Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove

Behavior

Kortikal yerel alan potansiyelleri ve Electrocorticograms fareler serbestçe hareket nosiseptif lazer uyaranlara yanıt olarak eşzamanlı kayıt

doi: 10.3791/58686 Published: January 7, 2019

Summary

Biz aynı anda hem electrocorticography hem de yerel alan potansiyelleri fareler serbestçe hareket nosiseptif lazer uyaranlara yanıt kaydeder bir teknik geliştirmiştir. Bu teknik araştırma nosiseptif bilgi beyinde işleme kolaylaştırır electrocortical sinyalleri mezoskopik ve makroskopik düzeyde, doğrudan bir ilişki kurmak yardımcı olur.

Abstract

Electrocortical yanıt-e doğru seçerek etkinleştirmek nosiseptif ücretsiz sinir uçları, lazer ısı bakliyat tarafından elde edildi, nosiseptif bilgi kortikal işleme araştırmak için birçok hayvan ve insan çalışmalarda yaygın olarak kullanılmaktadır. Bu beyin lazer uyarılmış potansiyeller (LEPs) lazer uyaranlara başlaması için zaman kilitli birkaç geçici yanıt oluşur. Ancak, LEP yanıt fonksiyonel özelliklerini hala büyük ölçüde bilinmeyen, aynı anda (yani, electrocorticogram [ECoG] ve kafa derisi korteks yüzeyine sinirsel aktiviteler kaydedebilirsiniz bir örnekleme tekniği eksikliği nedeniyle electroencephalogram [kafa derisi EEG]) ve beyin (yani, yerel alan potansiyel [LFP]) içindeki. Bu sorunu gidermek için burada özgürce hareketli fareler bir hayvan iletişim kuralı'nı mevcut. Bu iletişim kuralı üç ana prosedürleri oluşur: (1) hayvan hazırlık ve cerrahi işlemler, ECoG ve LFP aynı anda (2) bir kayıt nosiseptif lazer uyaranlara ve (3) veri analizi ve özellik çıkarma. Özellikle, 3D baskılı koruyucu bir kabuk sayesinde, sıçan kafatasında implante ECoG ve LFP elektrotlar güvenli bir şekilde birlikte yapıldı. Hayvan spontan sessizlik içinde iken veri toplama sırasında sıçan forepaws arasındaki alt odasının geçitlerden üzerinde lazer bakliyat teslim edildi. Devam eden beyaz gürültü işitme sisteminin aktivasyonu önlemek için lazer tarafından oluşturulan ultrasonlardan tarafından oynandı. Sonuç olarak, yalnızca nosiseptif yanıt seçmeli olarak kaydedildi. Standart analitik işlemleri (Örneğin, bant geçiren filtre, dönem ekstraksiyon ve temel düzeltme) uyarıcı ile ilgili beyin yanıt-e doğru çıkarmak için kullanılarak, yüksek sinyal gürültü oranı ile LEPs olduğunu gösteren bir sonuçları elde aynı anda ECoG ve LFP elektrotlar kaydetti. Bu metodoloji ECoG ve LFP faaliyetleri aynı anda kayıt sağlayan bir köprü electrocortical sinyal mezoskopik ve makroskopik düzeyde, böylece soruşturma nosiseptif bilgi işleme kolaylaştırmak, cihazlarý arasýnda beyinde.

Introduction

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

EEG elektrik potansiyelleri ve beyindeki nöronların binlerce eşzamanlı etkinlikler tarafından oluşturulan salınım beyin etkinlikleri kaydetmek için bir tekniktir. Halk pek çok temel çalışma ve klinik uygulamaları1,2kullanılır. Örneğin, EEG yanıt için yoğun lazer bakliyat (Örneğin, LEPs) ısı nosiseptif duyusal giriş3,4,5periferik ve merkezi işlem araştırmak için yaygın olarak kabul edilir. İnsanlarda, LEPs esas olarak üç ayrı deplasmanlar oluşur: somatotopically organize ve olası birincil somatosensor korteks (S1)6etkinliği yansıtmak üzere erken bileşen (N1) ve merkezi bir konuma sahip olan geç bileşenleri (N2 ve P2) Dağıtılmış ve büyük olasılıkla ikincil somatosensor korteks, Insula ve anterior singulat korteks7,8etkinliğini yansıtır. Önceki çalışmalar9,10, biz üzerinden doğrudan maruz kalan beyin yüzeyine yerleştirilen elektrotlar Şu sıçanı LEPs, ECoG (EEG intrakraniyal türü) kullanarak örnek gösterdi, ayrıca üç ayrı deplasmanlar ( oluşur Yani, somatotopically organize N1 ve merkezi olarak dağıtılmış N2 ve P2). Polarite, sipariş ve topografya sıçan LEP bileşenlerinin insan LEPs11' e benzer. Ancak, nedeniyle sınırlı Uzaysal Çözünürlük kafa derisi EEG ve subdural ECoG kayıtları12, analiz teknikleri13, sinirsel faaliyetleri LEP bileşenleri için detaylı katkısını EEG yanlış doğa yanı sıra kaynak çok tartışılıyor. Örneğin, belirsiz Eğer ve hangi lazer uyaranlara6tarafından elde edildi kortikal yanıt (N1) ilk bölümlerinde S1 katkıda ölçüde olur.

Bir stereotaksik aparatı ve Micro14,destekli microwire dizileri kullanma makroskopik düzeyde, doğrudan intrakraniyal recordings, kayıt tekniği farklı15 sinirsel Etkinlikler (Örneğin, LFPs ölçmek ), özel bölgelerin. LFPs esas olarak yerel nöron popülasyonları16inhibitör veya eksitatör postsinaptik potansiyelleri toplamı yansıtır. Sinirsel faaliyetleri LFP örneklenmiş mikrometre kayıt elektrot çevresinde yüzlerce içinde meydana gelen nöronal süreçleri yansıtan bu yana, bu kayıt teknik bilgi mezoskopik düzeyinde beyindeki işlem araştırmak için yaygın olarak kullanılır. Ancak, sadece beyin faaliyetleri kesin yerel değişiklikler üzerinde odaklanan ve birden fazla bölgeye gelen sinyalleri nasıl entegre soruya cevap veremez (Örneğin, nasıl LEP bileşenleri birden çok beyin bölgeleri entegre edilmiştir).

Bu bir ECoG ve fareler serbestçe hareket kortikal LFPs aynı anda kayıt soruşturma kortikal bilgi makroskopik her ikisini de işleme kolaylaştırabilir dikkati çekiyor ve mezoskopik düzeyleri. Buna ek olarak, bu yöntem için önceden tanımlanmış beynin sinirsel faaliyetleri için LEPs katkıda ölçüde araştırmak için mükemmel bir fırsat sağlar. Nitekim, birkaç önceki çalışmalarda sivri, kortikal LFP arasında tutarlılık değerlendirildi var ve ECoG ve17,18 sinyalleri LFP19,20 EEG elektrot bitişik katkıda gösterdi uyarıcı ile ilgili beyin yanıt oluşumu. Ancak, mevcut teknik genellikle beyin yanıt elektrotlar çarpışma tarafından zarar görmesini önlemek için koruyucu bir kabuk eksik nedeniyle imzalat hayvanlardan kaydetmek için kullanılır. Başka bir deyişle, köprünün mezoskopik (kortikal LFP) ve makroskobik (EEG ve ECoG) düzeylerinin electrocortical sinyallerin fareler serbestçe hareket inşa edebileceğini tekniği hala eksik.

Bu sorunu gidermek için bir ECoG ve kortikal LFPs fareler serbestçe hareket üzerinden aynı anda birden çok beyin bölgelerinde kayıt olabilir bir teknik geliştirdi. Bu teknik, böylece soruşturma nosiseptif bilgi beyinde işleme kolaylaştırmak electrocortical sinyalleri mezoskopik ve makroskopik düzeyde, doğrudan ilişki kurmak yardımcı olur.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Yetişkin erkek Sprague-Dawley rat (400-450 g ağırlığında) denemede kullanılmıştır. Tüm cerrahi ve deneysel yordamları izlemek belgili tanımlık kılavuz bakım ve kullanım Laboratuvar hayvanları Ulusal Sağlık Enstitüleri için. Yordamlar, psikoloji Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi Araştırma Etik Komitesi tarafından kabul edildi.

1. elektrot implantasyon

  1. %5 isoflurane ve bir hava debisi 1 L/dk ameliyattan önce bir oda içinde sıçan anestezi.
  2. Stereotaksik cihazları kullanarak, sıçan Başkanı anestezik maskesi yerleştirilen burnu ile düzeltmek. İsoflurane üzerinden % 2 bir konsantrasyon ile ameliyat sırasında anestezi derinliği korumak için 0,5 L/dak bir hava debisi, anestezik maskesi yönetmek. Not fareyi parmak pinching için yanıt vermek başarısız olduğunda cerrahi toleransı sağlanır.
  3. Oftalmik merhem kornea kurutma önlemek için gözler için geçerlidir.
  4. Standart bir tıraş makinesi kullanarak fare derisi üst tıraş.
  5. İyot kaldırmak için tıbbi iodophor dezenfektan çözüm ve % 75 alkol kullanma kafa derisi sterilize.
  6. Lidokain (% 2) yerel analjezi için kafa derisi içine enjekte. Solunum hypersecretion etkisizleştirmek için atropin (0.2 mL ı.p.) yönetmek için.
  7. Bir ensizyon yaklaşık 2-3 cm bir neşter kullanarak kafa derisi üzerinde olun. Kesmek ve kafa derisi boyunca orta çizgi parçası kaldırmak ve kafatası karşı karşıya. Electrocoagulator, gerektiğinde kanamayı durdurmak için kullanın.
  8. ECoG elektrotlar (Bregma konumuna göre yerleştirilir) önceden tanımlanmış stereotaksik koordinatları göre konumlarını ve başvuru ve zemin elektrotlar (2 ve 4 mm caudally Lambda için sırasıyla yerleştirilir) orta hat üzerinde yerlerini işaretle.
  9. Matkapla delik (çapı: 0,5 mm) ECoG vidalar için elektrikli bir kafatası matkabı işaretli sitelerdeki kafatası beyin zarı zarar vermeden kullanma.
  10. Paslanmaz çelik vida sürücü (dış çapı: 0.6 mm), hangi yalıtım kaplı tel, bakır alttaki dura nüfuz olmadan yaklaşık 1 mm derinlik için deliğe bağlanır. Bu vidaları ECoG, başvuru ve zemin elektrotlar deneme sırasında hareket.
  11. Koruyucu bir kabuk kafatası üzerinde temel bir yer. Diş akrilik kullanarak kafatası üzerinde bitişik onun vidalarla Bankası düzeltmek. Daha sonra kapalı olmak üzerinden derinliği tel implantasyon için kullanılmaya yönelik alanını korumak için kaldırılmış olabilir tıbbi pamuk kullanın.
    Not: Koruyucu kabuk üç bölümden oluşur bir 3D baskılı polylactic özel tasarlanmış ürünüdür: bir temel, bir duvar ve bir kap. Duvar Faraday kafesi inşa etmek bakır tapers kaplıdır.
  12. Önceden tanımlanmış stereotaksik koordinatlarına göre derinlik tel elektrot konumları işaretlemek.
  13. Matkap küçük delikler (çapı: 0.2 mm) işaretli siteler için tel implantasyonu, çevresinde kafatasındaki ve beyin zarı ortaya çıkarmak için kalp kapakcıgını dikkatli bir şekilde çıkarın. Kranyotomi sık, normal salin kullanarak yıkayın. Şekil 1 derinlik tel elektrot implantasyonu önce kurulum açıklar.
  14. Bir iğne kullanarak, Asansör ve beyin zarı pia mater, damarları ve yeni korteksimiz yüzeyine zarar vermeden kes.
  15. Derinlik tel elektrot yeni korteksimiz yüzeyine daha düşük ve daha sonra yavaş yavaş nüfuz hedef derinlik beyne. Sık sık elektrotlar kortikal esneklik için aşağı hareket etmeyi kes. Bu da çalışmanın, kortikal yüzeyi altında 0,5 mm tel ucu derinliğidir.
  16. Kranyotomi derinlik tel elektrot sonraki deneysel manipülasyonlar için hareket edebilir emin olmak için balmumu ve parafin yağı karışımı ile kapatın.
  17. Diş akrilik kafatasında kullanarak elektrot cihazları tamir.
  18. ECoG vida bağlayıcı modülü üzerinde karşılık gelen kanala bağlandığı her bakır tel kaynak. Farklı kanallar arasında olası temasını engellemek için kil kullanarak kaynak noktaları kapsar.
  19. Koruyucu kabuk duvar tabanına monte ve karşılık gelen kanal için başvuru ve zemin elektrotlar kaynak.
  20. Cap kirlenmesini önlemek için şeritler kullanarak koruyucu kabuk için düzelt.
  21. Fare ile penisilin iğne (60.000 U, IP) Segmanlar enfeksiyonları önlemek için ameliyattan hemen sonra.
  22. Tek-ev içinde bir ısı ve nem-kontrollü fare kafes ve gıda ile ameliyattan sonra 12-h gündüz/gece döngüsü içinde tutmak ve en az bir hafta önce LEP deney için ad libitum su.
    Not: ECoG ve kortikal LFP faaliyetleri, bir aparat aynı anda kaydetmek için burada iki tip-in birkaç Micro tungsten tel dizileri için bağlı bulunan bir bağlayıcı modülü bağlantılı elektrotlar ile monte kullanıldı. Altın pimleri tungsten tel elektrot arabirimi yönetim kurulu (EIB) bağlanmak için bağlayıcı modülü EIB üzerinde küçük metal deliklere teller basarak kullanılmıştır. EIB iki metal delikleri ile kaplı bakır kablo lehimli ve her bakır tel açık uçlu ECoG vida için bağlı karşılık gelen bakır tel ile lehimli. İmalat ayrıntılarını olmuştur başka bir bölümünde21.

2. veri toplama

  1. Üç veya daha fazla ardışık gün öncesine fare ile deneyci22tanıdık alır sağlamak için deney için fareyi en az 1 x bir gün gıdıklıyor.
  2. Fare davranışı odası en az 1 saat önce kayıt ortamına fare acclimatizes emin olmak için deneme için yerleştirin.
    Not: Plastik küp bir kenar uzunluğu 30 cm ile dolu bir yer. Alt odasının bir demir ızgara ~ 8 mm boşluklar ile yapılır.
  3. Kayıt headstage elektrot modülü ile hafifçe, farenin korkutuyor ve elektrot modülü zarar önlemek için bağlayın.
  4. Lazer üreteci ayarla, optik fiber bağlanmak ve ekipman operatör kılavuzuna göre lazer nokta boyutunu ayarlamak. Dijital çıkış tetikleyici jeneratör kayıt kurulu dijital giriş bağlantı noktasına bağlayın.
    Not: aşırı fiber bozulmaması için optik fiber curl değil için dikkat ediniz. Kayıt önce tetikleyici sinyalleri görüntülenir ve kayıt yazılımı tarafından kaydedilen emin olun. Bu protokol için radyant ısı uyaranlara bir kızılötesi Neodim itriyum alüminyum perovskite tarafından oluşturulan (Nd: YAP) lazer dalga boyu 1,34 mikron ile. Lazer nokta boyutu çapı yaklaşık 5 mm odak lens tarafından ayarlanır. He-Ne lazer deneme amaç bağlı olarak tanımlanan uyarılmış alanı işaret etti. Ayrıca, lazer bakliyat uyarıcı enerji deneysel tasarım göre belirlenir. Lazer darbe süresi 4 ms olduğunu.
  5. Köşedeki pençe nosiseptif lazer uyaranlara aldığında fare nosiseptif davranışlarını sürekli olarak kaydetmek için deneysel odasının altında video kamera ayarla. Pozisyon ve nosiseptif davranışları tamamen deney boyunca kaydedilir emin olmak için kameranın yönünü ayarlayın.
    Not: başlangıç saatini ve süresini nosiseptif davranışı tam olarak kaydetmek için kayıt sistemi yönetim kurulu çalışma sinyalleri teslim edebilir gibi yüksek hızlı şarj kuplajlı cihaz (CCD) fotoğraf makinesi, önerilir. Nosiseptif davranışları değerlendirildi deneyci tarafından her lazer uyarıcı sonra hayvan hareketi23,24, aşağıdaki gibi temel önceden tanımlanmış ölçütlere göre: hiçbir hareket (skor = 0), kafa-dönüm (sallayarak da dahil olmak üzere veya baş yükselen; puan = 1), i gözü kapalı (yani, küçük bir ani gövde hareketi mastürbasyon; puanı = 2), para çekme (yani, pençe retraksiyon lazer uyarıcı üzerinden; puanı = 3), yalama ve tüm vücut hareketi (skor = 4).
  6. Devam eden beyaz gürültü (50 dB SPL) üzerinden bir hoparlör odası üstündeki teslim.
    Not: önceki çalışmalar10,25' gösterildiği, ciltte teslim lazer stimülasyon sıçan işitsel sistem tarafından tespit edilebilir ultrasonlardan oluşturur. Bu nedenle, yanıt olarak lazer tarafından oluşturulan ultrasonlardan işitme sisteminin aktivasyonu önlemek için deney boyunca devam eden beyaz gürültü oynanır. Bu yordam nosiseptif sistem harekete geçirmek için ilgili beyin tepkilerin seçmeli kayıt verir.
  7. ECoG ve ekipman operatör kılavuzuna göre kayıt sistemi kullanarak derinlik tel elektrot elektrofizyolojik veri toplamak.
    Not: Örnekleme kamera ve tetiği lazer bakliyat sinyalleri aynı anda aynı elektrofizyolojik verilerle örnek çalışma sinyalleri sağlar (tüm verileri ve güçlendirilmiş 20.000 Hz örnekleme hızı kullanılarak sayısallaştırılmış) oranı Tüm veri eşitleme saati.
  8. Lazer bakliyat sıçan forepaw odasının altındaki boşluklar aracılığıyla plantar teslim.
    Not: fare fazla 2 için spontan stillness olduğunda lazer uyarıcı yalnızca teslim s dayalı deneyci'nın gözlem hareketi ile ilgili eserler sinyal kirlenme en aza indirmek için. Nociceptor yorgunluk ya da Sensitizasyonu önlemek için lazer ışını hedef el ile her uyarıcı sonra yerlerinden olduğunu ve interstimulus Aralık hiç 40 s. ECoG ve LFP sinyalleri her sıçan gelen birkaç kez kaydedilebilir daha kısadır. Fareyi deneysel odası 1 saat önce her kayıt oturumu konması gerekiyor. Ne de olsa oturumları kayıt, fareyi derin anestezi ve transcardially buz gibi fosfat tamponlu tuz % 4 paraformaldehyde tarafından takip ile derin. Beyin kafatasından kaldırıldı ve elektrot pozisyonları tanımlamak için kesitli.

3. veri analizi

  1. Sürekli veri 1 ve 30 Hz arasında bir bant geçiren filtre ile filtre.
  2. Dönem 3 bir analizi penceresini kullanarak veri s, 1'den genişletilmiş 2 önce s s sonra lazer uyaranlara başlangıcı. Temel düzeltme prestimulus aralığı içinde ortalama genlik çıkararak gerçekleştirilir.
  3. El ile tarafından Brüt eserler kontamine dönemini reddetmek.
  4. Zaman kilitli deneysel her koşul için bir lazer çekim gücü başlangıcı için Ortalama LEP dalga biçimleri hesaplamak.
  5. Hesaplamak için LEP dalga biçimleri dalgacık dönüşümü tutarlılık (WTC) ECoGs ve derinlik tel elektrot kaydedildi.
    Not: WTC zamanın bir fonksiyonu olarak elektrot çiftleri ve frekans arasındaki tutarlılık gerçekleştirmek için bir tekniktir. WTC iki sinyal arasında tutarlılık değerleri tüm zaman-frekans spektrumu için üreten avantajı herhangi bir zaman-frekans noktası için hesaplanabilir. Metodoloji ayrıntılarını olmuştur başka bir bölümünde26.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Temsilcisi deneyde, beş fareler elektrofizyolojik verilerden kaydedildi. Lazer uyaranlara her fare sağ forepaw için 20 kere ile teslim edildi > 40 s interstimulus aralıkları. Yanıt-e doğru her ikisi ECoG vida ve derinlik teller ve derinlik teller kullanarak kaydedildi lazer uyarılmış beyin ikili birincil somatosensor cortices (S1) ve birincil motor cortices (M1) implante.

Şekil 1' de özetlenen tel iki ECoGs (siyah işaretli) ve derinliği (renk, her dört bölgede beş telleri işaretlenmiş) elektrotlar (referans olarak Bregma, ifade aşağıdaki konumlarda stereotaksik koordinatları göre yerleştirildi mm; X ve Y ekseni değerleri gösterir doğru ve anterior konumları, sırasıyla pozitif): sol ECoG ın X =-1.5 ve Y = 1,75; doğru ECoG ın X 1.5 ve Y = = 1,75; Sol S1 içinde X -4 ve Y = 0,5; = doğru S1 içinde X 4 ve Y = 0,5; = Sol M1 olarak X = -3 ve Y = 3; içinde doğru M1, X = 3 ve Y = 3.

Şekil 2 gösterir tüm elektrotlar ham elektrofizyolojik verilerden (iki ECoG vidayı artı beş tungsten teller, dört beş tungsten teller her beyin bölgesi), lazer uyarıcı bir dikey nokta çizgi ile işaretlenmiş başlangıcı ile. Lütfen açık LEP yanıt lazer uyarıcı başlangıcından sonra algılanabilir olduğunu unutmayın.

Şekil 3 gösterir üzerinden altı elektrotlar grup düzeyi ortalama LEP Waveform (iki ECoG vidayı artı dört tungsten teller, her beyin bölgesi bir temsilcisi tungsten tel) beş sıçan. Kayıt sitesi ne olursa olsun, bir baskın olumsuz saptırma (N1 dalga) LEP yanıt oluşur. Gecikme süresi ve N1 dalganın genliğini (ortalama ± SEM) aşağıdaki gibi vardır: sol ECoG, 143 ± 9 ms ve-51 ± 4 µV; doğru ECoG, 145 ± 9 ms ve-47 ± 4 µV için; Sol S1, 149 ± 9 ms ve -86 ± 7 µV için; doğru S1, 168 ± 10 ms ve-71 ± 6 µV için; Sol M1, 179 ± 12 ms ve-74 ± 7 µV için; doğru M1, 185 ± 11 ms ve-63 ± 6 µV. için önemlisi, N1 gecikmeleri kontralateral S1 kaydedilen ikili ECoG ve LFP sinyaller açıkça bu Ipsilateral S1 ve ikili M1 kaydedilen daha kısa olan, benzer. Buna ek olarak, N1 genlikleri kontralateral S1 içinde en büyük ve en küçük ikili ECoGs.

Şekil 4 LEPs (iki ECoG vidayı gelen sinyalleri ortalama olarak) ECoG vidaları kullanarak örneklenmiş ve derinlik teller, farklı beyin bölgelerini (doğru M1, doğru S1, sol M1 ve sol S1) arasında WTC gösterir. Not M1 ve kontralateral (sol) S1 gamma-frekans bandı (50-100 Hz), Ipsilateral (sağda) S1 ve M1 daha yüksek bir tutarlılık gösterdi.

Figure 1
Şekil 1: elektrot implantasyon set-up. Derinlik tel elektrot implantasyonu önce bir koruyucu kabuk Bankası kafatası üzerinde yerleştirilir ve ECoG elektrotlar kullanılan vida önceden tanımlanmış deliklere tahrik ve diş akrilik tarafından sabit. Dört delik derinliği tel elektrot (Örneğin, tungsten tel dizileri) implantasyon için sol ve sağ S1 ve M1, üst pozisyonlarda sırasıyla delinmiştir. Başvuru ve zemin elektrotlar kullanılan vida 2 ila 4 mm caudally Lambda yerleştirilir ve temel koruyucu kabuk ile sabit. Sol panelde fotoğraf cerrahinin temel koruyucu bir kabuk implantasyon sonra gösterir. Sağdaki panelde diyagram koruyucu kabuk Bankası Genel şeklini gösterdi cerrahinin gösterir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 2
Şekil 2: ham elektrofizyolojik veri temsili bir farenin. Görüntülenen sinyalleri kaydedilir iki ECoGs ve 20 Derinlik tel elektrot (her beyin bölgedeki beş elektrotlar) ile temsilcisi bir sıçan gelen elektrot kullanarak caudally için referans olarak Lambda 2 mm yer alan. Lazer uyarıcı başlangıçlı bir dikey nokta satırını kullanarak işaretlenir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 3
Şekil 3: grup düzeyi ortalama LEP Waveform. Görüntülenen ortalama sinyaller kaydedilir iki ECoGs ve dört derinlik tel elektrot (her beyin bölgedeki bir temsilcisi elektrot) beş sıçanlarından emir elektrot kullanarak caudally için referans olarak Lambda 2 mm yer alan. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Figure 4
Şekil 4: dalgacık dönüşümü tutarlılık. Görüntülenen sonuçlar dalgacık dönüşümü tutarlılık ECoG vida ve derinlik teller farklı beyin bölgelerini (doğru M1, doğru S1, sol M1 ve sol S1) kullanarak örnek LEPs arasında gösterir. Tutarlılık için ilgili temel normalize (0,5 s lazer uyarıcı başlangıçlı önce). Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

or Start trial to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Bu da çalışmanın, biz aynı anda ECoGs ve kortikal LFP yanıt-e doğru serbestçe hareket fareler nosiseptif lazer uyaranlara tarafından elde edildi kaydetmek için bir teknik nitelendirdi. Sonuçlar LEP yanıt açıkça ECoG ve LFP sinyalleri lazer uyaranların başlangıcından sonra tespit edilemedi gösterdi. ECoG ve kortikal LFP sinyalleri aynı anda kayıt ilişkilerine katkı LEP bileşenlerine nöronal faaliyetlerinin daha iyi anlamak için araştırmak bilim adamları sağlayacaktır.

Beş kritik adım önerilen tekniği içinde olması gerekmektedir. İlk olarak, kafatası yüzeyinde koruyucu kabuk temel, diş akrilik kullanarak düzeltmeden önce temiz ve kuru olduğundan emin olun önemlidir. Bu adım koruyucu kabuk Bankası stabil sabit etkinleştirir. İkincisi, ECoG vida çapı delik, ilk vida sürüş delik vida dişi formu büyütür olduğunu biraz daha büyük olduğu için. Bu da çalışmanın, tungsten teller için delik ve ECoG vida için delik arasındaki mesafe çok azdır (Örneğin, daha az 0.3 mm). Eğer tüm delikler delinir sürüş önce ECoG vida ve derinlik tel ekleme, kafatası ECoG delikleri etrafında kırılgan olur ve vida sürüş sırasında delik büyütme mekanik yük dayan değil. Bu nedenle, ECoG vidayı deliklere önce tungsten tel sokmak için sondaj delik vida dişi oluşturmaya yönlendirilmesi gerekir. Ne zaman tungsten teller için delik görünümü eklenen ECoG vida engel, tahrik ve tekrar adım Protokolü'nün sonra 1.14 tahrik oldukları önerilir. Üçüncü olarak, derinlik tel elektrot eklerken, deneyci direnci genellikle derinlik teller kafatası veya beyin zarı olmamıştır deliğin kenarında engellendi gösterir uç tungsten tellerin dikkat gerekiyor tamamen kaldırıldı. Bu durumda ise, derinlik teller yükseltilmiş olması gerekir ve olası engelleri reinserting elektrotlar20önce temizlenmelidir. Dördüncü olarak, kranyotomi delik elektrot implantasyon sonra balmumu ve parafin yağı karışımı ile doldururken, implante teller dış güçler tarafından basılması değil. Bu nedenle, electrocoagulator kullanarak yakın yerleştirilen karışımı eritmek için tercih edilir. Beşinci olarak, lazer son parçayı ve fareyi hedef sitede arasındaki mesafe algılanan lazer enerjileri farklı denemeler10,25arasında tutarlı olduğunu güvence altına almak için yaklaşık 1 cm tutulmasını sağlamak önemlidir.

Gerçekten de, emin olmak için koruyucu kabuk kapak ve tüm cihazlar korumak, kabuk boyutunu nispeten büyük olacak şekilde tasarlanmıştır sıçan başına (bir kenar uzunluğu 3,5 mm ile bir küp) karşılaştırıldı. Fare hareket over--kafa aygıt etkisi en aza indirmek için rats kim denemede daha--dan 400 g tartılır kullanmanızı öneririz. Bu nedenle, bu teknik sıçan modelinde sofistike davranışları eğitim için kullanılamaz ve diğer küçük hayvanlar (Örneğin, fare) modellerinde kabul edilmelidir değil. Özellikle, önerilen teknik böylece diğer birçok uygulama için uzanan diğer teknikleri ile birleştirmek için kullanılabilir. Örneğin, bu tekniği kolayca kayıt beyin yanıtları farklı duyumlar (Örneğin, görsel ve işitsel) uyaranlara tarafından uyarılmış uygulanabilir27,28 ve psikiyatrik hastalıklar () içinde uygulanan tanımlayıcı beyin özelliklerinin Örneğin, epilepsi) onların anılan sıraya göre sinirsel mekanizmalar incelenmesi tanıtmak fareler serbestçe hareket içinde29 . Buna ek olarak, elektrot implantasyon bir boyuna bir çalışma içinde belgili tanımlık gelecek gerçekleştirme imkanı sağlayan ay, sınava dayanabilir.

Tamamen, biz aynı anda kayıt ECoG ve LFP faaliyetleri fareler serbestçe hareket geçerli bir teknik sağlar. Bu teknik bilgi mezoskopik ve makroskopik düzeyde beyindeki işlem araştırmak sağlar. Bu belge deneysel hayvan bulgular insan fizyolojisi ve patofizyolojisi daha iyi anlamak için translasyonel çalışmaları için önemlidir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Yazarlar bildirmek için bir şey yok.

Acknowledgments

Bu eser desteklenen CA anahtar laboratuvar ruh sağlığı, psikoloji Enstitüsü, Çin (31671141 ve 31822025) Ulusal Doğal Bilim Vakfı tarafından 13inci beş yıllık Informatization Plan Bilimler (XXH13506), Çin Akademisi ve bilimsel proje psikoloji Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi (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 

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. 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).
  2. Peng, W., et al. Brain oscillations reflecting pain-related behavior in freely moving rats. Pain. 159, (1), 106-118 (2018).
  3. Treede, R. D. Neurophysiological studies of pain pathways in peripheral and central nervous system disorders. Journal of Neurology. 250, (10), 1152-1161 (2003).
  4. 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).
  5. Bromm, B., Treede, R. D. Nerve fibre discharges, cerebral potentials and sensations induced by CO2 laser stimulation. Human Neurobiology. 3, (1), 33-40 (1984).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. 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).
  13. Mouraux, A., Iannetti, G. D. Across-trial averaging of event-related EEG responses and beyond. Magnetic Resonance Imaging. 26, (7), 1041-1054 (2008).
  14. 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).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. Bruyns-Haylett, M., et al. The neurogenesis of P1 and N1: A concurrent EEG/LFP study. NeuroImage. 146, 575-588 (2017).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).
  25. Hu, L., et al. Was it a pain or a sound? Across-species variability in sensory sensitivity. Pain. 156, (12), 2449-2457 (2015).
  26. 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).
  27. Polterovich, A., Jankowski, M. M., Nelken, I. Deviance sensitivity in the auditory cortex of freely moving rats. PLoS One. 13, (6), e0197678 (2018).
  28. 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).
  29. 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).
Kortikal yerel alan potansiyelleri ve Electrocorticograms fareler serbestçe hareket nosiseptif lazer uyaranlara yanıt olarak eşzamanlı kayıt
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Yue, L., Zhang, F., Lu, X., Wan, Y., Hu, L. Simultaneous Recordings of Cortical Local Field Potentials and Electrocorticograms in Response to Nociceptive Laser Stimuli from Freely Moving Rats. J. Vis. Exp. (143), e58686, doi:10.3791/58686 (2019).More

Yue, L., Zhang, F., Lu, X., Wan, Y., Hu, L. Simultaneous Recordings of Cortical Local Field Potentials and Electrocorticograms in Response to Nociceptive Laser Stimuli from Freely Moving Rats. J. Vis. Exp. (143), e58686, doi:10.3791/58686 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
simple hit counter