईईजी रिकॉर्डिंग पर खोपड़ी में छेद के आसपास एक गड़गड़ाहट छेद के प्रभाव की जांच की, द्विपक्षीय ईईजी रिकॉर्डिंग की तुलना (यानी, एक गड़गड़ाहट छेद के साथ एक गोलार्द्ध, दूसरे गोलार्द्ध बरकरार) संवेदी के अभाव में उत्तेजना. हमारे परिणाम प्रदर्शित करता है कि समवर्ती ईईजी/LFP रिकॉर्डिंग बस और प्रभावी ढंग से, खोपड़ी में गड़गड़ाहट छेद से थोड़ा ईईजी संकेत विरूपण के साथ आयोजित किया जा सकता है ।
हम सह की समवर्ती रिकॉर्डिंग के लिए एक प्रयोगात्मक प्रक्रिया का वर्णन किया है स्थानीयकृत ईईजी और मूंछ पैड उत्तेजना के जवाब में एक isoflurane anesthetized चूहे के LFP संकेतों । एक microelectrode ईईजी मकड़ी इलेक्ट्रोड में एक खोलने के माध्यम से neocortex में डाला गया था जो एक गड़गड़ाहट खोपड़ी में drilled छेद के साथ गठबंधन किया गया था । इलेक्ट्रोड एक प्रवाहकीय और चिपकने वाला ईईजी पेस्ट द्वारा खोपड़ी के लिए सुरक्षित किया गया था23. नाक शंकु isoflurane के प्रशासन के लिए इस्तेमाल किया ताकि उत्तेजक इलेक्ट्रोड आसानी से मूंछ पैड में डाला जा सकता है संशोधित किया गया था ।
ईईजी पेस्ट मकड़ी इलेक्ट्रोड सुरक्षित रूप से खोपड़ी के लिए बढ़ते में प्रभावी था, जबकि प्रयोगात्मक दिन भर में उत्कृष्ट विद्युत चालकता प्रदान पेस्ट के अतिरिक्त आवेदन के लिए आवश्यकता के बिना । यह खोपड़ी के लिए मकड़ी इलेक्ट्रोड की परिधि को ठीक करने के लिए गोंद के अवांछनीय उपयोग की जगह, के रूप में गोंद गैर प्रवाहकीय है और यह खोपड़ी और इलेक्ट्रोड के बीच चलता है, तो इलेक्ट्रोड के प्रतिबाधा में वृद्धि कर सकते हैं. ईईजी पेस्ट ईईजी जेल, जो गड़गड़ाहट छेद के आसपास आकार करने के लिए मुश्किल है और प्रयोग के दौरान बाहर शुष्क कर सकते हैं, गरीब ईईजी संकेतों में जिसके परिणामस्वरूप पर लाभ के एक नंबर है ।
के रूप में चूहा एक फैराडे पिंजरे के अंदर रखा गया था, बिजली के वातावरण के कारण शोर बहुत तनु थी । हालांकि, कभी तंत्रिका संकेत अभी भी काफी शोर था । अधिकांश मामलों में, यह संदर्भ इलेक्ट्रोड सुरक्षित रूप से स्थित नहीं है और इसलिए पुन: समायोजित किया जा करने के लिए आवश्यक या अधिक ईईजी चिपकाने के लिए उपयोग के कारण किया गया था । एक अंय आम समस्या यह थी कि पैदा LFP आयाम में छोटा था । इस उत्तेजक इलेक्ट्रोड द्वारा सक्रिय cortical क्षेत्र के केंद्र में तैनात नहीं microelectrode के कारण हो सकता है. के बजाय फिर से microelectrode, जो स्थानीय ंयूरॉंस को और अधिक नुकसान हो सकता है डालने, हम आम तौर पर LFP की एक उचित आयाम (> 3 एमवी) जब तक मूंछ पैड में उत्तेजक इलेक्ट्रोड की स्थिति को समायोजित किया जा सकता है ।
तकनीक की सीमाओं में से एक मकड़ी इलेक्ट्रोड है, जो 6 मिमी का व्यास है की गरीब स्थानिक संकल्प है । इस चूहे की खोपड़ी के आकार के साथ तुलना में बड़ी है । दुर्भाग्य से, यहां इस्तेमाल मकड़ी इलेक्ट्रोड खरीद करने के लिए उपलब्ध छोटी है । यह 2-4 mm करने के लिए मकड़ी इलेक्ट्रोड के व्यास को कम करने के लिए वांछनीय हो जाएगा, इस प्रकार ईईजी रिकॉर्डिंग के स्थानिक विशिष्टता में वृद्धि, ईईजी संकेत और supragranular LFP संकेत के बीच तुलना कर कम अस्पष्ट.
प्रोटोकॉल में कई महत्वपूर्ण कदम विशेष ध्यान देने की जरूरत है । पहली गड़गड़ाहट छेद के माध्यम से microelectrode की प्रविष्टि है । चूंकि बाडी अन्यथा बरकरार रहती है, इसलिए सम्मिलनी की शुद्धता महत्वपूर्ण होती है. इलेक्ट्रोड की नोक पर एक मामूली प्रतिरोध आमतौर पर मतलब इलेक्ट्रोड सही ढंग से तैनात नहीं है. यह उठाया जाना चाहिए, स्थिति समायोजित, और फिर से डाला । दूसरे चूहे पर नाक कोन की स्थिति है. यह भी ढीला नहीं होना चाहिए, के रूप में isoflurane शंकु से बच जाएगा । यह भी तंग नहीं होना चाहिए, के रूप में इस चूहे की नाक बाधा और सांस लेने में कठिनाई का कारण सकता है । विशेष ध्यान भी ईईजी रिकॉर्डिंग के आयाम बहुत छोटा है (आमतौर पर 5 से 10 बार छोटे) LFP शीर्ष चैनल रिकॉर्डिंग की तुलना में यह सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक है. यदि वे समान हैं तो यह एक संकेत है कि ईईजी जांच microelectrode के साथ प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष संपर्क में आ गई है । एक अप्रत्यक्ष संपर्क आमतौर पर मस्तिष्क रीढ़ की हड्डी में तरल पदार्थ (सीएसएफ) के माध्यम से होता है जो कभी-कभार खोपड़ी में छेद कर भरता है । सीएसएफ की चालकता आमतौर पर १०० बार है कि खोपड़ी के24,25। इस प्रकार, अगर गड़गड़ाहट छेद के अंदर सीएसएफ के स्तर पर पर्याप्त उच्च है, यह मकड़ी इलेक्ट्रोड के साथ संपर्क कर सकते हैं । इस से बचने के लिए, छेद अक्सर इस तरह के अवशोषण स्पीयर्स के रूप में सुपर शोषक कपास स्पंज के साथ साफ किया जाना चाहिए ।
छेद आसपास ईईजी रिकॉर्डिंग पर खोपड़ी में एक गड़गड़ाहट छेद (व्यास < 2 mm) का प्रभाव ipsi-पार्श्व बैरल प्रांतस्था के ऊपर बरकरार खोपड़ी पर एक और मकड़ी इलेक्ट्रोड रखकर अध्ययन किया गया था ताकि द्विपक्षीय ईईजी रिकॉर्डिंग की तुलना की जा सके । चित्र 9 और चित्र 10में दिखाए गए परिणाम, प्रभाव को महत्व के ०.०५ के स्तर पर तुच्छ होने का सुझाव देते हैं । ईईजी के आयाम को प्रभावित करने वाले अन्य कारकों में शामिल है कितनी अच्छी तरह ईईजी पेस्ट खोपड़ी के साथ संपर्क में था, कैसे फर्म इलेक्ट्रोड पेस्ट करने के लिए दबाया गया था, और खोपड़ी पर ईईजी पेस्ट की स्थानिक सीमा.
यह भी ध्यान दें कि प्रोटोकॉल यहां वर्णित खोपड़ी ईईजी, जो खोपड़ी मानव ईईजी अध्ययन में प्रयुक्त ईईजी से अलग है दर्ज की सार्थक है । खोपड़ी एक रोकनेवाला या एक कम पास फिल्टर है, जो आगे ईईजी रिकॉर्डिंग का संकेत करने के लिए शोर अनुपात कम हो जाएगा की तरह काम करता है.
अंत में, ईआरपी के लौकिक गतिशीलता की तुलना और है कि cortical परतों भर में LFP का सुझाव है कि somatosensory पैदा की क्षमता supragranular की प्रांतस्था परत में है कि दानेदार और infragranular परतों में बेहतर LFP को दर्शाता है । यह हमारे पहले काम6के साथ समझौते में है, प्रदर्शन है कि ईआरपी के प्रारंभिक खंड (P1) वापसी वर्तमान उत्तेजक synaptic दानेदार परत में होने वाली वर्तमान के प्रवाह से उत्पंन होने से संबंधित है, जबकि बाद में कमी ( ईआरपी में N1) thalamic afferent के cortical परतों द्वितीय/III और/या गहरी feedforward परतों से cortical संकेतों को आने में देरी से संबंधित हो सकता है । अंत में, ईईजी/LFP की समवर्ती रिकॉर्डिंग ईईजी की तंत्रिका उत्पत्ति की समझ को बढ़ाने, और cortical परतों में तंत्रिका संकेतों के संदर्भ में ईईजी के गणितीय मॉडलिंग की सुविधा कर सकते हैं ।
The authors have nothing to disclose.
हम पढ़ने के विश्वविद्यालय में एंड्रयू निघाले और संसाधन इकाई का शुक्रिया अदा करना चाहूंगा । इस अनुसंधान BBSRC द्वारा वित्त पोषित किया गया (अनुदान संख्या: BB/K010123/ इस काम से जुड़ा डाटा Y.Z. (ying.zheng@reading.ac.uk) से मुफ्त में उपलब्ध है ।
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 |