Этот протокол описывает простой метод для параллельной записи совместно локализованных электроэнцефалографии (ЭЭГ) и multi ламинарные местах потенциал наркотизированных крыс. Берр отверстие в черепе для вставки микроэлектродные показано производить незначительное искажение сигнала ЭЭГ.
Хотя электроэнцефалографии (ЭЭГ) широко используется как неинвазивный метод для записи нервной деятельности мозга, наше понимание нейрогенез ЭЭГ по-прежнему является весьма ограниченным. Местных потенциалов поля (LFPs) записаны с помощью мульти ламинарные микроэлектродные может обеспечить более подробный отчет об одновременных нейронной активности в различных корковых слоев коры головного мозга, но техника инвазивными. Сочетание измерения ЭЭГ и LFP в доклинических модель может значительно лучшего понимания нейронных механизмов, участвующих в поколение ЭЭГ сигналы и облегчить вывод более реалистичным и биологически точная математическая модель ЭЭГ. Здесь представлена простая процедура приобретения одновременно и совместно локализованных ЭЭГ и multi ламинарные LFP сигналов на наркотизированных грызунов. Мы также исследовали ли ЭЭГ сигналы были существенно затронуты Берр отверстие в черепе для вставки микроэлектродные. Наши результаты показывают, что Берр отверстие имеет незначительное влияние на записи ЭЭГ.
Общепризнано, что LFPs записаны с помощью микроэлектродов главным образом отражать взвешенной суммы синхронизированных возбуждающих и тормозящий синаптических деятельности местных пирамидальной нейронных популяций1,2,3 , 4. Наши недавние исследования продемонстрировали, что профиль LFP сигнала могут быть разделены на компоненты для возбуждения и торможения5,6. Однако как LFP обычно измеряется через инвазивной процедурой, он не подходит для большинства исследований человеческого мозга.
С другой стороны ЭЭГ является Неинвазивная техника для измерения электрической активности мозга. Он широко используется как диагностический инструмент для определенных типов неврологических заболеваний, таких как эпилепсия и как средство исследования человека когнитивных исследований. Несмотря на свою популярность одним из основных ограничений ЭЭГ является неспособность интерпретировать его временные профили именно с точки зрения базовой нервные сигналы7,–8,–9.
Все чаще для улучшения понимания мозга функции10,11,12,13,,1415разработаны математические модели ЭЭГ. Большинство существующих моделей ЭЭГ разработана на основе установки частоты домена характеристики модели предсказывал вывода данных спектра ЭЭГ во время спонтанной активности, и очень немногие ЭЭГ модели можно создавать реалистичные сенсорные вызванных потенциалов. В этом контексте параллельной записи ЭЭГ и LFP будет предоставлять важную информацию и ограничения для разработки более точных математических моделей ЭЭГ.
Для удовлетворения этой потребности для одновременных записей для дальнейшего изучения нейронных происхождения ЭЭГ, мы разработали методологию для одновременной записи ЭЭГ и multi ламинарные LFP сигналов в Неокортекс наркотизированных крыс. Установка похожа на предыдущий одновременных ЭЭГ/LFP исследования, проведенные в приматов16,17. Мы также исследовали эффект Берр отверстие, просверленное в череп на записи ЭЭГ вокруг отверстия, сравнивая двусторонних записи ЭЭГ (то есть, одно полушарие с отверстием Берр, другого полушария нетронутыми) в отсутствие чувств стимуляция. Наши результаты показывают, что параллельные записи ЭЭГ/LFP может проводиться просто и эффективно, с немного искажения сигнала ЭЭГ от заусенцев отверстие в черепе.
Мы описали экспериментальной процедуры для параллельной записи совместно локализованных ЭЭГ и LFP сигналов наркотизированных крыс изофлюрановая в ответ на стимуляцию площадку нитевидные. Микроэлектродные был вставлен в коры головного мозга через отверстие в электрода ЭЭГ паук, который был согласован с колючкой отверстие, просверленное в череп. Электрод была обеспечена к черепу проводящих и клей ЭЭГ вставить23. Носовой конус, используемые для отправления изофлюрановая была изменена таким образом, что стимулирующие электроды могут вставляться в столбик pad с легкостью.
ЭЭГ паста была эффективной на монтаж паук электрода надежно к черепу, обеспечивая отличную электропроводность всей экспериментальной день без необходимости использования дополнительного применения пасты. Он заменил нежелательного использования клея чтобы исправить на периферии паук электрода к черепу, как клей непроводящих и может увеличить сопротивление электрода, если она проходит между черепа и электродом. ЭЭГ паста имеет ряд преимуществ над ЭЭГ гель, который трудно формы вокруг отверстия заусенцев и может высохнуть во время эксперимента, что приводит к плохой ЭЭГ сигналы.
Как крыса был помещен внутри клетки Фарадея, электрические помехи из-за окружающей среды была значительно ослаблены. Однако иногда нейронных сигнал был все еще довольно шумно. В большинстве случаев, это было вызвано электрод сравнения не безопасно позиционируется и поэтому должна быть повторно скорректированных или более ЭЭГ паста используется. Еще одна распространенная проблема была что вызвала LFP небольшой в амплитуде. Это может быть вызвано микроэлектродные, не расположены в центре корковых региона, активированную стимулирующих электродов. Вместо повторной вставки микроэлектродные, которые могут причинить больше вреда для местных нейронов, мы обычно отрегулировать положение стимулирующих электродов в столбик pad до разумного амплитуда LFP (> 3 МВ) может наблюдаться.
Один из недостатков этого метода является бедных пространственного разрешения паук электрода, который имеет диаметр 6 мм. Это большой, по сравнению с размерами черепа крыса. К сожалению паук электрода использованы здесь является наименьшей доступны для покупки. Это будет желательно уменьшить диаметр электрода паук до 2-4 мм, тем самым увеличивая пространственной специфики записи ЭЭГ, что делает сравнение между ЭЭГ сигнала и supragranular LFP сигнала менее двусмысленным.
Несколько важных шагов в протоколе требуют особого внимания. Во-первых, вставки микроэлектродные через отверстие заусенцев. Как в противном случае повреждена Дура, точность вставки имеет решающее значение. Незначительное сопротивление на кончике электрода обычно означает, что электрод не установлен правильно. Он должен быть поднят, позиция скорректированы и вставлены заново. Вторая позиция носовой конус на крысу. Он не должен быть слишком свободно, как изофлюрановая будет бежать от конуса. Она также не должна слишком туго, поскольку это может препятствовать ноздри крысы и вызвать затрудненное дыхание. Особое внимание требуется также обеспечить гораздо меньше амплитуда записи ЭЭГ (обычно 5-10 раз меньше) чем LFP Топ канала записи. Если они похожи, это признак, что зонд ЭЭГ вступил в прямых или косвенных контактов с микроэлектродные. Косвенный контакт обычно через спинномозговой жидкости (CSF), иногда заполняет отверстие сверлится в черепе. Проводимость спинномозговой жидкости является обычно 100 раз череп24,25. Таким образом, если достаточно высок уровень спинномозговой жидкости внутри отверстие заусенцев, это может сделать контакт с паука электрода. Чтобы избежать этого, отверстие часто должны быть очищены с супер-впитывающее хлопок губки как Спирс поглощения.
Эффект Берр отверстия (диаметром < 2 мм) в череп на ЭЭГ записи, окружающих отверстие было изучено путем размещения другой электрод паук на нетронутыми черепа на вершине ИПСИ боковой ствол мозга, так, что двусторонние записи ЭЭГ можно сравнить. Результаты, показанные на рисунке 9 и Рисунок 10, предложить эффект был незначительным в уровень значимости 0,05. Другие факторы, влияющие на амплитуду ЭЭГ включать, насколько хорошо вставить ЭЭГ контактировал череп, как фирма электрода была нажата для пасты и пространственные масштабы ЭЭГ пасты на черепе.
Стоит также отметить, что протокол, описанные здесь зарегистрировано череп ЭЭГ, которая отличается от скальпа ЭЭГ, используемых в человека ЭЭГ исследования. Скальп действует как резистор или НЧ-фильтр, который позволит снизить отношение сигнал шум далее запись ЭЭГ.
Наконец сравнение временной динамики ERP и вызвала LFP через кортикального слоя предполагают, что соматосенсорных вызванных потенциалов лучше отражает LFP в supragranular слой коры чем в гранулированных и infragranular слои. Это согласуется с нашей ранее работы6, демонстрируя, что начальный сегмент (P1) пор связано с возвращения текущей вытекающих из возбуждающих синаптических текущего происходящих в зернистый слой, хотя последующее уменьшение (приток N1) в ERP может быть связано с задержкой прибытия таламуса афферентных до корковых слоев II/III и/или прямой сигналов от более глубоких слоев коры головного мозга. В заключение параллельной записи ЭЭГ/LFP может повысить понимание генезиса нейронных ЭЭГ и облегчения математическое моделирование ЭЭГ с точки зрения нервные сигналы через кортикального слоя.
The authors have nothing to disclose.
Мы хотели бы поблагодарить Эндрю Криппс и переработке в университете чтения. Это исследование финансировалось СИББН (номер гранта: BB/K010123/1). Данные, связанные с этой работой свободно доступен из госбюджета (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 |