स्वतंत्र रूप से चलती चूहों से Nociceptive लेजर उत्तेजनाओं के जवाब में Cortical स्थानीय क्षेत्र क्षमता और Electrocorticograms के एक साथ रिकॉर्डिंग
Summary
हम एक तकनीक है कि एक साथ दोनों electrocorticography और स्थानीय क्षेत्र nociceptive लेजर उत्तेजनाओं के जवाब में स्वतंत्र रूप से चलती चूहों से क्षमता रिकॉर्ड विकसित की है । यह तकनीक mesoscopic और macroscopic स्तरों पर electrocortical संकेतों का सीधा संबंध स्थापित करने में मदद करती है, जो मस्तिष्क में nociceptive सूचना संसाधन की जांच की सुविधा देता है ।
Abstract
Electrocortical प्रतिक्रियाओं, लेजर गर्मी दालों कि चुनिंदा nociceptive मुक्त तंत्रिका अंत को सक्रिय द्वारा, विस्तृत रूप से कई पशु और मानव अध्ययन में nociceptive जानकारी के cortical प्रसंस्करण की जांच करने के लिए उपयोग किया जाता है । इन लेजर पैदा मस्तिष्क क्षमता (LEPs) कई परिवर्तनीय प्रतिक्रियाओं कि समय लेजर उत्तेजनाओं की शुरुआत के लिए बंद कर रहे है से मिलकर बनता है । हालांकि, एलईपी प्रतिक्रियाओं के कार्यात्मक गुण अभी भी मोटे तौर पर अज्ञात हैं, एक नमूना तकनीक है कि एक साथ प्रांतस्था की सतह पर तंत्रिका गतिविधियों को रिकॉर्ड कर सकते है की कमी के कारण (यानी, electrocorticogram [ECoG] और खोपड़ी इलॅक्ट्रोसेफेलॉग्राम [खोपड़ी ईईजी]) और मस्तिष्क के अंदर (यानी, स्थानीय क्षेत्र क्षमता [LFP]) । इस मुद्दे को संबोधित करने के लिए, हम यहां एक जानवर स्वतंत्र रूप से चलती चूहों का उपयोग प्रोटोकॉल प्रस्तुत करते हैं । इस प्रोटोकॉल तीन मुख्य प्रक्रियाओं से बना है: (1) पशु तैयारी और शल्य चिकित्सा प्रक्रियाओं, (2) nociceptive लेजर उत्तेजनाओं के जवाब में ECoG और LFP के एक साथ एक रिकॉर्डिंग, और (3) डेटा विश्लेषण और सुविधा निष्कर्षण । विशेष रूप से, एक 3 डी मुद्रित सुरक्षात्मक कवच की मदद से, दोनों ECoG और LFP है चूहे की खोपड़ी पर प्रत्यारोपित इलेक्ट्रोड सुरक्षित रूप से एक साथ आयोजित किया गया । डेटा संग्रह के दौरान, लेजर पल्स जब पशु सहज शांति में था चैंबर के तल में अंतराल के माध्यम से चूहे के forepaws पर वितरित किया गया । लेजर जनित अल्ट्रासाउंड द्वारा अनुश्रवण प्रणाली के सक्रियकरण से बचने के लिए चल रहे सफेद शोर खेला गया था । एक परिणाम के रूप में, केवल nociceptive प्रतिक्रियाओं चुनिंदा दर्ज किए गए । मानक विश्लेषणात्मक प्रक्रियाओं का उपयोग करना (जैसे, बैंड-फ़िल्टरिंग, युग निष्कर्षण, और आधारभूत सुधार पास) उत्तेजना से संबंधित मस्तिष्क प्रतिक्रियाओं को निकालने के लिए, हम एक उच्च संकेत के साथ LEPs दिखा परिणाम प्राप्त करने के लिए शोर अनुपात थे इसके साथ ही ECoG और LFP इलेक्ट्रोड से दर्ज की गई. यह पद्धति ECoG और LFP गतिविधियों की एक साथ रिकॉर्डिंग संभव बनाती है, जो mesoscopic और macroscopic स्तरों पर electrocortical संकेतों का एक पुल प्रदान करती है, जिससे nociceptive सूचना संसाधन की जांच की सुविधा मस्तिष्क में ।
Introduction
ईईजी मस्तिष्क में न्यूरॉन्स के हजारों की सिंक्रनाइज़ गतिविधियों द्वारा उत्पन्न विद्युत क्षमता और थरथरानवाला मस्तिष्क गतिविधियों को रिकॉर्ड करने के लिए एक तकनीक है. यह लोकप्रिय कई बुनियादी अध्ययन और नैदानिक अनुप्रयोगों1,2में प्रयोग किया जाता है । उदाहरण के लिए, तीव्र लेजर गर्मी दालों के लिए ईईजी प्रतिक्रियाओं (यानी, LEPs) व्यापक रूप से nociceptive संवेदी इनपुट3,4,5के परिधीय और केंद्रीय प्रसंस्करण की जांच करने के लिए अपनाया जाता है । मनुष्य में, LEPs मुख्य रूप से तीन अलग विक्षेपकों से मिलकर बनता है: प्रारंभिक घटक (N1) है कि somatotopically का आयोजन किया जाता है और प्राथमिक somatosensory प्रांतस्था (एस1) 6की गतिविधि को प्रतिबिंबित करने की संभावना है, और देर घटकों (N2 और P2) कि केंद्रीय रहे है वितरित और अधिक माध्यमिक somatosensory प्रांतस्था, insula, और पूर्वकाल सिंगुलेट प्रांतस्था7,8की गतिविधि को प्रतिबिंबित करने की संभावना है । पिछले अध्ययन में9,10, हम प्रदर्शन किया है कि चूहे LEPs, ECoG का उपयोग कर नमूना (intracranial ईईजी का एक प्रकार) इलेक्ट्रोड से सीधे मस्तिष्क के उजागर सतह पर रखा, यह भी तीन अलग विक्षेपों से मिलकर बनता है ( अर्थात, somatotopically का आयोजन N1 और केन्द्र द्वारा वितरित N2 और P2). ध्रुवीयता, आदेश, और चूहे एलईपी घटकों की स्थलाकृति मानव LEPs11के समान हैं । हालांकि, खोपड़ी ईईजी और अवदृढ़तानिकी ECoG रिकॉर्डिंग12के सीमित स्थानिक संकल्प के कारण, साथ ही साथ ईईजी स्रोत विश्लेषण तकनीक13के गलत प्रकृति, एलईपी घटकों के लिए तंत्रिका गतिविधियों का विस्तृत योगदान ज्यादा बहस होती है । उदाहरण के लिए, यह स्पष्ट नहीं है और अगर हद तक जो एस 1 cortical प्रतिक्रिया (N1) लेजर उत्तेजनाओं6से ऊपर के प्रारंभिक भाग के लिए योगदान देता है ।
macroscopic स्तर पर रिकॉर्डिंग तकनीक से अलग है, एक stereotaxic उपकरण और14microdrives द्वारा सहायता प्राप्त microwire arrays का उपयोग प्रत्यक्ष intracranial रिकॉर्डिंग,15 तंत्रिका गतिविधियों को मापने सकताहै (जैसे, LFPs ) विशिष्ट क्षेत्रों की । LFPs मुख्य रूप से निरोधात्मक या उत्तेजक postsynaptic स्थानीय न्यूरॉन आबादी16की क्षमता के योग को प्रतिबिंबित । के बाद से LFP-नमूना तंत्रिका गतिविधियों न्यूरॉन रिकॉर्डिंग इलेक्ट्रोड के आसपास micrometers के सैकड़ों के भीतर होने वाली प्रक्रियाओं को प्रतिबिंबित, इस रिकॉर्डिंग तकनीक व्यापक रूप से mesoscopic स्तर पर मस्तिष्क में जानकारी प्रसंस्करण की जांच करने के लिए प्रयोग किया जाता है. तथापि, यह केवल मस्तिष्क की गतिविधियों के सटीक स्थानीय परिवर्तन पर केंद्रित है और कैसे कई क्षेत्रों से संकेत एकीकृत कर रहे है के सवाल का जवाब नहीं कर सकते है (जैसे, कैसे एलईपी घटकों एकाधिक मस्तिष्क क्षेत्रों में एकीकृत कर रहे हैं) ।
यह ध्यान देने योग्य है कि एक ECoG और cortical LFPs के स्वतंत्र रूप से चलती चूहों से एक साथ रिकॉर्डिंग दोनों macroscopic और mesoscopic के स्तर पर cortical सूचना प्रसंस्करण की जांच की सुविधा हो सकती है लायक है । इसके अलावा, इस पद्धति एक उत्कृष्ट हद तक जो करने के लिए पूर्वनिर्धारित मस्तिष्क क्षेत्रों के तंत्रिका गतिविधियों LEPs में योगदान की जांच करने का अवसर प्रदान करता है । दरअसल, कई पिछले अध्ययनों के बीच जुटना मूल्यांकन किया है spikes, cortical LFP, और ECoG संकेत17,18 और दिखा दिया है कि LFP19,20 ईईजी इलेक्ट्रोड के निकट करने के लिए योगदान उत्तेजना से संबंधित मस्तिष्क प्रतिक्रियाओं का गठन । हालांकि, मौजूदा तकनीक आमतौर पर anesthetized जानवरों से इलेक्ट्रोड को टक्कर से क्षतिग्रस्त होने से रोकने के लिए एक सुरक्षात्मक कवच की कमी के कारण मस्तिष्क प्रतिक्रियाओं को रिकॉर्ड करने के लिए प्रयोग किया जाता है । दूसरे शब्दों में, तकनीक है कि mesoscopic (cortical LFP) में electrocortical संकेतों के पुल का निर्माण कर सकता है और स्वतंत्र रूप से चूहों में macroscopic (ईईजी और ECoG) स्तर अभी भी कमी है ।
इस मुद्दे को संबोधित करने के लिए, हम एक तकनीक है कि एक ECoG और cortical LFPs एकाधिक मस्तिष्क क्षेत्रों में एक साथ स्वतंत्र रूप से चलती चूहों से रिकॉर्ड कर सकता विकसित की है । इस तकनीक में मदद करता है mesoscopic और macroscopic स्तर पर electrocortical संकेतों का सीधा संबंध स्थापित करने, इस प्रकार मस्तिष्क में nociceptive सूचना प्रसंस्करण की जांच की सुविधा ।
Protocol
Representative Results
Discussion
वर्तमान अध्ययन में, हम समवर्ती रिकॉर्ड करने के लिए एक तकनीक का वर्णन किया ECoGs और स्वतंत्र रूप से चलती चूहों से nociceptive लेजर उत्तेजनाओं से cortical LFP प्रतिक्रियाओं । परिणाम से पता चला है कि एलईपी प्रतिक्रियाओं स्?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
यह काम कैस कुंजी मानसिक स्वास्थ्य, मनोविज्ञान संस्थान, चीन के राष्ट्रीय प्राकृतिक विज्ञान फाउंडेशन द्वारा समर्थित किया गया था (३१६७११४१ और ३१८२२०२५), 13वें पांच वर्षीय Informatization योजना के चीनी अकादमी ऑफ साइंसेज (XXH13506), और मनोविज्ञान संस्थान, चीनी विज्ञान अकादमी (Y6CX021008) के वैज्ञानिक फाउंडेशन परियोजना ।
Materials
| 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 |
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