Summary
이 프로토콜의 공동 화 된 electroencephalography (뇌 파)와 멀티-층 류 지역 필드는 마 취 쥐에 잠재적인 동시 녹음에 대 한 간단한 방법을 설명합니다. EEG 신호의 무시할 수 왜곡을 생산 하는 microelectrode의 삽입에 대 한 두개골에 드릴 버 구멍 표시 됩니다.
Abstract
Electroencephalography (뇌 파)는 뇌의 신경 활동을 기록에 대 한 비-침략 적 방법으로 널리 사용 된다, 뇌 파의 성체에 대 한 우리의 이해를 아직도 매우 제한 됩니다. 로컬 필드 전위 (LFPs) 멀티 박판 모양 microelectrode를 통해 기록 된 피 질, 다른 피 질 레이어에서 동시 신경 활동의 보다 자세한 계정을 제공할 수 있지만 기술은 이다 침략. 전 임상 모델에서 뇌 파 및 LFP 측정을 결합 하 여 뇌 파 신호의 생성에 관련 된 신경 메커니즘의 이해 및 뇌 파의 더 현실적이 고 생물학적으로 정확한 수학적 모델의 파생을 촉진 크게 수 있습니다. 동시와 공동 화 된 뇌 파와 마 취 설치류에 다중 층 류 LFP 신호 획득을 위한 간단한 절차는 여기에 제공 됩니다. 우리는 또한 뇌 파 신호는 microelectrode의 삽입에 대 한 두개골에 드릴 버 구멍 크게 영향 여부 조사. 우리의 결과 버 구멍 뇌 파 기록에 영향을 무시할 수 있다는 것이 좋습니다.
Introduction
그것은 일반적으로 LFPs microelectrodes 통해 주로 기록 동기화 흥분 성의 억제 시 냅 스 활동 지역의 피라미드 신경 인구1,2,3 의 가중치 합을 반영 허용 , 4. 우리의 최근 연구 보여준 LFP 신호의 프로필 흥분 및 억제5,6의 구성 요소로 분리 될 수 있었다. 그러나, LFP는 일반적으로 침략 적 절차를 통해 측정 됩니다, 그것은 적합 하지 인간 두뇌의 대부분의 연구.
다른 한편으로, 뇌 파 두뇌의 전기적 활동을 측정 하기 위한 비 침범 성 기술 이다. 간 질, 신경 질병의 특정 유형에 대 한 진단 도구와 인간의 인지 연구에 연구 도구로 널리 사용 됩니다. 그것의 인기에도 불구 하 고 뇌 파의 주요 한계 그것의 임시 프로필 기본 신경 신호7,,89의 관점에서 정확 하 게 해석 하는 무 능력 이다.
점점, 뇌 파의 수학적 모델은 뇌 기능10,11,12,13,,1415의 이해를 개발 된다. 대부분 기존 뇌 파 모델의 피팅 주파수 도메인 특성 예측 모델의 자발적인 활동 하는 동안 뇌 파 데이터 스펙트럼을 출력에 따라 개발 되 고 거의 뇌 파 모델 현실적인 감각 갖는 잠재력을 생성할 수 있습니다. 이러한 맥락에서 뇌 파 및 LFP 동시 녹음 뇌 파의 보다 정확한 수학적 모델을 개발 하기 위한 중요 한 통찰력 및 제약 조건을 제공할 것입니다.
더 탐험의 뇌 파 신경 기원 동시 녹음에 대 한이 필요를 해결 하기 위해 우리는 동시에 마 취 쥐의 피 질에서 뇌 파와 멀티-층 류 LFP 신호를 기록 하는 방법론을 개발 했다. 설치 이전 동시 뇌 파/LFP 연구 영장류16,17에서 비슷합니다. 우리 더욱더 EEG 레코딩 양측 뇌 파 기록 (즉, 버 구멍, 다른 반구 그대로 한 반구) 감각의 부재에 비교 하 여 구멍을 둘러싼 두개골을 드릴 버 구멍의 효과 조사 자극입니다. 우리의 결과 동시 뇌 파/LFP 녹음 지휘 될 수 있다 간단 하 고 효과적으로, 두개골에 버 구멍에서 작은 뇌 파 신호 왜곡 하는 방법을 보여 줍니다.
Protocol
모든 실험 영국 홈 오피스 규정 (동물 (과학적인 절차) 행위, 1986)에 따라 실시 하 고 독서, UK의 대학에 연구 윤리 위원회에 의해 승인 했다.
1. 동물 준비
참고: 여성 리스 터 후드 쥐 모든 실험을 위해 사용 되었다. 이것은 비 생존 절차입니다.
- 실험실 규모에 쥐의 체중을 기록 합니다.
- 5 %isoflurane는 산소 유량 1 L/min의 챔버에 쥐 anesthetize
- Stereotaxic 홀더 물린 막대를 통해 휴식 이빨과 본문 아래 종이 타월에 쥐를 놓고... 종이 타월 열 패드의 삽입을 쉽게 할 것 이다 (단계 2.3 참조) 실험 기간 동안 쥐에서 어떤 배설물을 잡을.
- Isoflurane 쥐 어댑터 연결 작은 동물 isoflurane 마 취 시스템을 콘 0.5 L/분의 산소 흐름 율 3%의 농도에 대 한 코 클램프에 장착 한 하드 플라스틱 원뿔을 통해 지속적으로 관리 합니다.
2. 수술
- 쥐는 휴식 하는 종이 타월 아래 온도 조절 난방 패드를 삽입 하 고 쥐의 머리 두 귀 바, 안전한 직장 온도계를 사용 하 여 체온을 모니터링.
- 쥐의 머리의 면도.
- 각 막 건조 방지 하기 위해 눈에 안과 연 고를 적용 합니다.
- 두개골을 노출 하기 전에 두 피에 lidocaine 방울을 적용 하 고 피부에 부드럽게 마사지 합니다.
- 두개골의 표면 노출 하는 메스를 사용 하 여 두 피에 약 2-3 cm의 중간 절 개를 확인 합니다.
- 신중 하 게는 temporalis 근육 콘트라 옆 Jacquette 스케일 러와 톱니 모양의 곡선된 해 집게의 쌍을 사용 하 여 두개골에서 자극 될 수염 패드를 구분 합니다. 필요할 때마다 면봉으로 두개골을 청소.
- 꼰된 실크를 사용 하 여, 비 흡수 성 봉합 사, 꽉 매듭으로 두 피에 분리 된 근육 고 stereotaxic 프레임18에 단단히 봉합 넥타이.
- 신 피 질, 2.5 m m bregma에 꼬리를 찾으려고 stereotaxic 좌표를 사용 하 고 6 m m 중간19에 측면. 점이 somatosensory 피 연필 이나 마커를 사용 하 여 위치에 그립니다.
-
치과 드릴을 사용 하 여 표시 된 위치에서 버는 구멍을 드릴 합니다. 두개골 훈련 도중 과열 되지 않도록 하려면 적용할 멸 균 식 염 수 (0.9% 염화 나트륨) 작업 영역 마다 10-15 s. 드릴링 과정은 다음 3 단계를 포함:
- #4 (0.055 직경에서) 드릴 비트를 사용 하 여 두개골에 < 2 mm 직경의 구멍을 드릴 합니다. 알아서 하지 드릴은 dura.
- #1/4 (0.019 직경에서) 드릴 비트를 사용 하 여 반투명에 구멍의 바닥 얇은.
- 27 G 바늘을 사용 하 여 피어스는 microelectrode의 삽입을 허용 하도록 두 라.
- 쥐, 진동 절연 워크스테이션 위에 탑재 패러데이 케이지를 stereotaxic 프레임에 전송 합니다.
- 다음 생리 적 매개 변수를 지속적으로 모니터링 하는 쥐의 뒷 발에는 속도도 제어 장치에 연결 하는 속도도 센서 클램프 연결: 심장 박동, 호흡 속도, 동맥 산소 포화, 펄스 팽창, 그리고 호흡 팽창. 이러한 매개 변수는 생리 적 상태와 암흑의 마 취 깊이 PC 모니터에 지속적으로 표시 했다.
- 하드 플라스틱 원뿔 isoflurane 관리에 대 한 교체 및 코 클램프 장착은 투명 한 부드러운 코 콘 microflex 한숨으로 쥐 어댑터에 대 한 수정 (그림 1A)는 수염의 1 개의 측에 쉽게 수염 자극 수 있도록 isoflurane 관리 없이 패드.
- 컷 아웃 코 콘에 의해 노출 되는 수염 패드 2 개의 스테인리스 자극 전극 삽입 합니다.
- 절연된 전류 자극 자극 전극 연결 합니다.
- 집게와 목의 중간의 피부를 리프트 하 고 1 ~ 2 cm 절 개가 위 참조 전극의 배치에 대 한 준비. 알아서 하지 근육 조직을 잘라.
3. 공동 화 된 뇌 파/LFP 설치
- 깨끗 하 고 건조 한 면봉을 사용 하 여 버 구멍 주변의 두개골.
- 조심 스럽게 뇌 파 거미 전극의 한쪽 평면에 전도성 EEG 페이스트를 놓습니다. 붙여넣기 및 거미 전극 접촉 하지 않고 구멍을 통과 하는 다중 층 류 microelectrode 수 있도록 거미 전극에 EEG 페이스트 분명 작은 구멍을 남겨 주세요. 이 뇌 파 전극과는 microelectrode 사이 전기 접촉을 방지할 수 있습니다.
- 두개골을 직면 하는 EEG 페이스트와 거미 전극을 두개골에 버 구멍에 맞춥니다.
- 조심 스럽게 눌러 회사 접촉 EEG 붙여넣기를 통해 두개골과 두개골에 거미 전극. 모든 붙여넣기 버 구멍에 주사기 바늘을 사용 하 여 왜곡을 제거 합니다.
- 거미 전극과 두개골 사이의 접촉 공간 (그림 1B) 전극의 크기에 제한 된 있도록 거미 전극의 주변을 넘어 과도 한 뇌 파 붙여넣기를 제거 합니다.
그림 1: 동시 뇌 파/LFP 녹음에 대 한 일반 설치. (A) 설치 쉽도록 수염 패드 자극 isoflurane 마 취 수정된 코 콘, 2 개의 자극 전극은 수염에 삽입 패드, 거미 전극 위에 신 피 질 콘트라 옆에 두개골에 자극 전극, 거미 전극과 참조 전극을 통해 신 피 질에 삽입 하는 멀티 채널 microelectrode 쥐의 목 뒤쪽 절 개 안에 배치. (B) 안전 하 게 두개골에 뇌 파 붙여넣기 위치 거미 전극의 현미경을 통해 볼 수 있습니다. microelectrode 숫 돌 구멍 거미 전극에서 두개골을 드릴로 삽입 됩니다. 두 피는 수술 실 (봉합 사) stereotaxic 프레임에 연결 하 여 다시 개최 됩니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
- 뇌 파에 대 한 참조 전극에 EEG 페이스트를 비방 하 고 안전 하 게 쥐의 목 뒤쪽 절 개 안에 배치.
- 뇌 파 전극 낮은 임피던스 신호 (그림 2)에 대 한 수동 신호 분배기를 통해 프리 앰프에 연결 합니다. 거미 전극의 임피던스는 5 k ω 아래 다는 것을 확인 하십시오. 그렇지 않으면 확인 EEG 붙여넣기 두개골과 좋은 접촉에 고 전극은 단단히 누르면 EEG 붙여넣기. 필요한 경우 더 많은 EEG 페이스트를 추가 합니다.
- Micromanipulator 팔 stereotaxic 프레임에 탑재 합니다. 16 채널 급성 headstage micromanipulator 팔에 안전 하 게이 어에 선형 16 채널 microelectrode (100 µ m 간격, 각 사이트 177 µ m2의 지역)를 연결 합니다.
- 얼룩 EEG 뇌 파 및 microelectrode, 참조 전극에 붙여 넣을 다음 안전 하 게 절 개 (그림 1A) 안에 넣어.
- microelectrode은 대뇌 피 질의 표면에 수직인 micromanipulator 팔의 각도 조정 합니다. 이 각도 일반적으로 25-35 ° 사이입니다.
- 버 구멍의 바닥에 작은 개통은 microelectrode의 팁 겨냥 최고 전극 그냥 대뇌 피 질의 표면 침투 때까지 있도록 micromanipulator 손잡이 선회 하 여 현미경 microelectrode를 낮춥니다. 전극 휴식 것이 경질의 표면에 microelectrode를 적용 하지 않도록 주의 해야 합니다.
- 부부는 프리 앰프를 16 채널 microelectrode 광섬유 케이블 (그림 2)를 통해 데이터 수집 장치에 연결합니다.
- 프리 앰프, 데이터 수집 장치 및 장치에 연결 된 컴퓨터를 켭니다. 자극 기 상자 설정.
- 1500 µ m20의 깊이 micromanipulator의 z 축 손잡이 천천히 선회 하 여 대뇌 피 질의 표면에 일반적으로 microelectrode를 삽입 합니다.
- 마이크로-조정 깊이 수염 패드에 자극의 기차를 적용 하 고 데이터 수집 장치는 PC에 설치 된 소프트웨어를 사용 하 여 PC 모니터에 16 채널 갖는 LFP를 관찰 합니다. 신중 하 게 설정 z 축 손잡이 micromanipulator 갖는 LFP의 높은 진폭 (로이 피 질에서 레이어 4 일치) 채널 7 주변에 발생 될 때까지.
참고: Ipsi 옆 뇌 파 전극 설치: 몇 가지 실험에 대 한 두 번째 거미 전극 배럴 피 위에 그대로 두개골의 ipsi 옆에 배치 했다. 이 설치 허용 휴식 상태에 있는 동안 기록 하는 양자 뇌 파 뇌 파 신호에 버 구멍의 효과 조사.
참고: 수술 뇌 파 전극을 설정 하는 단계 2.6 제외 하 고 위에서 설명한 동일, 머리의 각 측에 temporalis 근육 신중 하 게 두개골에서 분리, 다시 봉합 되었고의 해당 측면에 안전 하 게 연결 stereotaxic 프레임입니다.
참고: 동시 뇌 파/LFP 설치는 또한 두 번째 거미 전극 EEG 페이스트와 로드 다음 ipsi 측면 배럴 피 위에 두개골에 단단히 누르면 추가 단계와, 위에서 설명한.
그림 2입니다. 신호 흐름 다이어그램. 쥐는 패러데이 새 장 안에 배치 됩니다. 자극 전극 자극 기 상자는 PC에 설치 된 소프트웨어를 통해 데이터 수집 장치에 의해 제어에서 명령을 받을 수 있습니다. 신경 신호는 microelectrode에 의해 기록 된 패러데이 케이지 내부 프리 앰프에 전송 됩니다. 뇌 파 조사에 의해 기록 된 신경 신호는 신호 분배기를 통해 프리 앰프에 전송 됩니다. 프리 앰프는 광섬유 케이블을 통해 패러데이 케이지 외부 데이터 수집 장치에 연결 되어 있습니다. 그들은 PC 모니터에 표시 될 수도 있습니다 하는 동안 신경 데이터 다음 PC에 로컬 드라이브에 저장 됩니다. 모바일 작은 동물 isoflurane 시스템 패러데이 케이지 외부에서 isoflurane를 관리합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
4. 전기 자극 및 신경 기록
참고: 모든 신경 데이터의 샘플링 주파수는 16-비트 해상도 24.41 kHz는. 재판의 시작에서 단일 전기 자극 시험에 의하여 이루어져 있다. 또한 간 자극 간격 (ISI)는 각 시험 지속 10 s. 각 자극은 1.2의 사각형 전류 펄스 버 구멍, 연속 250의 상태를 휴식의 효과 연구를 지속 0.3 양 양자 실험에 대 한 mA s도 기록.
- 사용 중인 컴퓨터에 기록 소프트웨어를 엽니다.
- 'OpenProject'의 드롭다운 메뉴에서 ' 로드 프로젝트...'를 선택 하 여 실험에 대 한 정확한 회로 로드 합니다. 새 창 ('벤치')은 (그림 3) 표시 됩니다.
그림 3입니다. 데이터 수집 장치에 대 한 소프트웨어 GUI 표시 그것은 업로드 하 적합 한 회로, 자극 매개 변수를 설정 및 데이터를 기록 하 고 시각화 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
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신경 녹음 저장 하 (소프트웨어에 의해 '탱크' 라는) 새 디렉터리를 만듭니다.
- 창의 상단에서 '파일' 클릭 하 고 ' 데이터 작업 관리 '를 선택 합니다. 새 창 (' 탱크 관리 ') 표시 됩니다.
- ' 탱크 관리 ' 창에서 메뉴를 표시 하려면 마우스 오른쪽 버튼을 누릅니다. '새로운 탱크 만들기'를 선택 합니다. 또 다른 새로운 창 (' 만들기 데이터 탱크 ') 표시 됩니다.
- 데이터 탱크 만들기 ' 창에서 새 데이터 디렉터리를 만들을 경로 선택 하 고 새 디렉터리의 이름을 입력 합니다. 그런 다음 '확인'을 누릅니다. 이 창은 사라집니다.
- 새 디렉터리 ' 탱크 관리 ' 창에서 하지만 회색으로 나타납니다. 마우스 오른쪽 단추로 클릭 하 여이 디렉터리를 등록 하 고 드롭다운 메뉴에서 ' 등록 탱크 '를 선택 합니다. 블랙 (그림 4)에 지금은 새로운 디렉토리의 이름 왼쪽에 빨간색 별 녹색 화살표가 표시 됩니다.
- 드롭다운 메뉴에서 ' 탱크 관리 ' 창에서 마우스 오른쪽 단추로 클릭 하 고 ' 탱크 목록 새로 고침 '을 선택 하 여 사용 중인 모든 이전 디렉터리를 등록 취소 합니다.
- ' 탱크 관리 ' 창을 종료 하려면 '확인'을 클릭 하십시오.
그림 4: 등록 된 데이터 디렉터리를 보여주는 GUI 소프트웨어의 디스플레이. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
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'범위'를 실험 하는 동안 신경 신호를 표시에 새로운 디렉토리를 등록 합니다.
- 'OpenProject' 창에서 '범위' 아이콘을 클릭 하십시오. 새 창 ('범위') 표시 됩니다.
- '범위' 창에서 마우스 오른쪽 클릭 하 고 드롭다운 메뉴에서 ' 탱크 목록 새로 고침 '을 선택 합니다. 새 디렉터리의 이름을 회색으로 표시 됩니다.
- 새 디렉터리를 클릭 하십시오. 블랙에 지금은 새로운 디렉토리의 이름 왼쪽에 빨간색 별 녹색 화살표가 표시 됩니다.
- 창의 상단에서 '설치'를 클릭 하 여 '작업' 창에서 데이터 수집을 위한 실험 매개 변수를 설정 합니다. 새 창이 나타납니다. '루프 청소'를 선택, 재판과 재판 기록의 숫자의 길이 설정.
- 자극 기 상자 설정 되어 있는지 확인 하십시오.
- '작업' 창에서 '녹음' 버튼을 누릅니다. 새 창이 나타납니다. 실험에 대 한 저장 실행 하지만 하지 설정할 수를 뇌 파 기록 매개 변수 해야이 단계에서 반환 버튼을 누르면 할 데이터 파일의 이름을 입력 합니다.
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프리 앰프에 그래픽 사용자 인터페이스 (GUI)를 사용 하 여 뇌 파 기록 매개 변수를 설정 합니다. 터치 화면을 프리 앰프의 스크린 (어디). '디스플레이 (그림 5)의 잠금을 해제 잠금 해제를 선택 합니다.
- 2 '에서 왼쪽된 아이콘을 눌러: 뇌 파 ' 패널. 새로운 디스플레이 표시 됩니다.
- '커플링' 누르고 'AC' 선택.
- ' Ref 모드 '를 누르고 '지역'을 선택 합니다.
- ' Samp 속도 '를 누르고 ' 25 KHz 선택 '.
- 원래 디스플레이로 돌아가려면 ' 확인'을 누릅니다.
그림 5: 프리 앰프에는 GUI. 그것은 뇌 파를 기록 매개 변수 (예를 들어, 샘플링 주파수 및 참조 기본 설정) 설정할 수 있습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
- 2 ' 가운데 아이콘을 눌러 뇌 파 probe(s)의 임피던스를 확인: 뇌 파 ' 패널. 너무 높은 경우 조사를 더 EEG 페이스트를 추가 합니다. 원래 디스플레이로 돌아가려면 ' 확인'을 누릅니다.
- 뇌 파 기록의 초기 동요를 기록 하지 않으려면 대기 20 s.
- 다시 키보드에 PC 모니터 (후 20 s 대기)과 언론 '반환' 키로 이동. 뇌 파 및 LFP 신호 기록 됩니다.
5. 데이터 분석
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사전에 다음 단계를 사용 하 여 재판에 의해 재판으로 갖는 LFP과 EEG 신호 처리.
- 이동 다시 신경 데이터 시간에 의해 20 샘플 (0.82 ms에 해당). 이것은 자체 TDT에 신경 데이터를 수집 하는 데 사용 하는 회로 의해 생성 하는 지연입니다. 데이터를 이동 하 여 시간 0 포인트 자극의 발병에 정렬 됩니다.
- 1 0에서 신경 데이터를 대체 하 여 자극 아티팩트를 제거 데이터를 연결 하는 직선으로 ms 포인트 1 데이터 요소와 0 ms에서 ms.
- 0-말은 각 재판 신경 신호 자극 발병 전에 200 ms의 평균 값을 빼서.
- 저역 통과 필터링 800 Hz 양방향 데이터에 어떤 시간적 변화를 소개 하는 피하기 위해 4번째 차 버터워스 IIR 유형 필터를 사용 하 여 아래의 데이터.
- 동물에서 다중 층 류 데이터를 맞춥니다. 각 동물의 LFP 데이터에 대 한 적용 역 전류 소스 밀도 (스플라인 iCSD, 소스 반지름 R = 0.5 m m) 가우스 필터 분석21 (λ = 50 µ m) 레이어를 찾으려고 IV 싱크1는 대뇌 피 질에서 발생 하는 가장 큰 부정적인 피크에 의해 주어진 다 자극 증상의 첫 번째 15 ms 내에서 pial 표면 아래 깊이. CSD, 그리고 해당 LFP 데이터 다음 동물에 걸쳐 그들의 싱크 위치에 따라 정렬 됩니다. 일반적인 싱크 레이어 IV에 위치 하 고 있습니다 ~ pial 표면 아래 600 µ m.
- 맞춤 후 사용 하 여 채널 2, 7, supragranular, 세분화의 신경 응답의 대표자로 realigned LFP의 12 및 infragranular 레이어, 각각 총 신 피 질에.
- 평균 갖는 LFP과 EEG 100 재판을 통해 사전 처리 데이터를 평균 하 여 계산 합니다.
- 뇌 파에 버 구멍의 효과 조사, 다운-샘플 뇌 파 신호를 1000 Hz, 그리고 계산 전력 스펙트럼 밀도 (PSD) (두개골에 구멍)와 콘트라-측면 및 ipsi 옆 (그대로 두개골) 거미 전극 녹음 250 s 기간 동안 상태를 휴식. PSD는 0.1-100에서 계산 된 'pmtm'22multitaper 메서드 기반 함수를 사용 하 여 Matlab에서 Hz.
- 다음과 같은 잘 알려진 주파수 대역으로 주파수 범위를 분할: 델타 (δ): 0.1-4 Hz, 세타 (): 4-8 Hz, 알파 (α): 8-13 Hz, 베타 (β): 13-31 Hz, 감마 (γ): 31-100 Hz. 계산 각 밴드 내의 평균 PSD.
- 각 주파수 대역 내에서 차이 계산 정규화 된 psd, P잘못, 콘트라-그리고 ipsi 옆 뇌 파 방정식을 사용 하 여:
어디 Pc 와 P나 PSD의는 콘트라와 ipsi-옆 뇌 파, 관심 주파수 대역에서 각각 평균 있습니다. - 각 주파수 대역 내에서 두 개의 반구에서 기록 된 뇌 파 신호 PSD 사이 (의미 수준 0.05) 큰 차이 가설 테스트를 한 표본 t-검정을 수행 합니다.
Representative Results
4 쥐에서 데이터는 해당 시간 시리즈를 평균 했다. 갖는 뇌 파 응답의 진폭 이라고 이벤트 관련 잠재력 (ERP)는 일반적으로 LFP 보다 훨씬 작은. 그림 6 평균 ERP 및 세분화, supragranular에 LFP 및 배럴 피 infragranular 층을 각각 보여 줍니다. 각 플롯에 오류 밴드는 해당 표준 오류입니다. ERP는 10 번 갖는 LFP 보다 작은 약을 볼 수 있습니다.
그림 6: 뜻 (n = 4) ERP, 세분화, supragranular 및 infragranular LFP 신경 신호. 그림자는 표준 오류를 나타냅니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
ERP 및 LFP의 일시적인 역동성의 비교는 그림 7에 나와 있습니다. ERP와 supragranular 그림 7A 에 LFP 직접 중첩의 이러한 두 가지 유형의 신경 신호 진폭 차이의 순서를 보여 줍니다. 일시적인 역동성을 비교, ERP와 LFP 그들의 부정적인 피크 진폭에 대해 정규화 됩니다. 그림 7B 및 7 C 표준화 된 ERP 겹쳐 정규화 된 supragranular와 LFP와 정규화 된 세부적인 LFP, 각각 표시 됩니다.
그것은 볼 수 있습니다 그림 7B 에서 p 1과 ERP에 대 한 n 1의 봉우리는 supragranular 계층에 LFP의 해당 봉우리 보다 더 지연. 그러나,이 두 가지 신경 신호의 시간적 프로필 비슷합니다, p1 선행 하는 N1. 다른 한편으로, ERP의 임시 프로필은 세분화 (레이어 4 배럴 피)의 현저 하 게 다른 LFP (그림 ℃). 중요 한 것은 ERP 반대 극성으로 두 봉우리의 주로 구성 되어 반면 단일 부정적인 피크 (대뇌 피 질의 레이어 IV에 주요 싱크 반영)에 의해 지배 하는 세부적인 LFP와 다른 각각의 미러 이미지는 없습니다.
그림 7: ERP 및 LFP의 일시적인 역동성의 비교. (A) ERP (실선) supragranular LFP (파선)으로 표시. 그림자는 표준 오류를 나타냅니다. (B) 표준화 ERP (실선) 정규화 된 supragranular LFP (파선)으로 표시. (C) 정규화 ERP (실선) 정규화 된 세부적인 LFP (파선)으로 표시. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
ERP 신호 그것으로 교 련된 버 구멍으로 두개골에 배치 하는 거미 전극을 통해 측정 했다. 뇌 파 기록에 구멍의 효과 조사, 다른 거미 전극 ipsi 측면 배럴 피 위에 그대로 두개골에 배치 했다. 두 거미 전극의 임피던스 EEG 붙여넣기 사용의 금액을 조정 하 여 크기에서 대 등 했다 되도록 주의 했다. 4 쥐에서 데이터 (어떤 되지 같은 쥐 사용한 위) 여기에 표시 됩니다.
그림 8 그림 8A에 표시 된 100 s 데이터와 사각형 프레임에 데이터 한 쥐의 두 전극에서 동시 휴식 상태 뇌 파 기록을 보여준다 (20 s) 그림 8B에서 확장 됩니다. 2 개의 뇌 파 신호 크게 공동 다 진폭의 비슷한 범위 내에서. 그림 9 는 주파수 축에서 선형 눈금을 사용 하 여 첫 행과 주파수 축에 로그 눈금을 사용 하 여 낮은 주파수 범위에서 확장 된 보기를 제공 하는 아래쪽 행 4 쥐의 PSD를 보여줍니다. 그림 9, 거기 나타나지 않습니다 할 일관 된 PSD에서 과목에 걸쳐. 이것은 그림 10에 표시 된 5 개의 주파수 대역에서 평균된 PSD에서 정규화 된 차이에 한 샘플 t-테스트를 수행 하 여 확인 되었다. 이 주파수 대역에서 정규화 된 PSD 차이의 없음 0에서 크게 달랐다 (p = 0.32, 0.46, 0.85, 0.69, 0.97, 각각).
그림 8: 양측 뇌 파 기록. (A) 두개골 뇌 파 상태 (검정) 두개골과 그대로 두개골 (회색)는 반대 반구에 동시 뇌 파 기록에서 버는 구멍을 휴식 하는 동안 녹음 (B) 확장 (A) 사각형 프레임 내에서 파형의 볼. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 9: 콘트라-(블루)와 ipsi 옆 (레드) 뇌 파의 스펙트럼 밀도 (PSD)를 전원. 각 열에 표시 한 쥐에 대 한의 PSD. 상위 패널 하단 패널 수를 낮은 주파수 범위에서 PSD를 허용 하도록 로그 주파수 규모를 사용 하는 동안 선형 주파수 규모를 사용 합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
그림 10: 그룹 분석. 정규화와 콘트라-5 개의 주파수 대역으로 ipsi 옆 PSD: 델타, 쎄 타, 알파, 베타 및 감마. 각 막대 오차 막대로 표시 하는 표준 오차와 주파수 대역 내에서 비 정규화 된 차이 보여줍니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭 하십시오.
Discussion
우리는 isoflurane 마 취 쥐 수염 패드 자극에 대 한 응답에서의 공동 화 된 뇌 파 및 LFP 신호 동시 녹음에 대 한 실험 절차를 설명 했습니다. microelectrode는 두개골을 드릴 버 구멍 정렬 된 뇌 파 거미 전극에는 개방을 통해 피 질에 삽입 되었다. 전극에 전도성에 의해 두개골을 확보 했다 및 접착제 EEG 붙여넣기23. 전극 자극 수 삽입할 수염 패드에 쉽게 isoflurane의 관리에 사용 하는 코 콘을 수정 했다.
뇌 파 붙여넣기 붙여넣기의 추가 응용 프로그램에 대 한 필요 없이 실험 하루 전반에 걸쳐 우수한 전기 전도도 제공 하면서 안전 하 게 두개골, 거미 전극 장착에 효과적 이었습니다. 비 전도성 접착제 이며 두개골 전극 사이 실행 되 면 전극의 임피던스를 높일 수로 해골, 거미 전극의 주변을 해결 하기 위해 접착제의 바람직하지 않은 사용 대체. 뇌 파 붙여넣기 다양 한 뇌 파 젤 모양 버 구멍 주위에 어려운 이며 실험, 불 쌍 한 뇌 파 신호 인 동안 건조 수 있는 장점이 있다.
쥐 패러데이 새 장 안에 배치 했다, 환경으로 인해 전기 잡음 감쇠 크게 되었다. 그러나, 때로는 신경 신호가 했다 아직도 꽤 시끄러운. 대부분의 경우에서이 참조 전극 하지 안전 하 게 배치 하 고 따라서 다시 조정 필요 하거나 더 많은 뇌 파에 의해 발생 했다 붙여넣기 사용. 또 다른 일반적인 문제는 이었다 갖는 LFP 작은 진폭에서. 이것은 대뇌 피 질의 자극 전극에 의해 활성화의 중앙에 위치 하지 microelectrode 때문일 수 있었다. 다시 로컬 신경에 더 많은 손상을 일으킬 수, microelectrode를 삽입 하는 대신 우리가 일반적으로 조정 수염 패드에 자극 전극의 위치는 LFP의 합리적인 진폭까지 (> 3 mV) 관찰 될 수 있었다.
기술의 한계 중 하나는 6 m m의 직경을가지고 거미 전극의 빈약한 공간적 해상도입니다. 이것은 쥐의 두개골의 크기와 비교 된 큰 이다. 불행히도, 여기 사용 거미 전극은 작은 구입 가능. 그것은 2-4 m m 거미 전극의 직경을 감소 하는 것, 따라서 증가 하는 뇌 파 기록, EEG 신호는 supragranular 사이 비교를 만들기의 공간 특이성 LFP 덜 모호한 신호 것입니다.
프로토콜에 몇 가지 중요 한 단계는 특별 한 주의가 필요합니다. 첫 번째 버는 구멍을 통해 microelectrode의 삽입 이다. 경질 그대로 달리는, 삽입의 정밀도 중요 하다. 전극의 끝에 약간의 저항을 일반적으로 전극 제대로 배치 되지 의미 합니다. 그것은 발생 합니다, 위치를 조정 하 고 다시 삽입. 두 번째는 쥐에 코 콘의 위치입니다. 그것은 해야 되지 너무 느슨한 isoflurane 원뿔에서 탈출 한다. 그것은 또한 안 됩니다 너무 꽉이 쥐의 콧구멍을 방해 하 고 호흡 곤란을 일으킬 수 있습니다. 뇌 파 기록의 진폭은 훨씬 더 작은 수 있도록 특별 한 주의 필요 또한 (일반적으로 5 ~ 10 배 더 작은) LFP 최고 채널 녹음 보다. 그들은 유사한 경우에, 그것은 뇌 파 조사는 microelectrode와 직접 또는 간접 접촉으로 왔다 표시입니다. 간접 접촉은 일반적으로 뇌 척추 액체 (CSF) 때때로 구멍을 채우는 통해 뚫고 두개골에. CSF의 전도도 일반적으로 100 배 두개골24,25의. 따라서, 버 구멍 안에 CSF의 수준을 충분히 높은 경우에, 그것은 만들 수 있습니다 거미 전극과 접촉. 이 방지 하려면 구멍 슈퍼 흡수 성 목화 스폰지 같은 흡수 스피어스와 자주 청소 되어야 한다.
버 구멍의 효과 (직경 < 2 mm) 뇌 파에 두개골에 구멍을 둘러싼 기록 양측 뇌 파 기록을 비교할 수 있도록 ipsi 측면 배럴 피 위에 그대로 두개골에 다른 거미 전극 배치 하 여 공부 했다. 그림 9 와 그림 10에 표시 된 결과 효과 0.05 수준의 의미에 중요 한 수를 제안 합니다. 뇌 파의 진폭에 영향을 미치는 다른 요인 포함 얼마나 잘 뇌 파 붙여넣기 두개골, 전극에 붙여넣기, 누른 어떻게 회사 및 두개골에 뇌 파 붙여넣기의 공간적 범위와 접촉 했다.
참고 여기에 설명 된 프로토콜에서 두 피 뇌 파 인간의 뇌 파 연구에 사용 된 다른 두개골 뇌 파 기록 보람 이기도 합니다. 두 피는 저항 또는 추가 기록 하는 뇌 파의 신호 대 잡음 비율을 줄일 것입니다 낮은 패스 필터 처럼 작동 합니다.
마지막으로, 대뇌 피 질의 레이어에서 갖는 LFP의 ERP의 일시적인 역동성의 비교 somatosensory evoked 가능성 반영 보다는 세분화 된에 피 supragranular 레이어 및 infragranular 레이어 LFP 더 나은 것이 좋습니다. 이것은 우리의 이전 작품6, ERP의 초기 세그먼트 (P1)에 대 한 반환 현재는 흥분 성의 시 냅 스 전류 발생의 세분화 된 계층에서 후속 (감소 하는 동안 유입에서 발생 관련 시연 계약 N1) ERP에 관련이 있을 수 있습니다 thalamic 성의 외피를 레이어 II/III/피드 포워드 또는 신호 지연된 도착 더 깊은 대뇌 피 질의 층에서. 결론적으로, 뇌 파/LFP의 동시 녹음의 뇌 파, 신경 창세기의 이해 하 고 대뇌 피 질의 레이어에서 신경 신호에서 뇌 파의 수학적 모델링을 촉진 수 있습니다.
Disclosures
저자는 공개 없다.
Acknowledgments
우리는 앤드류 Cripps과 유관 단위 독서 대학에 감사 하 고 싶습니다. 이 연구는 BBSRC에 의해 투자 되었다 (번호 부여: BB/K010123/1). 이 작업과 관련 된 데이터는 Y.Z. (ying.zheng@reading.ac.uk)에서 자유롭게 사용할 수 있습니다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 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 |
References
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