このプロトコルでは、共局在脳波 (EEG) や麻酔下のラットにおける潜在的なマルチ-層流のローカル フィールドの同時録音のための簡単な方法について説明します。脳波信号の歪みを生成する微小電極の挿入のため頭蓋骨の穴のバリが表示されます。
脳波 (EEG) は非侵襲的手法として普及し、脳の神経活動を記録するため、脳波の神経新生の私達の理解はまだ非常に限られました。マルチ-層流電極を介して記録局所電界電位 (LFPs) は、大脳皮質の異なる皮質層にわたって同時の神経活動の詳細なアカウントを提供できるが侵襲的な手法。前臨床モデルで LFP と脳波の測定値を結合することができます大幅に脳波信号の生成に関与する神経機構の理解を強化し、脳波のより現実的な生物学的に正確な数学的モデルの導出を容易にします。同時と共局在脳波と麻酔の齧歯類でマルチ層流の LFP 信号を取得するための簡単な手順を次に示します。また脳波信号が微小電極の挿入のため頭蓋骨の穴のバリの影響を受けますかどうかを調べた。バリの穴では、脳波のごくわずかな影響が示唆されました。
一般に電極を介して主に記録の LFPs がローカル錐体神経集団1,2,3の同期興奮性と抑制性シナプスの活動の加重の合計を反映しています。,4. 私たちの最近の研究が示した LFP 信号のプロファイルが興奮と抑制の5,6のコンポーネントに分けることができます。ただし、LFP 侵襲で通常量を測定したら、人間の脳のほとんどの研究にもない適しています。
その一方で、脳波は、脳の電気的活動を測定する非侵襲的な手法です。特定の種類、てんかんなどの神経疾患のための診断ツールとして、人間の認知科学的研究の研究ツールとして広く使用されます。その人気にもかかわらず、脳波の主要な制限は、基になる神経信号7,8,9面で正確にその時間プロファイルを解釈することができないです。
ますます、脳波の数学的モデルは、脳機能10、11,12,13,14,15の理解を高めるために開発されています。既存の脳波モデルのほとんどは、フィッティング中、自発脳波データに出力予測モデルの周波数ドメインの特性に基づいて開発されて、非常に少数の脳波モデルは現実的な感覚誘発電位を生成できます。このコンテキストで LFP と脳波の同時録音は脳波のより正確な数学モデルを開発するため重要な洞察力と制約が提供されます。
さらに脳波の神経の起源を探検する同時録音のこの必要性に対処するため麻酔下ラットの大脳皮質脳波とマルチ-層流 LFP 信号を同時に記録する手法を開発しました。セットアップは、以前同時脳波/LFP 研究実施、霊長類16,17に似ています。さらに脳波感覚の不在で二国間 EEG 録音は (すなわちバリの穴、そのまま他の半球の 1 つの半球) を比較することによって、ホールの周りで頭蓋骨に穴のバリの効果を調べた刺激。脳波/LFP の同時録音が行なわれること単にかつ効果的に、頭蓋骨のバリの穴から小さな脳波信号の歪みとを示した。
ウィスカー パッド刺激への応答のイソフルラン麻酔下ラットの共局在脳波と LFP 信号の同時記録の実験手順を説明しました。頭蓋骨に穴のバリと提携していた脳波クモ電極の開口部を通って大脳皮質に差し入れて電極は導電性で頭蓋骨に固定し、接着剤脳波は23を貼り付けます。イソフルランの管理に使用する鼻の円錐形は、簡単に、ウィスカー パッドに刺激電極を挿入可能性がありますので、変更されました。
脳波貼り付け貼り付けの追加のアプリケーションを必要とせず実験 1 日を通して優秀な電気伝導度を提供しながら安全に頭蓋骨にクモの電極を基板実装時有効であった。接着剤は非導べ電性頭蓋骨と電極間で実行する場合は、電極のインピー ダンスを増やすことができますと、頭蓋骨にクモ電極の周囲を修正する接着剤の望ましくない使用を交換してください。脳波ペーストには、図形のバリの穴回りにくいし、貧しい脳波の実験中に乾くことができます脳波ゲル上の利点の数があります。
ラットは、ファラデーケージの中に置かれた、環境による電気ノイズが大きく減衰されます。しかし、時々 神経信号はまだかなり騒々しかった。ほとんどの場合、これは安全に配置し、再調整する必要したがって、参照電極またはより多くの脳波によって引き起こされたペースト。別の一般的な問題は、振幅の誘発 LFP が小さいことでした。電極刺激電極によって活性化される皮質領域の中央に配置されていない可能性があります。再ローカル ニューロンへより多くのダメージの原因、微小電極を挿入する代わりに我々 は通常、LFP の合理的な振幅までウィスカー パッドで刺激電極の位置を調整 (> 3 mV) 観察することができます。
技術の制限の 1 つは、6 mm の直径を持つクモの電極の空間解像度が低いです。これはラットの頭蓋骨のサイズと比較して大きいです。残念ながら、ここで使用されるクモ電極は最小の購入に利用できます。2-4 mm スパイダー電極の直径を削減することが望ましいこと、脳波、脳波の信号と、顆粒とを比較しての空間の特異性をこうして増加 LFP 信号曖昧さの少ない。
プロトコルのいくつかの重要な手順には、特別な注意が必要があります。最初のバリの穴を介して電極の挿入です。硬膜はそのままそれ以外の場合、カーソル位置の精度は重要です。電極の先端に僅かな抵抗は通常電極が正しく配置されていないを意味します。それが発生する必要があります、位置調整、再挿入します。2 番目は、ラットの鼻の円錐形の位置です。イソフルランは円錐形からの脱出としてそれは緩すぎるなりません。それもしないでくださいきつすぎるとラットの鼻の穴を妨げるし、呼吸困難を引き起こすことができます。特別な注意は、脳波の振幅が小さくなっていることを確認するも必要です (通常 5 ~ 10 倍小さい) LFP 最上位チャネル記録より。彼らが類似している場合に直接または間接的な接触電極脳波プローブが来ていることを示すです。間接的な接触は通常時の穴を満たす脳脊髄液 (CSF) を掘削頭蓋骨の。髄液の電気伝導度は通常 100 回頭蓋骨24,25 です。したがって、バリ穴の中の脳脊髄液のレベルが十分に高い場合、それを作ることができますスパイダー電極と接触します。これを避けるためには、超吸収性綿スポンジ吸収槍などとの穴を頻繁掃除必要があります。
バリの穴の効果 (直径 < 2 mm) 脳波に頭蓋骨の穴を囲む記録 ipsi 水平バレル皮質上にドクロをそのままに別のクモの電極配置をする二国間の脳波を比較することによって調べた。図 9 と図 10に示すように有意水準 0.05 で有意に効果が示唆されました。脳波のペーストは、頭蓋骨、電極が貼り付け] を押されたどのようにしっかりと頭蓋の脳波ペーストの空間的な広がりとの接触がいかにうまく、脳波の振幅に影響を与えるその他の要因が含まれます。
また、ここで説明されているプロトコルが、人間の脳波の研究で使用される脳波の頭皮から異なる頭蓋骨脳波記録ことに注意する価値があります。頭皮抵抗やさらに脳波の信号対雑音比を低減する低域通過フィルターのような役割を果たします。
最後に、ERP のダイナミクスと皮質層にわたって誘発 LFP の比較は、体性感覚誘発電位より良い粒状より皮質の顆粒層とではレイヤー LFP を反映するをお勧めします。これは以前仕事6ERP の最初のセグメント (P1) は興奮性シナプス電流発生の顆粒層でその後減少 (流入から生じる戻り現在に関連しているを示すと一致しています。N1) erp に関連する視床皮質への求心性の層 II/III および/またはフィード フォワード信号の到着が遅れて深い皮質層から。結論として、脳波/LFP の同時録音することができます脳波、神経の起源に関する理解を深めるし、皮質層全体の神経信号の面で脳波の数学的モデリングを容易にします。
The authors have nothing to disclose.
アンドリュー ・ クリップスとレディング大学で生物ユニットに感謝したいと思います。この研究 BBSRC によって資金が供給された (許可番号: BB/K010123/1)。この作業に関連付けられているデータは Y.Z. (ying.zheng@reading.ac.uk) から自由に利用できます。
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 |