Summary
Abbiamo sviluppato una tecnica che registra simultaneamente sia electrocorticography e potenziali di campo locale in risposta a stimoli nocicettivi laser da liberi di muoversi. Questa tecnica aiuta a stabilire un rapporto diretto di electrocortical segnali a livello macroscopico e mesoscopiche che facilita l'indagine nocicettive di elaborazione delle informazioni nel cervello.
Abstract
Electrocortical risposte, indotte da impulsi di calore laser che attivano selettivamente terminazioni nervose gratis nocicettivo, sono ampiamente utilizzate in molti studi animali ed umani per indagare l'elaborazione corticale dell'informazione nocicettiva. Questi potenziali cerebrali evocati laser (LEPs) consistono di parecchie risposte transitorie che sono tempo-bloccata per l'insorgenza di stimoli laser. Tuttavia, le proprietà funzionali delle risposte LEP sono ancora in gran parte sconosciute, a causa della mancanza di una tecnica di campionamento che può registrare simultaneamente attività neurali alla superficie della corteccia (cioè, electrocorticogram [ECoG] e cuoio capelluto elettroencefalogramma [cuoio capelluto EEG]) e all'interno del cervello (cioè, potenziali di campo locale [LFP]). Per risolvere questo problema, vi presentiamo qui un protocollo animale utilizzando ratti liberamente commoventi. Questo protocollo è composto di tre procedure principali: (1) animale preparazione e procedure chirurgiche, (2) una registrazione simultanea di ECoG e LFP in risposta a stimoli nocicettivi laser, (3) estrazione dei dati e analisi e funzionalità. In particolare, con l'aiuto di un guscio protettivo 3D-stampato, sia ECoG e LFP elettrodi impiantati sul cranio del ratto erano saldamente tenuti insieme. Durante la raccolta dati, impulsi laser sono stati trasportati sulle zampe anteriori del ratto attraverso lacune nella parte inferiore della camera quando l'animale era in quiete spontaneo. Rumore bianco in corso è stato interpretato per evitare l'attivazione del sistema uditivo dagli ultrasuoni generati dal laser. Di conseguenza, solo risposte nocicettive selettivamente sono state registrate. Utilizzando le procedure analitiche standard (ad es., filtro passa-banda, estrazione di epoca e correzione della linea di base) per estrarre le risposte correlate a stimolo del cervello, abbiamo ottenuto risultati che sono stati LEPs con un elevato rapporto segnale-rumore contemporaneamente registrate dagli elettrodi ECoG e LFP. Questa metodologia permette la registrazione simultanea delle attività ECoG e LFP, che fornisce un ponte di segnali electrocortical, a livello macroscopico e mesoscopica, facilitando in tal modo l'indagine di elaborazione dell'informazione nocicettiva nel cervello.
Introduction
EEG è una tecnica per registrare i potenziali elettrici e attività oscillatoria cervello generate dalle attività sincronizzata di migliaia di neuroni nel cervello. Esso è comunemente usato in molti studi di base e applicazioni cliniche1,2. Per esempio, risposte EEG a laser intenso calore impulsi (cioè, LEPs) sono ampiamente adottato per studiare l'elaborazione periferico e centro di input nocicettivo sensoriale3,4,5. In esseri umani, LEPs consistono principalmente di tre deviazioni distinti: il componente in anticipo (N1) che è la maniera organizzata e in grado di riflettere l'attività della corteccia somatosensoriale primaria (S1)6e gli elementi tardi (N2 e P2) che occupano una posizione centrale distribuita e più probabile riflettere l'attività della corteccia somatosensoriale secondaria, insula e corteccia anteriore del cingulate7,8. In precedenti studi9,10, abbiamo dimostrato che ratto LEPs, campionato utilizzando ECoG (un tipo di EEG intracranico) da elettrodi posizionati direttamente sulla superficie esposta del cervello, anche costituite da tre distinti deviazioni ( cioè, somatotopically organizzato N1 e N2 distribuito centralmente e P2). La polarità, l'ordine e topografia dei componenti LEP ratto sono simili a umano LEPs11. Tuttavia, a causa della limitata risoluzione spaziale del cuoio capelluto EEG e subdurale ECoG registrazioni12, nonché la natura imprecisa del EEG fonte analisi tecniche13, il contributo dettagliato delle attività neurale ai componenti LEP è molto dibattuta. Ad esempio, è poco chiaro se e nella misura in cui contribuisce alla prima parte della risposta corticale (N1) suscitata da laser stimoli6S1.
Diverso dalla tecnica di registrazione presso il macroscopico recordings intracranica livello, diretto mediante matrici microwire aiutate da un apparato di stereotassiche e Microdrive14,15 potrebbe misurare attività neurali (ad es., LFPs ) di regioni specifiche. LFPs riflettono principalmente la sommatoria dei potenziali postsinaptici eccitatori o inibitori delle locali popolazioni neuronali16. Poiché l'attività neurale LFP-campionati riflette processi neuronali che si verificano all'interno di centinaia di micrometri intorno all'elettrodo di registrazione, questa tecnica di registrazione è ampiamente usata per analizzare le informazioni di elaborazione nel cervello a livello mesoscopico. Tuttavia, solo si concentra su precisi cambiamenti locali di attività del cervello e non può rispondere alla domanda di come sono integrati i segnali provenienti da più regioni (ad esempio, come componenti di LEP sono integrati alle regioni multiple del cervello).
Vale la pena notare che la registrazione simultanea di un ECoG e corticale LFPs da liberi di muoversi potrebbe facilitare l'indagine corticali di elaborazione delle informazioni a livello macroscopico e mesoscopico livelli. Inoltre, questa metodologia fornisce un'eccellente opportunità per indagare la misura in cui l'attività neurale delle regioni del cervello predefiniti contribuiscono ai LEPs. Infatti, parecchi studi precedenti hanno valutato la coerenza fra i punti, corticale LFP, ECoG segnali e17,18 e ha dimostrato che il LFP19,20 adiacente all'elettrodo EEG contribuisce per il Formazione di risposte cerebrali correlate a stimolo. Tuttavia, la tecnica esistente viene solitamente utilizzata per registrare le risposte del cervello da animali anestetizzati a causa della mancanza di un guscio protettivo per impedire gli elettrodi di essere danneggiata dalla collisione. In altre parole, manca ancora la tecnica che potrebbe costruire il ponte di electrocortical segnali a livello macroscopico (EEG ed ECoG) in e mesoscopica (corticale LFP) liberi di muoversi.
Per risolvere questo problema, abbiamo sviluppato una tecnica che potrebbe registrare un ECoG e LFPs corticale in regioni multiple del cervello simultaneamente da liberi di muoversi. Questa tecnica aiuta a stabilire il rapporto diretto dei segnali electrocortical, a livello macroscopico e mesoscopica, facilitando così l'inchiesta nocicettive di elaborazione delle informazioni nel cervello.
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Protocol
Nell'esperimento sono stati utilizzati ratti Sprague-Dawley maschio adulto (400-450 g di peso). Tutte le procedure chirurgiche e sperimentale seguito la guida per la cura e l'uso di animali da laboratorio del National Institutes of Health. Le procedure sono state approvate dal comitato etico di ricerca presso l'Istituto di psicologia, Accademia cinese delle scienze.
1. l'impianto di elettrodi
- Anestetizzare il ratto in una camera con 5% isoflurane e una portata di 1 L/min prima della chirurgia.
- Utilizzando un'apparecchiatura stereotassica, fissare la testa del ratto con il relativo naso inserito nella maschera anestetica. Amministrare isoflurano tramite la maschera anestetica ad una concentrazione del 2% con un tasso di flusso di aria di 0,5 L/min per mantenere la profondità anestetica durante l'intervento chirurgico. Si noti che la tolleranza chirurgica è raggiunto quando il topo non riesce a rispondere a punta-pizzicamento.
- Applicare unguento oftalmico agli occhi per evitare la disidratazione corneale.
- Radere la parte superiore del cuoio capelluto ratto utilizzando un rasoio standard.
- Sterilizzare il cuoio capelluto con l'alcool medico iodophor disinfettante soluzione e 75% per rimuovere lo iodio.
- Iniettare lidocaina (2%) nel cuoio capelluto per analgesia locale. Somministrare atropina (0,2 mL i.p.) per inibire l'ipersecrezione delle vie respiratorie.
- Fare un'incisione mediana di circa 2-3 cm sul cuoio capelluto usando un bisturi. Tagliare e rimuovere parte del cuoio capelluto lungo la linea mediana ed esporre il cranio. Utilizzare il electrocoagulator per fermare l'emorragia, quando necessario.
- Contrassegnare le posizioni degli elettrodi ECoG basati sulle coordinate stereotassiche predefinite (disposto in base alla posizione di Bregma) e le posizioni degli elettrodi di riferimento e terra sulla linea mediana (posizionata 2 e 4 mm caudalmente a Lambda, rispettivamente).
- Praticare fori (diametro: 0,5 mm) per le viti di ECoG, utilizzando un trapano elettrico cranico sul cranio presso i siti segnalati, senza distruggere la dura madre.
- Avvitare una vite in acciaio inox (diametro esterno: 0,6 mm), che collega il filo di rame rivestite con isolamento, nel foro di circa 1 mm di profondità senza penetrare il dura sottostante. Queste viti fungono da ECoG, riferimento e gli elettrodi a terra durante l'esperimento.
- Posto un guscio protettivo base sul cranio. Fissare la base con le relative viti adiacenti sul cranio usando l'acrilico dentale. Utilizzare cotone medica che potrebbe essere rimosso in seguito per proteggere l'area che è destinato a essere utilizzato per l'impianto del filo di profondità da essere coperto.
Nota: Il guscio protettivo è un prodotto appositamente polilattico 3D-stampato, che consiste di tre parti: una base, un muro e un berretto. La parete è rivestita di rame conicità per costruire come una gabbia di Faraday. - Contrassegnare le posizioni degli elettrodi filo profondità basati sulle coordinate stereotassiche predefinite.
- Piccoli fori (diametro: 0.2 mm) sul cranio intorno ai siti segnalati per l'impianto del filo e rimuovere con cautela il lembo osseo per esporre la dura madre. Lavare il craniotomy frequentemente, con normale soluzione salina. Figura 1 descrive la messa a punto prima dell'impianto degli elettrodi filo profondità.
- Utilizzando un ago, sollevare e tagliare il dura senza danneggiare la superficie della neocorteccia, vasi e la pia madre.
- Abbassare gli elettrodi filo profondità alla superficie della neocorteccia e, poi, lentamente penetrare il cervello fino alla profondità di destinazione. Si fermano spesso in movimento verso il basso gli elettrodi corticali e resilienza. Nello studio presente, la profondità della punta del filo è 0,5 mm sotto la superficie corticale.
- Sigillare il craniotomy con una miscela di olio di paraffina e cera per assicurarsi che gli elettrodi del legare di profondità possono essere spostati per successive manipolazioni sperimentali.
- Difficoltà apparato elettrodo usando l'acrilico dentale sul cranio.
- Saldare ogni filo di rame che collega alla vite ECoG al canale corrispondente sul modulo connettore. Coprire i punti di saldatura usando l'argilla per evitare il contatto con potenziale tra i diversi canali.
- Montare la parete di guscio protettivo alla base e saldare gli elettrodi di riferimento e terra ai canali corrispondenti.
- Fissare la calotta per il guscio protettivo utilizzano i nastri per evitare la contaminazione.
- Iniettare il ratto con penicillina (60.000 U, i.p.) immediatamente dopo l'intervento chirurgico per prevenire le infezioni postsurgical.
- Singole case il ratto in una temperatura e umidità controllata della gabbia e tenerlo in un ciclo giorno/notte di 12 h dopo l'intervento chirurgico, con cibo e acqua ad libitum per almeno una settimana prima dell'esperimento LEP.
Nota: Per registrare simultaneamente ECoG e corticale LFP attività, un apparecchio è stato utilizzato qui che è stato assemblato con due tipi di elettrodi collegati a un modulo connettore, che conteneva diverse microdrives allegato per le matrici di filo di tungsteno. I pin dorati sono stati utilizzati per collegare i fili di tungsteno alla scheda di interfaccia di elettrodo (BEI) del modulo connettore premendo i fili in metallo piccoli fori alla BEI. Due fori in metallo alla BEI sono stati saldati con fili di rame rivestiti e l'estremità aperta di ogni filo di rame è stato saldato con il filo di rame corrispondente collegato alla vite di ECoG. I dettagli di fabbricazione sono stati descritti altrove21.
2. raccolta dei dati
- Solleticare il ratto almeno 1 volta al giorno per tre o più giorni consecutivi prima dell'esperimento per garantire che il topo diventa familiare con sperimentatore22.
- Posizionare il ratto nel comportamento di misurazione per almeno 1 h prima dell'esperimento per garantire che il ratto ambiento la registrazione all'ambiente circostante.
Nota: La camera è un cubo di plastica con una lunghezza laterale di 30 cm. Il fondo della camera è costituito da un'inferriata in ferro con lacune ~ 8 mm. - Collegare l'headstage di registrazione con il modulo elettrodo delicatamente, per evitare di spaventare il ratto e danneggiare la centralina dell'elettrodo.
- Impostare il generatore laser, collegare la fibra ottica e regolare la dimensione di punto del laser secondo il manuale d'uso di attrezzature. Collegare l'uscita digitale dal generatore trigger alla porta di ingresso digitale della scheda di registrazione.
Nota: fare attenzione non per arricciare la fibra ottica eccessivamente per evitare di rompere la fibra. Prima della registrazione, assicurarsi che i segnali di trigger vengono visualizzati e registrati dal software di registrazione. In questo protocollo, calore stimoli generati da un infrarosso al neodimio ittrio alluminio perovskite (Nd: YAP) laser con lunghezza d'onda di 1,34 μm. Il diametro della dimensione dello spot laser è impostato a circa 5 mm da lenti messa a fuoco. Un laser He-Ne ha sottolineato l'area stimolata, che è definita in funzione dell'obiettivo dell'esperimento. Inoltre, l'energia di stimolo degli impulsi laser è determinato secondo il disegno sperimentale. La durata dell'impulso laser è di 4 ms. - Impostare la videocamera sotto l'angolo della camera sperimentale per registrare continuamente i comportamenti nocicettivi del ratto quando la zampa riceve stimoli nocicettivi laser. Regolare la posizione e la direzione della fotocamera per assicurarsi che i comportamenti nocicettivi sono completamente registrati in tutto l'esperimento.
Nota: Una macchina fotografica ad alta velocità charge coupled device (CCD) è altamente raccomandata, come può trasportare i segnali operativi per la scheda principale del sistema di registrazione per registrare il tempo di inizio e la durata del comportamento nocicettivo precisamente. Nocicettivi comportamenti saranno valutati dallo sperimentatore dopo ogni stimolo laser, secondo criteri definiti in precedenza basati sul movimento degli animali23,24, come segue: nessun movimento (Punteggio = 0), far girare la testa (tra cui agitazione o elevando la testa; Punteggio = 1), flinching (vale a dire, un piccolo corpo brusco movimento di strappi; Punteggio = 2), ritiro (cioè, zampa retrazione dallo stimolo laser; Punteggio = 3), leccare e al corpo intero movimento (Punteggio = 4). - Consegnare in corso rumore bianco (50 dB SPL) tramite un altoparlante nella parte superiore della camera.
Nota: Come indicato in precedenti studi10,25, stimolazione del laser consegnata sulla pelle genera ultrasuoni che possono essere rilevati dal sistema uditivo del ratto. Per questo motivo, in corso di rumore bianco è giocato durante l'esperimento per evitare l'attivazione del sistema uditivo in risposta agli ultrasuoni generati dal laser. Questa procedura permette la registrazione selettiva delle risposte del cervello legate all'attivazione del sistema nocicettivo. - Raccogliere i dati elettrofisiologici da sia l'ECoG e gli elettrodi di profondità filo, usando il sistema di registrazione secondo il manuale d'uso di attrezzature.
Nota: I segnali operativi della fotocamera e il grilletto segnali degli impulsi laser vengono campionati simultaneamente con i dati elettrofisiologici allo stesso frequenza di campionamento (tutti i dati vengono amplificati e digitalizzati utilizzando una frequenza di campionamento di 20.000 Hz), che assicura che tutti i dati sono sincronizzati a tempo. - Consegnare gli impulsi laser per il plantare della zampa del ratto attraverso le lacune nella parte inferiore della camera.
Nota: Lo stimolo laser viene recapitato solo quando il ratto è quiete spontaneo per più di 2 s basata sull'osservazione dello sperimentatore, per ridurre al minimo la contaminazione di segnale degli artefatti legati al movimento. Per evitare affaticamento dei nocicettori o sensibilizzazione, la destinazione del fascio laser viene spostata manualmente dopo ogni stimolo, e l'intervallo di interstimulus non è mai inferiore a 40 s. ECoG e LFP segnali possono essere registrati più volte da ogni ratto. Il ratto ha bisogno di essere messo in camera sperimentale 1 h prima di ogni sessione di registrazione. Dopo tutto le sessioni di registrazione, il ratto era anestetizzato ed irrorato via con soluzione salina tampone fosfato ghiacciata seguita da paraformaldeide al 4%. Il cervello è stato rimosso dal cranio e sezionato per identificare le posizioni degli elettrodi.
3. analisi dei dati
- Filtrare i dati continui con un filtro passa-banda tra 1 e 30 Hz.
- Epoca i dati utilizzando una finestra di analisi di 3 s, estesa da 1 s prima a 2 s dopo l'inizio di stimoli laser. Correzione della linea di base viene eseguita sottraendo l'ampiezza media entro l'intervallo di prestimulus.
- Manualmente e rifiutare le epoche che sono contaminate dai manufatti lordi.
- Calcolare le forme d'onda media di LEP che sono tempo-bloccata per l'insorgenza di stimoli laser per ogni condizione sperimentale.
- Calcolare che la coerenza di trasformazione wavelet (WTC) di forme d'onda LEP registrato da ECoGs e profondità filo elettrodi.
Nota: WTC è una tecnica per eseguire la coerenza tra coppie di elettrodi in funzione del tempo e frequenza. Il WTC tra due segnali può essere calcolato per qualsiasi punto di tempo-frequenza, che ha il vantaggio di generare valori di coerenza per l'intero spettro di tempo-frequenza. I dettagli della metodologia sono stati descritti altrove26.
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Representative Results
Nell'esperimento rappresentativo, sono stati registrati i dati elettrofisiologici da cinque ratti. Gli stimoli del laser sono stati consegnati per la zampa anteriore destra di ogni ratto per 20 volte con > 40 intervalli di interstimulus s. Il cervello di laser-ha evocato le risposte sono state registrate utilizzando sia ECoG viti e fili di profondità e i fili di profondità sono stati impiantati nelle cortecce somatosensoriale primarie bilaterale (S1) e cortecce di motore primarie (M1).
Come sintetizzato nella Figura 1, due ECoGs (indicato in nero) e profondità filo elettrodi (contrassegnati in colore, cinque fili per ciascuna delle quattro regioni) sono stati disposti secondo coordinate stereotassiche nelle seguenti posizioni (espresse in riferimento il Bregma, in mm; positivi i valori dell'asse X e Y indicano posizioni di destra ed anteriore, rispettivamente): al sinistro ECoG, X = -1,5 e Y = 1,75; nel destro ECoG, X = 1.5 e Y = 1,75; in S1 sinistra, X = -4 e Y = 0.5; nella destra S1, X = 4 e Y = 0.5; a sinistra M1, X = -3 e Y = 3; a destra M1, X = 3 e Y = 3.
La figura 2 Mostra i dati elettrofisiologici non elaborati da tutti gli elettrodi (due ECoG viti più quattro da cinque fili di tungsteno, cinque fili di tungsteno in ogni regione del cervello), con l'inizio dello stimolo laser contrassegnato da una linea tratteggiata verticale. Siete pregati di notare che le risposte chiare LEP sono rilevabili dopo l'inizio dello stimolo laser.
La figura 3 Mostra il gruppo-livello-media LEP forme d'onda da sei elettrodi (due viti ECoG plus tungsteno quattro fili, un filo di tungsteno rappresentante in ogni regione del cervello) di cinque ratti. Indipendentemente dal sito di registrazione, le risposte LEP è costituito da una deflessione negativa dominante (onda N1). La latenza e l'ampiezza dell'onda N1 sono come segue (media ± SEM): per il sinistro ECoG, 143 ± 9 ms e -51 ± 4 µV; per il destro ECoG, 145 ± 9 ms e -47 ± 4 µV; per la sinistra S1, 149 ± 9 ms e -86 ± 7 µV; per la destra S1, 168 ± 10 ms e -71 ± 6 µV; per la sinistra M1, 179 ± 12 ms e -74 ± 7 µV; per la destra M1, 185 ± 11 ms e -63 ± 6 µV. importante, N1 latenze nei segnali bilaterali ECoG e LFP registrati da S1 controlaterale sono simili, che sono chiaramente più brevi rispetto quelli registrati dal ipsilateral S1 e bilaterali M1. Al contrario, ampiezze N1 sono più grandi in S1 controlaterale e più piccolo in ECoGs bilaterali.
La figura 4 Mostra il WTC tra LEPs campionato utilizzando le viti di ECoG (i segnali da due ECoG viti sono stati mediati) e fili di profondità alle regioni differenti del cervello (destro M1, S1 destra, sinistra M1 e sinistra S1). Si noti che la controlaterale S1 (sinistra) e la M1 ha mostrato una maggiore coerenza rispetto al ipsilateral S1 (a destra) e la M1 alla banda di gamma-frequenza (50-100 Hz).
Figura 1: set-up dell'impianto di elettrodo. Prima dell'impianto degli elettrodi filo profondità, una guscio protettivo base è posto il cranio, e le viti utilizzate come ECoG elettrodi sono guidate nei fori predefiniti e fissa da acrilico dentale. Quattro fori per l'impianto di elettrodi di profondità filo (ad esempio, le matrici di filo di tungsteno) presso le posizioni sulla parte superiore la S1 e la M1, sinistra e destra rispettivamente. Le viti usate come elettrodo di riferimento e terra sono posizionate a 2 e 4 mm caudalmente al Lambda e fissate con il guscio protettivo di base. Il pannello a sinistra mostra l'immagine della chirurgia dopo l'impianto di un guscio protettivo base. Il pannello a destra mostra il diagramma della chirurgia, che ha mostrato la forma generale della base del guscio protettivo. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 2: Raw dati elettrofisiologici di un ratto rappresentanza. Segnali visualizzati vengono registrati da un rappresentante del ratto 20 profondità filo elettrodi (cinque elettrodi in ogni regione del cervello) e due ECoGs, utilizza l'elettrodo si trova 2 mm caudalmente a Lambda come riferimento. L'inizio dello stimolo laser è contrassegnata con una linea tratteggiata verticale. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 3: forme d'onda media di gruppo-livello LEP. I segnali di una media visualizzati vengono registrati da cinque ratti a due ECoGs e quattro profondità filo elettrodi (un rappresentante in ogni regione del cervello), utilizza l'elettrodo si trova 2 mm caudalmente a Lambda come riferimento. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
Figura 4: la coerenza di trasformazione wavelet. I risultati visualizzati mostrano la coerenza di trasformazione wavelet tra LEPs campionato utilizzando ECoG viti e fili di profondità alle regioni differenti del cervello (destro M1, S1 destra, sinistra M1 e sinistra S1). La coerenza è stata normalizzata al rispettivo valore di riferimento (0,5 s prima dell'inizio di stimolo laser). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.
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Discussion
Nello studio presente, abbiamo descritto una tecnica per registrare contemporaneamente ECoGs e risposte corticali LFP ha suscitate da stimoli nocicettivi laser da liberi di muoversi. I risultati hanno mostrato che le risposte LEP potrebbero essere rilevate chiaramente dopo l'insorgenza di stimoli laser in segnali ECoG sia LFP. La registrazione simultanea di ECoG e corticale LFP segnali consentirà agli scienziati di valutare la loro associazione per meglio comprendere il contributo delle attività di un neurone per i componenti LEP.
Cinque fasi essenziali nella proposta tecnica devono osservare. In primo luogo, è importante assicurarsi che la superficie del cranio sia pulita e asciutta prima di fissare il guscio protettivo di base su di esso, usando l'acrilico dentale. Questo passaggio consente che la base di guscio protettivo è fissata stabilmente. In secondo luogo, dal momento che il diametro delle viti ECoG è leggermente più grande che dei fori, l'azionamento della vite iniziale verrà ingrandite il foro per formare la filettatura della vite. Nello studio presente, la distanza tra il foro per fili di tungsteno e il foro per la vite di ECoG è molto piccola (per esempio, meno di 0,3 mm). Se tutti i fori sono realizzati prima del ECoG vite guida e inserimento del filo di profondità, il cranio intorno ai fori di ECoG sarebbe fragile, e non sopporterebbe il carico meccanico dell'allargamento foro durante l'avvitatura. Per questo motivo, le viti di ECoG hanno bisogno di essere guidato nei fori per formare la filettatura prima del foro di perforazione per l'inserimento del filo di tungsteno. Se le viti di ECoG inserite ostruiscono la vista quando si eseguono i fori per i fili di tungsteno, è consigliabile che sono di essere cacciati e guidato nuovo dopo passo 1.14 del protocollo. In terzo luogo, quando si inseriscono gli elettrodi di profondità filo, lo sperimentatore dovrebbe per prestare attenzione alla resistenza all'estremità dei fili di tungsteno, che indica in genere che i fili di profondità sono bloccati dal bordo del foro sul cranio o dura che non è stato completamente rimosso. Se questo è il caso, i fili di profondità devono essere sollevati e i possibili ostacoli devono essere puliti prima di reinserire l' elettrodi20. In quarto luogo, quando si riempie i buchi di craniotomia con la miscela di olio di paraffina e cera dopo l'impianto di elettrodi, i cavi impiantati non devono essere premuti da forze esterne. Pertanto, è preferibile sciogliere la miscela nelle vicinanze-posizionato utilizzando electrocoagulator. In quinto luogo, è importante assicurarsi che la distanza tra il pezzo di fine di laser e il sito di destinazione il ratto viene mantenuta a circa 1 cm per garantire che le energie laser percepita sono coerenti tra diverse prove10,25.
Infatti, per assicurarsi che il guscio protettivo in grado di coprire e proteggere l'intero apparato, la dimensione del guscio è progettata per essere relativamente grande (un cubo con una lunghezza laterale di 3,5 mm) rispetto alla testa del ratto. Per ridurre al minimo l'influenza del dispositivo over-the-head sul movimento del ratto, si consiglia di utilizzare ratti che pesava più di 400 g nell'esperimento. Per questo motivo, questa tecnica non può essere utilizzata per studiare i comportamenti sofisticati nel modello del ratto e non debba essere adottata in altri modelli di animali più piccoli (ad es., topi). In particolare, la proposta tecnica può essere utilizzata per combinare con altre tecniche così estendere a molte altre applicazioni. Ad esempio, questa tecnica può essere facilmente applicata alle risposte di cervello record evocate da stimoli di sensazioni diverse (ad es., uditive e visive)27,28 e funzioni cervello applicate nella identificazione di malattie psichiatriche ( ad esempio, epilessia)29 in ratti, che promuoverebbero l'indagine sui loro rispettivi meccanismi neurali di muoversi liberamente. Inoltre, l'impianto di elettrodi può sostenere la prova per circa un mese, che fornisce la possibilità di effettuare uno studio longitudinale in futuro.
Complessivamente, forniamo una valida tecnica di ECoG e LFP contemporaneamente registrare le attività da liberi di muoversi. Questa tecnica permette di analizzare le informazioni di elaborazione nel cervello a livello macroscopico e mesoscopico. Questo è importante per gli studi traslazionali per risultati animali sperimentali del documento per una migliore comprensione della fisiologia umana e della patofisiologia.
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Disclosures
Gli autori non hanno nulla da dichiarare.
Acknowledgments
Questo lavoro è stato supportato da CAS Key Laboratory of Mental Health, Istituto di psicologia, Fondazione nazionale di scienze naturali della Cina (31671141 e 31822025), il 13th piano quinquennale informatizzazione dell'Accademia cinese delle scienze (XXH13506), e il progetto fondamento scientifico dell'Istituto di psicologia, Accademia cinese delle scienze (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
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