Summary
Мы разработали технику, которая одновременно записывает как electrocorticography, так и местных потенциалов поля в ответ на раздражители ноцицептивных лазера от свободно перемещающихся крыс. Эта техника помогает установить прямую связь electrocortical сигналов на мезоскопических и макроскопических уровнях, которая облегчает расследование ноцицептивных обработки информации в головном мозге.
Abstract
Electrocortical ответы, вызвал лазерных импульсов тепла, которые выборочно активировать ноцицептивных бесплатно нервных окончаний, широко используются во многих исследованиях на животных и человека расследовать корковых обработки ноцицептивных информации. Эти потенциалы лазер вызвала мозга (Лепс) состоят из нескольких переходных ответов, которые заблокированы время до наступления лазерной раздражителей. Однако функциональные свойства ЛЭП ответов по-прежнему в значительной степени неизвестными, из-за отсутствия техники выборки, что можно одновременно записывать нейронная деятельности на поверхности коры (то есть, electrocorticogram [ECoG] и волосистой части головы Электроэнцефалограмма [скальпа ЭЭГ]) и внутри мозга (т.е., потенциальных местах [LFP]). Для решения этой проблемы, мы представляем здесь животных протокол, используя свободно движущихся крыс. Этот протокол состоит из трех основных процедур: подготовка (1) животных и хирургических процедур, (2 одновременная запись ECoG и LFP в ответ на раздражители ноцицептивных лазерной и (3) данных анализа и функция извлечения. В частности с помощью 3D-печати защитные оболочки, ЭГ и LFP электродов имплантирован на череп крыса надежно держались вместе. Во время сбора данных лазерные импульсы были доставлены на передних лапах крыс через пробелы в нижней части камеры, когда животное было в спонтанное Тишина. Чтобы избежать активации слуховой системы сыграл текущих белый шум лазер генерируется ультразвук. Как следствие избирательно были записаны только ноцицептивных реакций. С использованием стандартных аналитических процедур (например, полосовая фильтрация, эпоха добыча и коррекция базовой линии) для извлечения связанных с стимул мозга ответов, мы получили результаты показывают, что были Лепс с высоким соотношением сигнал шум одновременно записан с ЭГ и LFP электродов. Эта методология позволяет одновременной записи ECoG и LFP деятельности, которая обеспечивает мост electrocortical сигналов на мезоскопических и макроскопических уровнях, способствуя тем самым расследования обработки ноцицептивных информации в головном мозге.
Introduction
ЭЭГ — это метод для записи электрических потенциалов и колебательных мозга мероприятий, порожденных синхронизированную деятельность тысяч нейронов в головном мозге. Он широко используется во многих основных исследований и клинического применения1,2. Например, ЭЭГ ответы интенсивного лазерного нагрева импульсов (т.е., Лепс) широко принят расследовать периферической и Центральной обработки ноцицептивных сенсорного ввода3,4,5. В организме человека, Лепс главным образом состоят из трех различных прогибов: компонент раннего (N1), который somatotopically организованной и, вероятно отразить деятельность первичной соматосенсорной коры (S1)6и конце компоненты (N2 и P2), которые находятся в центре города распределенные и более вероятно отразить деятельность вторичных соматосенсорной коры, insula и передней поясной коры7,8. В предыдущих исследованиях9,10мы показали, что крысы Лепс, отобранных с помощью ЭГ (тип внутричерепных ЭЭГ) от электродов, расположенных прямо на внешней поверхности мозга, также состоит из трех отдельных прогибов ( т.е., somatotopically организовал N1 и централизованно распределенных N2 и P2). Полярности, порядок и топографии крыса ЛЭП компоненты похожи на человека Лепс11. Однако из-за ограниченного пространственного разрешения скальпа ЭЭГ и субдуральные ECoG записи12, а также неточные характер ЭЭГ исходный анализ методов13, подробные вклад нейронных деятельности компонентов ЛЭП много обсуждается. Например это неясно, если и степени способствует S1 в начале корковых ответа (N1) с лазерной раздражители6.
Отличается от метода записи на макроскопического уровня, прямой внутричерепных записи, с помощью микропровода массивов с помощью стереотаксического аппарата и диски Microdrive14,15 может измерить нервной деятельности (например, LFPs ) конкретных регионов. LFPs главным образом отражают суммирование тормозящий или возбуждающих постсинаптических потенциалов местных нейрональных популяций16. Поскольку LFP-пробы нервной деятельности отражают нейрональные процессы, происходящие в течение сотен микрометров вокруг электрода записи, эта техника записи широко используется для изучения информации, обработка в головном мозге на уровне мезоскопических. Однако, он только фокусируется на точные локальные изменения деятельности мозга и не может ответить на вопрос как интегрированные сигналы от нескольких областей (например, как ЛЭП компоненты интегрируются в нескольких регионах мозга).
Стоит отметить, что одновременная запись ECoG и корковых LFPs от свободно перемещающихся крыс может облегчить расследование обработки как на макроскопическом корковых информации и мезоскопических уровней. Кроме того эта методология обеспечивает прекрасную возможность для изучения степени, нервной деятельности предопределенные мозга регионов содействовать Лепс. Действительно, ряд предыдущих исследований получили оценку согласованности между шипами, корковые LFP, и ЭГ сигналов17,18 и продемонстрировал, что способствует19,LFP20 , прилегающих к электрода ЭЭГ Формирование мозга стимул ответов. Однако существующий метод обычно используется для записи мозга ответов от наркотизированных животных из-за отсутствия защитной оболочки для предотвращения электродов от повреждения от столкновения. Другими словами метод, который может построить мост electrocortical сигналов в мезоскопических (корковых LFP) и макроскопических уровнях (ЭЭГ и ЭГ) свободно перемещающихся крысы по-прежнему отсутствует.
Для решения этой проблемы, мы разработали технику, которая может записывать ECoG и корковых LFPs в нескольких регионах мозга одновременно, от свободно перемещающихся крыс. Эта техника помогает установить прямую связь electrocortical сигналов на мезоскопических и макроскопических уровнях, способствуя тем самым расследование ноцицептивных обработки информации в головном мозге.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Взрослых самцов крыс Sprague-Dawley (весом 400-450 г) были использованы в эксперименте. Все хирургические и экспериментальной процедуры руководства для ухода и использования лабораторных животных национальных институтов здоровья. Процедуры были одобрены Комитет по этике исследований в институте психологии, Китайской академии наук.
1. электрод имплантации
- Анестезировать крыса в камере с изофлюрановая 5% и скорость потока воздуха 1 Л/мин до операции.
- С помощью стереотаксического аппарата, исправьте головы крысы с его носом, помещены в маске цистит. Администрировать изофлюрановая через обезболивающий маску на 2% концентрации с скорости воздушного потока 0,5 Л/мин для поддержания глубины анестезии во время операции. Обратите внимание, что хирургические терпимости достигается, когда крысы не удается ответить на мыс щипать.
- Применить глазной мази в глаза, чтобы избежать высыхания роговицы.
- Бритья в верхней части головы крысы, используя стандартные бритвы.
- Стерилизуйте волосистой части головы, с использованием медицинских йодофора дезинфицирующего раствора и 75% алкоголя для удаления йод.
- Придать коже головы для местного обезболивания лидокаина (2%). Администрировать атропина (0,2 мл и.п.) для подавления дыхания гиперсекреция.
- Сделайте срединной линии разреза около 2-3 см на волосистой части головы с помощью скальпеля. Вырезать и удалить часть головы вдоль средней линии и разоблачить черепной коробки. Используйте electrocoagulator чтобы остановить кровотечение, когда это необходимо.
- Марк места ECoG электродов на основе предопределенных стереотаксического координаты (размещенный согласно позиции Bregma) и местах ведения и местах электродов на срединной (размещены 2 и 4 мм каудально к лямбда, соответственно).
- Просверлите отверстия (диаметр: 0,5 мм) для ECoG винты, используя электродрель черепа на череп на отмеченные места, не разрушая Дура.
- Диск из нержавеющей стали винт (наружный диаметр: 0,6 мм), который подключается к изоляции покрытием медной проволоки, в отверстие для примерно 1 мм Глубина без проникающего базовой Дура. Эти винты выступать в качестве ECoG, ссылки и электроды земли во время эксперимента.
- Поместите защитную оболочку базы на черепной коробки. Зафиксировать основание с его соседние винты на черепа с помощью стоматологических акрил. Использование медицинской ваты, которые могут быть удалены позже для защиты района, которая предназначена для имплантации глубина провод от покрывается.
Примечание: Защитная оболочка является специально polylactic 3D-печатный продукт, который состоит из трех частей: база, стены и шапку. Стена покрыта медной фоконы построить в клетку Фарадея. - Отметьте места глубина проводов электродов на основе предопределенных стереотаксического координат.
- Дрель маленькие отверстия (диаметром: 0,2 мм) на черепа вокруг отмеченные места для проволоки имплантации и тщательно удалить кости лоскут, чтобы разоблачить Дура. Часто, мыть краниотомии нормальное saline. Рисунок 1 описывает настройки до имплантации электродов глубиной проволоки.
- С помощью иглы, поднять и вырезать Дура не повредив мягкой мозговой оболочки, сосуды и поверхности коры головного мозга.
- Ниже глубины проволочные электроды к поверхности коры головного мозга и, затем, медленно проникает в мозг целевой глубины. Часто Остановите движение вниз электроды для корковой устойчивости. В настоящем исследовании глубина кончик проволоки составляет 0,5 мм под поверхностью коры головного мозга.
- Уплотнение краниотомии смесью воска и парафина нефти для обеспечения что глубина электродами провода могут быть перемещены для последующих экспериментальных манипуляций.
- Исправьте электрод аппарата с использованием стоматологического акрил на черепе.
- Сварку каждого медный провод, который подключается к ЭГ винт для соответствующего канала на разъем модуля. Обложка сварки пятна с помощью глины во избежание потенциальных контактов между различными каналами.
- Соберите стены защитную оболочку на базу и сварки ссылку и наземное электроды к соответствующим каналам.
- Закрепите крышку защитную оболочку с помощью ленты, чтобы избежать загрязнения.
- Придать Крыса с пенициллином (60 000 U, и.п.) сразу же после операции для предотвращения послеоперационных инфекций.
- Одноместный дом крысы в контролируемой температурой воды и влажность-клетка и держать его в дневной/ночной цикл 12 ч после операции, с пищей и воды ad libitum для по крайней мере за одну неделю до ЛЭП эксперимент.
Примечание: Для одновременной записи ECoG и корковые LFP, аппарат был использован здесь, был собран с двумя типами связанных с разъем модуль, который содержит несколько диски Microdrive, придает Вольфрам проволока массивы электродов. Золотые контакты были использованы для подключения провода вольфрама электрод интерфейсная плата (ЕИБ) разъем модуля, нажав провода в небольших металлических отверстия на ЕИБ. Два металлических отверстия на ЕИБ были припаяны с покрытием медной проволоки, и открытый конец каждого медной проволоки был припаян с соответствующей медный провод подключен к ЭГ винт. Подробности изготовления были описаны в другом месте21.
2. сбор данных
- Щекотать крысы по крайней мере 1 x день за три или более последовательных дней до эксперимента, чтобы гарантировать, что крыса получает знакомы с экспериментатора22.
- Место крыса в камере поведение по крайней мере за 1 ч до эксперимента, чтобы убедиться, что крыса acclimatizes запись окружающей среды.
Примечание: Камера является пластиковый куб с бортовой длиной 30 см. В нижней части камеры изготавливается из чугунная с ~ 8 мм пробелы. - Подключите headstage записи с модулем электрода осторожно, чтобы избежать отпугивания крыс и повреждения электрода модуля.
- Настройка лазерный генератор, подключите оптическое волокно и отрегулировать размер пятно лазера согласно руководство оборудование оператора. Подключите цифровой выход из триггера генератора к цифровой записи Совета.
Примечание: не заботиться скручиваемость волоконно чрезмерно, чтобы избежать разрыва волокна. Перед записью убедитесь, отображаются и записано программное обеспечение для записи сигналов триггер. В этом протоколе, радиант тепловых раздражителей, порожденных инфракрасный неодимовый иттрий алюминиевый перовскита (Nd: YAP) лазер с длиной волны 1.34 мкм. Диаметр лазерного пятна размер устанавливается на расстоянии около 5 мм фокусировки линз. He-Ne лазера указал области стимулируется, которая определяется в зависимости от цели эксперимента. Кроме того стимулом энергию лазерных импульсов определяется согласно экспериментальный дизайн. Длительность лазерного импульса-4 мс. - Установите камеру видео под угловой экспериментальной камеры непрерывно записывать ноцицептивных поведения крыс, когда его лапы получает лазерного ноцицептивные стимулы. Отрегулируйте положение и направление камеры, чтобы убедиться, что ноцицептивных поведение полностью записываются на протяжении всего эксперимента.
Примечание: Камеру высокоскоростной зарядовой (связью ПЗС) настоятельно рекомендуется, поскольку он может доставить управляющих сигналов на основной плате системы звукозаписи, чтобы записать время начала и продолжительность ноцицептивных поведение точно. Ноцицептивных поведения оцениваются экспериментатора после каждого лазерного стимул, согласно ранее определенные критерии, основанные на животных движения23,24, следующим образом: никакое движение (оценка = 0), головы поворотный (включая тряску или поднять голову; Оценка = 1), неуклонно (то есть, небольшие резкие тела, дергая движения; Оценка = 2), вывод (т.е., лапа опровержение от лазерного стимул; Оценка = 3), лизание и всего тела движение (Оценка = 4). - Доставить текущих белого шума (50 дБ SPL) через громкоговоритель в верхней части камеры.
Примечание: Как показано в предыдущих исследованиях10,25, лазерной стимуляции, доставлены на коже генерирует УЗИ, которые могут быть обнаружены крыса слуховой системы. По этой причине текущих белого шума играет на протяжении всего эксперимента, чтобы избежать активации слуховой системы в ответ на лазер генерируется ультразвук. Эта процедура позволяет выборочной записи мозга ответы, связанные с активацией ноцицептивных системы. - Соберите электрофизиологических данных от ЭГ и глубина электродами провода, используя запись системы согласно руководство оборудование оператора.
Примечание: Управляющих сигналов камеры и триггер, с которыми сигналов лазерных импульсов отбираются одновременно с электрофизиологических данных на том же дискретизации (все данные усиливаются и оцифрованы с помощью дискретизации 20000 Гц), который гарантирует, что все данные, синхронизированные по времени. - Доставить лазерных импульсов подошвенной лапы крыс через пробелы в нижней части камеры.
Примечание: Лазер стимула доставляется только когда крыса является спонтанное Тишина для более чем 2 s на основе наблюдения экспериментатора, чтобы свести к минимуму загрязнение сигнала артефактов, связанных с движением. Чтобы избежать Ноцицептор усталость или сенсибилизации, целевой лазерного луча смещается вручную после каждого стимула, и interstimulus интервал никогда не короче, чем 40 s. ECoG и LFP сигналов может быть записано несколько раз от каждого крысы. Крыса необходимо поставить в экспериментальной камеры 1 час перед каждой записи сессии. В конце концов записи сессий, крыса была глубоко под наркозом и увлажненную transcardially с ледяной фосфат амортизированное saline следуют параформальдегида 4%. Мозг был удален из черепа и секционного для определения расположения электродов.
3. анализ данных
- Фильтр непрерывные данные с полосовой фильтр между 1 и 30 Гц.
- Эпоха данные с помощью анализа окно 3 s, простиралась от 1 s до 2 сек после начала лазерной раздражителей. Коррекция базовой линии выполняется путем вычитания средней амплитудой в пределах интервала prestimulus.
- Вручную отвергают эпох, которые загрязнены брутто артефактов.
- Вычислите усредненные ЛЭП сигналов, которые заблокированы время до наступления лазерного импульса для каждого экспериментальные условия.
- Вычисление вейвлет преобразование согласованности (WTC) ЛЭП сигналов записал от ECoGs и глубины электродами провода.
Примечание: WTC — это метод для выполнения согласованности между пар электродов как функцию от времени и частоты. WTC между двумя сигналами могут быть рассчитаны для любой точки время частота, которая имеет преимущество создания согласованности значений для всего спектра частотно. Подробная информация о методологии были описаны в другом месте26.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Представитель эксперимента электрофизиологических данных из пяти крыс были записаны. Лазер стимулы были доставлены в правой лапы каждой крыса в 20 раз с > 40 s interstimulus интервалы. Лазер вызвала мозга, ответы были записаны с помощью ECoG винты и глубины провода и провода глубины были имплантированы в двусторонних первичной соматосенсорные коре (S1) и основной двигатель коре (M1).
Приводится на рисунке 1, два ECoGs (отмечены в черном) и глубину проволока, электроды (отмечены цветом, пяти проводов для каждого из четырех регионов) были размещены согласно стереотаксического координаты в следующих позициях (со ссылкой на Bregma, в мм; положительные значения оси X и Y указывают право и переднего расположения, соответственно): в левом ECoG, X = -1.5 и Y = 1,75; в правой ECoG X = 1,5 и Y = 1,75; в левой S1 X = -4 и Y = 0,5; в правой S1 X = 4 и Y = 0,5; в левой M1 X = -3 и Y = 3; в правой M1 X = 3 и Y = 3.
Рисунок 2 показывает необработанные электрофизиологических данных из всех электродов (два винта ECoG плюс четыре-пять вольфрамовой проволоки, пять вольфрамовой провода в каждом регионе мозга), с наступлением лазерной стимул отмечен вертикальная пунктирная линия. Пожалуйста, обратите внимание, что четкие ответы ЛЭП обнаруживаются после начала стимула лазера.
На рисунке 3 показана группа уровня среднем ЛЭП сигналов из шести электродов (два винта ECoG плюс четыре вольфрама провода, представитель Вольфрамные проволоки в каждом регионе мозга) из пяти крыс. Независимо от того, на сайте записи ЛЭП ответы состоят из доминирующей отрицательное отклонение (N1 волна). Задержка и амплитуда волны N1 являются следующим (среднее ± SEM): левый ECoG, 143 ± 9 мс и мкВ ± 4-51; для правой ECoG, 145 ± 9 мс и мкВ ± 4-47; для левой S1, 149 ± 9 мс и мкВ ± 7-86; для правой S1, 168 ± 10 мс и-71 мкВ ± 6; для левой M1, 179 ± 12 мс и мкВ ± 7-74; для правой M1, 185 ± 11 мс и мкВ ± 6-63. Главное, N1 задержки в двусторонних ECoG и LFP сигналов, записанные с контралатеральной S1 похожи, который явно меньше, чем тех, кто записан с ипсилатеральные S1 и двусторонних M1. В отличие от N1 амплитуд крупнейших в контралатеральной S1 и наименьший в двусторонних ECoGs.
Рисунок 4 показывает WTC между Лепс пробы с помощью винтов ЭГ (сигналы от двух винтов ECoG были среднем) и глубины провода в регионах разные мозга (правый M1, правый S1, левый M1 и левой S1). Обратите внимание, что контралатеральной S1 (слева) и M1 показала более высокой согласованности чем ипсилатеральные S1 (справа) и M1 в гамма-диапазоне (50-100 Гц).
Рисунок 1: Установка электрода имплантации. До имплантации электродов глубиной проволоки защитные оболочки база размещается на череп, и винты, используемые как ECoG электроды загнан в стандартные отверстия и фиксируется Стоматологическая акрил. Четыре отверстия, просверленные для имплантации электродов глубиной проволоки (например, Вольфрам проволока массивы) на позициях на верхней части левого и правого S1 и М1, соответственно. Винты, используется в качестве ссылки и наземных Электроды размещены 2 и 4 мм каудально к лямбда-выражения и фиксированной с защитной оболочкой базы. На левой панели показывает фото хирургии после имплантации защитные оболочки базы. На правой панели показана диаграмма хирургии, который показал общую форму защитной оболочки базы. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 2: Raw электрофизиологических данных представителя крыса. Отображается сигналы записываются от представителя крыс с двумя ECoGs и 20 глубина электродами провода (пять электродов в каждом регионе мозга), с помощью электрода расположены 2 мм каудально к лямбда-выражения как ссылка. Начало лазерной стимул помечен с помощью вертикальная пунктирная линия. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 3: Группа уровня среднем LEP сигналов. Отображается средняя сигналы записываются из пяти крыс на два ECoGs и четырьмя электродами провода глубины (один представитель электрод в каждом регионе мозга), с помощью электрода расположены 2 мм каудально к лямбда-выражения как ссылка. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Рисунок 4: преобразование согласованности вейвлет. Отображаемые результаты показывают вейвлет преобразований согласованности между Лепс пробы с помощью ECoG винты и глубины провода в регионах разные мозга (правый M1, правый S1, левый M1 и левой S1). Согласованности нормализована соответствующих базовых (0.5 s до наступления стимул лазер). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть большую версию этой фигуры.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
В настоящем исследовании мы описали технику, чтобы одновременно записывать ECoGs и корковые LFP ответы, вызвал ноцицептивных лазерной стимулы от свободно перемещающихся крыс. Результаты показали, что ЛЭП ответы могут быть четко обнаружены после начала лазерного раздражителей в ЭГ и LFP сигналов. Одновременная запись ECoG и корковые LFP сигналов позволит ученым исследовать их отношения для лучшего понимания вклада деятельности нейронов к компонентам ЛЭП.
Следует отметить пять критических шагов в предлагаемой техники. Во-первых важно, чтобы убедиться, что поверхности черепа является чистой и сухой перед закреплением защитная оболочка базы на нем, используя Стоматологическая акрил. Этот шаг позволяет, что база защитная оболочка стабильно фиксированная. Во-вторых, поскольку диаметр винтов ECoG немного больше, чем, что из отверстий, первоначальный винт вождения будет увеличить отверстие в форме резьбы. В настоящем исследовании, расстояние между отверстия для провода вольфрама и отверстие для винта ECoG очень мала (например, менее 0,3 мм). Если все отверстия перед ECoG винт вождения и глубина вставки проводов, черепа вокруг отверстия ECoG будет хрупким, и он не будет иметь механические нагрузки отверстие расширения во время вождения винт. По этой причине ЭГ винты должны управляться в отверстия в форме резьбы до отверстий для вставки Вольфрам проволока. Если вставленными болтами ECoG препятствовать мнение при сверлении отверстия для провода вольфрама, то рекомендуется, что они должны быть изгнаны и отвезли снова после шага 1.14 Протокола. В-третьих при вставке электродами провода глубины, экспериментатор должен обратить внимание на сопротивление на кончик провода вольфрама, который обычно означает, что глубина провода блокируются по краю отверстие на череп или Дура, которая не была полностью удалена. Если это так, глубина провода должны быть подняты, и возможные препятствия должны быть очищены перед установкой электродов20. В-четвертых при заполнении краниотомии отверстия со смесью воска и парафина нефти после вживления электродов, имплантированных провода не должна быть нажата внешними силами. Таким образом желательно растопить помещены поблизости смесь с помощью electrocoagulator. В-пятых важно обеспечить, чтобы расстояние между лазерной наконечник и целевого сайта на крыса хранится в приблизительно 1 см, чтобы гарантировать, что воспринимается лазерной энергии согласуются между различные испытания10,25.
Действительно чтобы убедиться, что защитная оболочка может охватить и защитить весь аппарат, размер оболочка предназначена для относительно большой (Куба с длиной стороны 3,5 мм) по сравнению с крыса голову. Чтобы свести к минимуму влияние устройства над головой на крыс движения, мы рекомендуем использовать крыс, которые весят более чем 400 g в эксперименте. По этой причине этот метод не может использоваться для изучения сложных моделей поведения в мышиной модели и не должен быть принят в других моделях мелких животных (например, мышь). Примечательно предлагаемая методика может использоваться для объединения с другими методами, таким образом расширяя для многих других приложений. Например, этот метод может быть легко применен для записи мозга реакции, вызываемые стимулы различных ощущений (например, слухового и визуального)27,28 и прикладной в выявление особенности мозга психиатрических заболеваний ( например, эпилепсии)29 в свободно перемещающихся крыс, которые будут способствовать расследованию их соответствующих нейронных механизмов. Кроме того имплантация электродов может выдержать испытание для около месяца, который обеспечивает возможность выполнения продольного исследования в будущем.
В общей сложности мы предоставляем действительный способ одновременно записывать ECoG и LFP деятельность свободно двигаться крысы. Эта техника позволяет нам исследовать обработки информации в мозге мезоскопических и макроскопических уровнях. Это важно для трансляционного исследования на экспериментальных животных выводы документа для лучшего понимания человеческой физиологии и патофизиологии.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторы не имеют ничего объявить.
Acknowledgments
Эта работа была поддержана CAS ключ Лаборатория психического здоровья, Институт психологии, Национальный фонд естественных наук Китая (31671141 и 31822025), 13й информатизации пятилетний план Китайской академии наук (XXH13506), и научный фонд проекта Института психологии, Китайской академии наук (Y6CX021008).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Male Sprague-Drawley rats | Vital River | ||
| Isoflurane | RWD Life Science | ||
| Small animal isoflurane anaesthetic system | RWD Life Science | Including the anesthesia gas mask for rats | |
| Stereotaxic apparatus | RWD Life Science | ||
| The apparatus with combined ECoG and LFP electrodes | The apparatus is home-made, which assembles the ECoG and depth wire electrodes to a connector module | ||
| 3D-printed protective shell | The texture of shell is polylactic, and the shell is home-made and contains three parts: a base, a wall and a cap. The wall is covered by copper tapers to construct as a Faraday cage | ||
| Tungsten wires (diameter: 50 mm) | California Fine Wires Company | The electrodes for cortical LFP recording | |
| Stainless steel screws (diameter: 0.6 mm) |
The electrodes for ECoG recording | ||
| Electric cranial drill | RWD Life Science | ||
| Drill bit (diameter: 0.5 mm) | RWD Life Science | The drill is used for drilling the holes of ECoG screws | |
| Drill bit (diameter: 0.2 mm) | RWD Life Science | The drill is used for drilling the holes of depth wires | |
| Dental arylic powder | SNC dental | ||
| Dental arylic liquid | SNC dental | ||
| Paraffin | Fisher Scientific | The mixture is used for seal the craniotomy to ensure the following movement of micro-wire arrays | |
| Mineral Oil | Fisher Scientific | ||
| Electrocoagulator | Bovie medical Corporation | ||
| RHD2132 Amplifier Boards | Intan Technologies | A 32-channel headstage | |
| RHD2000 systerm | Intan Technologies | The data acquisition systerm | |
| Infrared neodymium yttrium aluminum perovskite (Nd:YAP) laser generator | Electronical Engineering | ||
| Matlab R2016b | The MathWorks |
References
- Klimesch, W., Doppelmayr, M., Schwaiger, J., Winkler, T., Gruber, W. Theta oscillations and the ERP old/new effect: independent phenomena? Clinical Neurophysiology. 111 (5), 781-793 (2000).
- Peng, W., et al. Brain oscillations reflecting pain-related behavior in freely moving rats. Pain. 159 (1), 106-118 (2018).
- Treede, R. D. Neurophysiological studies of pain pathways in peripheral and central nervous system disorders. Journal of Neurology. 250 (10), 1152-1161 (2003).
- Iannetti, G. D., et al. Evidence of a specific spinal pathway for the sense of warmth in humans. Journal of Neurophysiology. 89 (1), 562-570 (2003).
- Bromm, B., Treede, R. D. Nerve fibre discharges, cerebral potentials and sensations induced by CO2 laser stimulation. Human Neurobiology. 3 (1), 33-40 (1984).
- Valentini, E., et al. The primary somatosensory cortex largely contributes to the early part of the cortical response elicited by nociceptive stimuli. NeuroImage. 59 (2), 1571-1581 (2012).
- Valeriani, M., et al. Parallel spinal pathways generate the middle-latency N1 and the late P2 components of the laser evoked potentials. Clinical Neurophysiology. 118 (5), 1097-1104 (2007).
- Kuo, C. C., Yen, C. T. Comparison of anterior cingulate and primary somatosensory neuronal responses to noxious laser-heat stimuli in conscious, behaving rats. Journal of Neurophysiology. 94 (3), 1825-1836 (2005).
- Hu, L., et al. The primary somatosensory cortex and the insula contribute differently to the processing of transient and sustained nociceptive and non-nociceptive somatosensory inputs. Human Brain Mapping. 36 (11), 4346-4360 (2015).
- Xia, X. L., Peng, W. W., Iannetti, G. D., Hu, L. Laser-evoked cortical responses in freely-moving rats reflect the activation of C-fibre afferent pathways. NeuroImage. 128, 209-217 (2016).
- Jin, Q. Q., et al. Somatotopic Representation of Second Pain in the Primary Somatosensory Cortex of Humans and Rodents. The Journal of Neuroscience. 38 (24), 5538-5550 (2018).
- Lenkov, D. N., Volnova, A. B., Pope, A. R., Tsytsarev, V. Advantages and limitations of brain imaging methods in the research of absence epilepsy in humans and animal models. Journal of Neuroscience Methods. 212 (2), 195-202 (2013).
- Mouraux, A., Iannetti, G. D. Across-trial averaging of event-related EEG responses and beyond. Magnetic Resonance Imaging. 26 (7), 1041-1054 (2008).
- Li, X., et al. Extracting Neural Oscillation Signatures of Laser-Induced Nociception in Pain-Related Regions in Rats. Frontiers in Neural Circuits. 11, 71 (2017).
- Zhao, Z. F., Li, X. Z., Wan, Y. Mapping the Information Trace in Local Field Potentials by a Computational Method of Two-Dimensional Time-Shifting Synchronization Likelihood Based on Graphic Processing Unit Acceleration. Neuroscience Bulletin. 33 (6), 653-663 (2017).
- Buzsaki, G., Anastassiou, C. A., Koch, C. The origin of extracellular fields and currents--EEG, ECoG, LFP and spikes. Nature Reviews. Neuroscience. 13 (6), 407-420 (2012).
- Bimbi, M., et al. Simultaneous scalp recorded EEG and local field potentials from monkey ventral premotor cortex during action observation and execution reveals the contribution of mirror and motor neurons to the mu-rhythm. NeuroImage. 175, 22-31 (2018).
- Musall, S., von Pfostl, V., Rauch, A., Logothetis, N. K., Whittingstall, K. Effects of neural synchrony on surface EEG. Cerebral Cortex. 24 (4), 1045-1053 (2014).
- Bruyns-Haylett, M., et al. The neurogenesis of P1 and N1: A concurrent EEG/LFP study. NeuroImage. 146, 575-588 (2017).
- Kang, S., Bruyns-Haylett, M., Hayashi, Y., Zheng, Y. Concurrent Recording of Co-localized Electroencephalography and Local Field Potential in Rodent. Journal of Visualized Experiments. (129), e56447 (2017).
- Shikano, Y., Sasaki, T., Ikegaya, Y. Simultaneous Recordings of Cortical Local Field Potentials, Electrocardiogram, Electromyogram, and Breathing Rhythm from a Freely Moving Rat. Journal of Visualized Experiments. (134), e56980 (2018).
- Cloutier, S., LaFollette, M. R., Gaskill, B. N., Panksepp, J., Newberry, R. C. Tickling, a Technique for Inducing Positive Affect When Handling Rats. Journal of Visualized Experiments. (135), e57190 (2018).
- Fan, R. J., Kung, J. C., Olausson, B. A., Shyu, B. C. Nocifensive behaviors components evoked by brief laser pulses are mediated by C fibers. Physiology & Behavior. 98 (1-2), 108-117 (2009).
- Fan, R. J., Shyu, B. C., Hsiao, S. Analysis of nocifensive behavior induced in rats by CO2 laser pulse stimulation. Physiology & Behavior. 57 (6), 1131-1137 (1995).
- Hu, L., et al. Was it a pain or a sound? Across-species variability in sensory sensitivity. Pain. 156 (12), 2449-2457 (2015).
- Catarino, A., et al. Task-related functional connectivity in autism spectrum conditions: an EEG study using wavelet transform coherence. Molecular Autism. 4 (1), 1 (2013).
- Polterovich, A., Jankowski, M. M., Nelken, I. Deviance sensitivity in the auditory cortex of freely moving rats. PLoS One. 13 (6), e0197678 (2018).
- Li, G., Baker, C. L. Functional organization of envelope-responsive neurons in early visual cortex: organization of carrier tuning properties. The Journal of Neuroscience. 32 (22), 7538-7549 (2012).
- Fujita, S., Toyoda, I., Thamattoor, A. K., Buckmaster, P. S. Preictal activity of subicular, CA1, and dentate gyrus principal neurons in the dorsal hippocampus before spontaneous seizures in a rat model of temporal lobe epilepsy. The Journal of Neuroscience. 34 (50), 16671-16687 (2014).
