Grabaciones simultáneas de los potenciales de campo Local Cortical y Electrocorticograms en respuesta a estímulos nociceptivos Laser se mueva libremente las ratas
Summary
Hemos desarrollado una técnica que registra simultáneamente la electrocorticografía y los potenciales de campo local en respuesta a estímulos nociceptivos laser se mueva libremente las ratas. Esta técnica ayuda a establecer una relación directa de señales electrocortical mesoscópicos y macroscópicos, que facilita la investigación de procesamiento en el cerebro de la información nociceptiva.
Abstract
Respuesta electrocortical, sacado por los pulsos de láser térmico que activan selectivamente las terminaciones nerviosas libres nociceptivas, es ampliamente utilizado en muchos estudios animales y humanos para investigar el procesamiento cortical de información nociceptiva. Estos potenciales cerebrales evocados por láser (LEPs) consisten en varias respuestas transitorias que son tiempo-bloqueada la aparición de estímulos de láser. Sin embargo, todavía son en gran parte desconocidas, debido a la falta de una técnica de muestreo que puede grabar simultáneamente las actividades neuronales en la superficie de la corteza (es decir, hallazgos [ECoG] y el cuero cabelludo las propiedades funcionales de las respuestas de la LEP el electroencefalograma [cuero cabelludo EEG]) y dentro del cerebro (es decir, potenciales de campo local [LFP]). Para tratar este tema, presentamos aquí un protocolo de animales utilizando ratas libremente móviles. Este protocolo se compone de tres procedimientos principales: preparación (1) animal y procedimientos quirúrgicos (2) un registro simultáneo de ECoG y LFP en respuesta a estímulos nociceptivos de láser y (3) datos análisis y función de la extracción. Específicamente, con la ayuda de una concha protectora 3D impreso, ECoG y LFP electrodos implantados en el cráneo de la rata segura celebraron juntos. Durante la recolección de datos, pulsos de láser fueron entregados en patas delanteras de la rata a través de huecos en la parte inferior de la cámara cuando el animal estaba en quietud espontánea. Constante ruido blanco fue jugado para evitar la activación del sistema auditivo de los ultrasonidos generados por láser. En consecuencia, sólo las respuestas nociceptivas se registraron selectivamente. Utilizando los procedimientos analíticos estándar (p. ej., band-pass filtrado, extracción de época y corrección de línea base) para extraer las respuestas cerebrales relacionados con el estímulo, se obtuvieron resultados demostrando que eran LEPs con un alto cociente signal-to-noise al mismo tiempo registrado de electrodos ECoG y LFP. Esta metodología permite la grabación simultánea de actividades ECoG y la LFP, que proporciona un puente de señales electrocortical mesoscópicos y macroscópicos, facilitando así la investigación del procesamiento de la información nociceptiva en el cerebro.
Introduction
EEG es una técnica para registrar los potenciales eléctricos y actividades del cerebro oscilatorios generadas por las actividades sincronizadas de miles de neuronas en el cerebro. Popularmente se utiliza en muchos estudios básicos y aplicaciones clínicas1,2. Por ejemplo, las respuestas EEG a láser intenso calientan pulsos (es decir, LEPs) son ampliamente adoptadas para investigar el procesamiento periférico y central de entrada sensorial nociceptiva3,4,5. En los seres humanos, LEPs consisten en principalmente tres desviaciones distintas: el componente temprano (N1) que se somatotopically organizada y capaces de reflejar la actividad de la corteza somatosensorial primaria (S1)6y los últimos componentes (N2 y P2) que son centralmente distribuida y más probabilidades de reflejar la actividad de la corteza somatosensorial secundaria, ínsula y corteza anterior del cingulate7,8. En anteriores estudios9,10, hemos demostrado eso rata LEPs, muestreado usando ECoG (un tipo de EEG intracraneal) de electrodos colocados directamente sobre la superficie expuesta del cerebro, también constan de tres distintas desviaciones ( es decir,, somatotopically organizado N1 y el N2 centralizada distribuida y P2). La polaridad, el orden y la topografía de los componentes LEP de rata son similares a humanos LEPs11. Sin embargo, debido a la limitada resolución espacial de la cuero cabelludo EEG subdural ECoG grabaciones12, así como la naturaleza inexacta de EEG fuente análisis técnicas13, la contribución detallada de las actividades neuronales a los componentes de la LEP se discute mucho. Por ejemplo, es confuso si y la medida en que S1 contribuye a la primera parte de la respuesta cortical (N1) sacada por los estímulos de láser6.
Diferente de la técnica de grabación en el macroscópicos directos, nivel intracraneales grabaciones cronometradas usando microhilos los arreglos de discos con la ayuda de un aparato de estereotáctica y microdrives14,15 podría medir actividades neurales (p. ej., LFPs ) de regiones específicas. LFPs reflejan principalmente la sumación de potenciales postsinápticos excitatorios o inhibitorios de las poblaciones neuronales locales16. Desde actividades neuronales muestreados LFP reflejan procesos neuronales que ocurren dentro de cientos de micrómetros alrededor del electrodo de la grabación, esta técnica de grabación es ampliamente utilizada para investigar la información que se procesa en el cerebro a nivel mesoscópico. Sin embargo, sólo se centra en los cambios locales precisa de actividades del cerebro y no puede responder a la pregunta de cómo se integran las señales de múltiples regiones (por ejemplo, cómo se integran componentes LEP en múltiples regiones del cerebro).
Cabe destacar que el registro simultáneo de un ECoG y corticales LFPs mueva libremente las ratas podría facilitar la investigación de procesamiento tanto macroscópico de información cortical y mesoscópica. Además, esta metodología proporciona una excelente oportunidad para investigar la medida en que las actividades neuronales de las regiones del cerebro predefinidos contribuyan a las LEPs. De hecho, varios estudios han evaluado la coherencia entre picos, LFP cortical, y ECoG señales17,18 y demostró que la LFP19,20 adyacente al electrodo de EEG contribuye a la formación de las respuestas cerebrales relacionados con estímulos. Sin embargo, la técnica existente se utiliza generalmente para grabar las respuestas cerebrales de los animales anestesiados debido a la falta de una cubierta protectora para evitar que los electrodos están dañados por la colisión. En otras palabras, la técnica que podría construir el puente de señales electrocortical a nivel mesoscópico (LFP cortical) y macroscópica (EEG y ECoG) en mover libremente las ratas todavía está careciendo.
Para solucionar este problema, hemos desarrollado una técnica que podría registrar una ECoG y LFPs corticales en múltiples regiones del cerebro al mismo tiempo se mueva libremente las ratas. Esta técnica ayuda a establecer la relación directa de señales electrocortical mesoscópicos y macroscópicos, facilitando así la investigación del procesamiento en el cerebro de la información nociceptiva.
Protocol
Representative Results
Discussion
En el presente estudio, describimos una técnica para registrar simultáneamente ECoGs y respuestas LFP corticales provocadas por estímulos nociceptivos laser se mueva libremente las ratas. Los resultados mostraron que las respuestas LEP se pudieran detectar claramente después de la aparición de estímulos de láser en las señales de ECoG y LFP. La grabación simultánea de ECoG y cortical LFP permitirá a los científicos investigar su relación para comprender mejor la contribución de las actividades neuronales a …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabajo fue apoyado por CAS laboratorio clave de Salud Mental, Instituto de psicología, la Fundación Nacional de Ciencias naturales de China (31671141 y 31822025), el 13th Plan de informatización de cinco años de la Academia China de Ciencias (XXH13506), y el proyecto de la Fundación científica del Instituto de Psicología de la Academia China de Ciencias (Y6CX021008).
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 |
References
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