Summary
Vi utviklet en teknikk som samtidig registrerer både electrocorticography og lokale feltet potensialer svar på nociceptive laser stimuli fra fritt flytte rotter. Denne teknikken hjelper etablerer et direkte forhold av electrocortical signaler Mesoskopisk og makroskopisk nivåer, som muliggjør etterforskningen av nociceptive informasjonsbehandling i hjernen.
Abstract
Electrocortical svar, skapte av laser varme pulser selektivt aktivere nociceptive gratis nerveender, er utbredt i mange dyr og menneskelige studier undersøke kortikale behandlingen nociceptive informasjon. Disse laser-utløste hjernen potensialene (LEPs) består av flere forbigående svar som er tid-låst til utbruddet av laser stimuli. Funksjonelle egenskaper LEP svarene er imidlertid fortsatt hovedsakelig ukjent, skyldes mangel på en sampling teknikk som kan samtidig spille nevrale aktiviteter på overflaten av cortex (dvs.electrocorticogram [ECoG] og hodebunnen EEG [hodebunnen EEG]) og inne i hjernen (dvs., lokale feltet potensielle [LFP]). For å løse dette problemet, presenterer vi her en dyr fritt bevegelige rotter-protokoll. Denne protokollen er sammensatt av tre viktigste prosedyrer: (1) dyr forberedelse og kirurgiske prosedyrer, (2) en samtidig innspillingen av ECoG og LFP svar nociceptive laser stimuli, og (3) data analyse og funksjonen utvinning. Spesielt med hjelp av en 3D-trykt beskyttende skall, var både ECoG og LFP elektroder implantert i rottes skull sikkert holdt sammen. Under datainnsamlingen, ble laser pulser levert på rat's forepaws gjennom hullene i bunnen av kammeret når dyret var i spontan stillhet. Pågående hvit støy ble spilt for å unngå aktivering av auditory system av laser-generert ultrasounds. Som en konsekvens, innspilt bare nociceptive svar selektivt. Bruke standard analytisk prosedyrer (f.eks, bånd-pass filtrering, epoken utvinning og planlagte korreksjon) å trekke stimulans-relaterte hjernen svar, fikk vi resultatene viser at LEPs med høy signal-til-støy forholdet var samtidig registrert fra ECoG og LFP elektroder. Denne metoden gjør samtidig opptak av ECoG og LFP mulig, som gir en bro electrocortical signaler Mesoskopisk og makroskopisk nivåer, og dermed tilrettelegge etterforskningen av nociceptive informasjonsbehandling i hjernen.
Introduction
EEG er en teknikk for å spille inn elektriske potensialer og oscillasjon hjernen aktiviteter generert av synkronisert aktiviteter av nerveceller i hjernen. Det er populært brukt i mange grunnleggende studier og klinisk bruk1,2. For eksempel EEG Svar å intens laser varme pulser (i.e.LEPs) er allment vedtatt for å undersøke perifere og sentrale behandlingen nociceptive sensoriske input3,4,5. Hos mennesker, LEPs hovedsakelig består av tre distinkte avvisninger er: tidlig komponenten (N1) som er somatotopically organisert og gjenspeiler aktiviteten til den primære somatosensory cortex (S1)6sannsynligvis og sent komponentene (N2 og P2) som er sentralt distribuert og mer sannsynlig å gjenspeiler aktiviteten til den sekundære somatosensory cortex, insula og anterior cingulate cortex7,8. I tidligere studier9,10, vi viste at rotte LEPs, samplet ved hjelp av ECoG (en type intrakranielt EEG) fra elektroder plassert direkte på utsatte overflaten av hjernen, også bestå av tre forskjellige avvisninger er ( dvs, somatotopically organisert N1 og sentralt distribuert N2 og P2). Polaritet, rekkefølge og topografi rotte LEP komponentene er ligner menneskelige LEPs11. Men på grunn av begrenset romlig oppløsning av hodebunnen EEG og subdural ECoG opptak12, samt unøyaktig natur EEG kilde analyse teknikker13, detaljert bidrag av nevrale aktivitetene til LEP komponenter mye er omdiskutert. For eksempel er det uklart om og i hvilken utstrekning som S1 bidrar til den tidlige del av kortikale respons (N1) skapte av laser stimuli6.
Forskjellig fra opptak teknikken på makroskopisk nivå, direkte intrakranielt innspillinger med microwire matriser hjulpet av en stereotaxic apparat og Microdrive14,15 kunne måle nevrale aktiviteter (f.eksLFPs ) på bestemte områder. LFPs gjenspeiler hovedsakelig summering av hemmende eller eksitatoriske postsynaptic potensialer neuronal lokalbefolkningen16. Siden LFP-samplet nevrale aktiviteter reflekterer neuronal prosesser innenfor hundrevis av mikrometer rundt opptak elektroden, er denne innspillingen teknikken mye brukt å undersøke informasjonen på hjernen på Mesoskopisk nivå. Imidlertid det bare fokuserer på presis lokale endringer av hjernen og kan ikke svare på spørsmålet om hvordan signaler fra flere områder er integrert (f.ekshvordan LEP komponenter er integrert på flere områder av hjernen).
Det er verdt å merke seg at samtidig opptak av en ECoG og kortikale LFPs fra fritt flytte rotter kunne lette etterforskningen av kortikale informasjonsbehandling både makroskopisk og Mesoskopisk. I tillegg gir denne metodikken en utmerket mulighet til å undersøke den grad som neural aktivitetene til de forhåndsdefinerte hjerne regionene bidrar til LEPs. Faktisk flere tidligere studier har vurdert sammenhengen mellom toppene, kortikale LFP, og ECoG signaler17,18 og viste at LFP19,20 tilstøtende EEG elektroden bidrar til den dannelsen av stimulus-relaterte hjernen svar. Eksisterende teknikken brukes imidlertid vanligvis å registrere hjernen svar fra bedøvet dyr på grunn av mangler i et beskyttende skall hindre at elektrodene av kollisjonen. Med andre ord, er teknikken som kunne bygge broen av electrocortical signaler på Mesoskopisk (kortikale LFP) og makroskopisk (EEG og ECoG) i fritt flytte rotter fremdeles mangler.
For å løse dette problemet, utviklet vi en teknikk som kan spille inn en ECoG og kortikale LFPs i flere områder av hjernen samtidig fra fritt flytte rotter. Denne teknikken bidrar til å etablere den direkte sammenhengen i electrocortical signaler Mesoskopisk og makroskopisk nivåer, dermed tilrettelegge etterforskningen av nociceptive informasjonsbehandling i hjernen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Voksen mannlig Sprague-Dawley rotter (veiing 400-450 g) ble brukt i forsøket. Alle kirurgiske og eksperimentelle prosedyrer fulgte guiden for omsorg og bruk av forsøksdyr av National Institutes of Health. Prosedyrene ble godkjent av den forskning etiske komiteen ved Institutt for psykologi, kinesiske vitenskapsakademi.
1. elektrode implantasjon
- Bedøve rotta inne en kammer med 5% isoflurane og en air flow rate på 1 L/min før operasjonen.
- Bruker en stereotaxic apparater, fikse hodet av rotte med sin nese plassert i bedøvende masken. Administrere isoflurane via bedøvende masken i en konsentrasjon av 2% med en air flow rate på 0,5 L/min å opprettholde bedøvende dybden under operasjonen. Merk at kirurgisk toleransen oppnås når rotta ikke svarer til tå-knipe.
- Ophthalmica salve gjelde øynene for å unngå hornhinnen tørking.
- Barbere toppen av rotte hodebunnen bruker en standard barbermaskin.
- Sterilisere hodebunnen med medisinsk iodophor desinfeksjonsmiddel løsning og 75% alkohol fjerne jod.
- Injisere lidocaine (2%) i hodebunnen for lokale analgesi. Administrere atropin (0,2 mL IP) å hemme åndedretts hypersecretion.
- Gjør en midtlinjen snitt på ca 2-3 cm på hodebunnen ved hjelp av en skalpell. Kuttet og fjerne en del av hodebunnen langs midtlinjen og utsette kraniet. Bruk electrocoagulator å stoppe blødningen, når det er nødvendig.
- Merk plasseringen av ECoG elektroder basert på forhåndsdefinerte stereotaxic koordinatene (plassert i henhold til plasseringen av Bregma) og plasseringen av referanse og bakken elektrodene på midtlinjen (plassert 2 og 4 mm caudally til Lambda, henholdsvis).
- Bore hull (diameter: 0,5 mm) for ECoG skruer, bruker en elektrisk skallen drill på skallen på merkede nettsteder, uten å ødelegge dura.
- Kjøre en rustfritt stål skrue (utvendig diameter: 0,6 mm), som kobles til isolasjon-belagt kobbertråd, i hullet for ca 1 mm dybde uten gjennomtrengende underliggende dura. Skruene fungere som ECoG, referanse og bakken elektroder under eksperimentet.
- Plass et beskyttende skall base på kraniet. Fastsette base med sine tilstøtende skruene på kraniet med dental akryl. Bruk medisinsk bomull som kan fjernes senere for å beskytte området som skal brukes for dybde wire implantasjon fra dekket.
Merk: Det beskyttende skallet er et spesialdesignet 3D-trykt polylactic produkt, som består av tre deler: en base, en vegg og en lue. Veggen er dekket av kobber smalner å konstruere som en buret. - Merk plasseringen av dybde wire elektrodene basert på forhåndsdefinerte stereotaxic koordinatene.
- Bore små hull (diameter: 0.2 mm) på skallen rundt de merkede områdene for wire implantasjon, og fjern forsiktig bein klaffen å avsløre dura. Vask craniotomy ofte bruker normal saline. Figur 1 beskriver oppsettet før implantasjon av dybde wire elektrodene.
- Bruker en nål, løft og kutt dura uten å skade den pia mater, fartøy og overflaten av neocortex.
- Lavere dybde wire elektrodene på overflaten av neocortex, og deretter sakte trenge hjernen til målet dybden. Ofte stopp flytte ned elektrodene for kortikale elastisitet. Studien er dybden av ledningen spissen 0,5 mm under kortikale overflaten.
- Forsegle craniotomy med en blanding av voks og parafin olje for å sikre at dybden wire elektrodene kan flyttes for påfølgende eksperimentelle manipulasjoner.
- Fastsette elektrode apparatet bruker dental akryl på skallen.
- Weld hver kobbertråd som kobles til ECoG skruen til tilsvarende kanal på modulen kobling. Dekk sveising flekker med leire for å unngå potensielle kontakt mellom forskjellige kanaler.
- Montere beskyttende skall veggen til basen og sveise referanse og bakken elektrodene til tilsvarende kanal.
- Fastsette dekselet som beskytter skallet bruke bånd for å unngå forurensning.
- Injisere rotta med penicillin (60.000 U, IP) umiddelbart etter operasjonen for å forebygge postsurgical infeksjoner.
- Single-huset rotte i en temperatur - og luftfuktighet-kontrollerte bur og holde den i en 12-h dag/natt syklus etter kirurgi, med mat og vann annonse libitum for minst en uke før LEP eksperimentet.
Merk: For å samtidig spille ECoG og kortikale LFP aktiviteter, et apparat brukes her som var samlet med to typer elektroder knyttet til en kontakt modul, som inneholdt flere Microdrive knyttet til tungsten wire matriser. Gull pinnene ble brukt til å koble ledningene wolfram elektrode grensesnittet styret (EIB) av modulen kobling ved å trykke ledninger til små metall hull på EIB. To metall hull på EIB ble loddet med belagt kobber kabler, og den åpne enden av hver kobbertråd ble loddet med tilsvarende kobbertråd koblet til ECoG skruen. Detaljer om fabrikasjon er beskrevet andre steder21.
2. datainnsamling
- Kile rotta minst 1 x en dag for tre eller flere påfølgende dager før forsøket å sikre at rotta får kjent med det eksperimentator22.
- Sett rotta i atferd kammeret minst 1t før forsøket å sikre rotta acclimatizes for opptak miljøet.
Merk: Kammeret er en plast kube med en sidelengde 30 cm. Bunnen av kammeret er laget av en jern rist med ~ 8 mm hull. - Koble innspillingen headstage med modulen elektrode forsiktig for å unngå skremmer rotta og skade modulen elektroden.
- Definere lasergenerator, koble optisk fiber og justere størrelsen på laser ifølge utstyr bruksanvisningen. Koble digitallyd fra utløseren generator til den digitale inngang porten av innspillingen.
Merk: ta vare ikke for å krølle optisk fiber overdrevet for å unngå å bryte av fiber. Før opptak, må du utløse signalene vises og registrert av innspillingen programvare. I denne protokollen, strålende-varme stimuli er generert av en infrarød neodymium yttrium aluminium perovskite (Nd: YAP) laser med en bølgelengde på 1.34 μm. Diameteren på laser størrelsen ligger ca 5 mm av fokus linser. En han-Ne laser pekte stimulert området, som er definert avhengig av formålet med eksperimentet. Også bestemmes stimulans energien laser pulser i henhold til eksperimentell design. Laser puls varigheten er 4 ms. - Angi videokameraet under hjørnet av eksperimentelle kammeret kontinuerlig registrere nociceptive atferd av rotte når labben får nociceptive laser stimuli. Juster posisjon og retning av kameraet å sikre nociceptive atferd registreres helt gjennom hele eksperimentet.
Merk: Et høyhastighets kostnad - sammen enhet (CCD) kamera anbefales, så den kan levere drift signalene til hovedkortet av innspillingssystem for å registrere utbruddet tid og varighet av nociceptive nøyaktig. Nociceptive atferd vurderes av eksperimentator etter hver laser stimulans, ifølge tidligere definerte vilkår basert på dyr bevegelse23,24, som følger: ingen bevegelse (poeng = 0), oppsiktsvekkende (inkludert risting eller heve hodet; poeng = 1), flinching (dvs, en liten brå kropp krampetrekninger bevegelse, resultat = 2), uttak (dvspote tilbakekallelsen fra laser stimulans; score = 3), slikker og hele kroppen bevegelse (score = 4). - Levere pågående hvit støy (50 dB SPL) via en høyttaler øverst i kammeret.
Merk: Som i tidligere studier10,25, laser stimulering på huden genererer ultrasounds som kan gjenkjennes av rotte hørselen. Derfor spilles kontinuerlig hvit støy gjennom å unngå aktivering av hørselen svar på laser-generert ultrasounds. Denne prosedyren kan selektiv innspillingen av hjernen svar knyttet til aktivering av nociceptive systemet. - Samle inn elektrofysiologiske data fra både i ECoG og dybde wire elektrodene, bruker opptak systemet slik utstyr bruksanvisningen.
Merk: Drift signalene fra kameraet og utløseren signaler laser pulser tas samtidig med de elektrofysiologiske dataene på samme samplingsfrekvens (alle data er forsterket og digitalisert bruke en samplingsfrekvens på 20000 Hz), som sikrer at alle data er tid-synkronisert. - Levere på laser pulser plantar av rat's forepaw gjennom hullene i bunnen av kammeret.
Merk: Laser stimulans leveres bare hvis rotta er spontan stillhet for mer enn 2 s basert på eksperimentators observasjon, minimere signal forurensning av bevegelse-relaterte gjenstander. For å unngå nociceptor trøtthet eller allergi, er målet for laserstrålen fordrevet manuelt etter hver stimulans, og interstimulus intervallet er aldri kortere enn 40 s. ECoG og LFP signaler kan registreres flere ganger fra hver rotte. Rotta må settes i eksperimentell kammeret 1t før hver innspilling. Etter alle innspillingene, rotta var dypt anesthetized og parfyme transcardially med iskald fosfat-bufret saline etterfulgt av 4% paraformaldehyde. Hjernen ble fjernet fra skallen og delt for å identifisere elektrode stillingene.
3. dataanalyse
- Filtrere dataene som kontinuerlig med en bånd-pass filter mellom 1 og 30 Hz.
- Epoken dataene med et analyse vindu av 3 s, fra 1 s før 2 s etter utbruddet av laser stimuli. Planlagte korreksjon utføres ved å trekke mener amplituden i prestimulus intervallet.
- Manuelt avvise epoker som er forurenset av brutto gjenstander.
- Beregne den gjennomsnittlige LEP bølgeformene som er tid-låst til utbruddet av laser stimuli for hver eksperimentelle betingelse.
- Beregne wavelet transformering sammenhengen (WTC) av LEP bølgeformer innspilt fra ECoGs og dybde wire elektroder.
Merk: WTC er en teknikk utfører sammenhengen mellom par elektroder som en funksjon av tid og frekvens. WTC mellom to signaler kan beregnes for helst tid-frekvens, som har fordelen av genererer sammenheng verdier for hele tiden-frekvens spekteret. Detaljer om metodene som er beskrevet andre steder26.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
I representant forsøket, ble elektrofysiologiske data fra fem rotter registrert. Laser stimuli ble levert til den riktige forepaw i hver rotte for 20 ganger med > 40 s interstimulus intervaller. Laser-utløste hjernen svar ble registrert med både ECoG skruer og dybde ledninger og dybde ledningene ble implantert i bilaterale primære somatosensory halvdelene (S1) og primære motor halvdelene (M1).
Slik figur 1, wire to ECoGs (merket i svart) og dybde elektroder (markert i farge, fem ledninger for hver av de fire regionene) ble plassert i henhold til stereotaxic koordinater i følgende posisjoner (uttrykt i referanse til Bregma, i mm; positive verdier for X- og Y-aksen angir høyre og fremre steder, henholdsvis): i den venstre ECoG, X =-1.5 og Y = 1,75 tommer høy. i den høyre ECoG, X = 1.5 og Y = 1,75 tommer høy. i den venstre S1, X = -4 og Y = 0,5; i den høyre S1, X = 4 og Y = 0,5; i venstre M1, X = -3 og Y = 3; i høyre M1, X = 3 og Y = 3.
Figur 2 viser rå elektrofysiologiske dataene fra alle elektroder (to ECoG skruer pluss fire av fem tungsten ledninger, fem tungsten ledninger i hver hjernen regionen), med utbruddet av laser stimulans preget av en loddrett prikk linje. Vær oppmerksom på at klart LEP svar er synlig etter utbruddet av laser stimulans.
Figur 3 viser den gruppe-nivå-gjennomsnitt LEP bølgeformene fra seks elektroder (to ECoG skruer pluss fire tungsten ledninger, en representant tungsten wire hver hjernen regionen) av fem rotter. Uansett innspillingen området består LEP svarene av en dominerende negative utslag (N1 bølge). Det ventetid og amplituden til N1 bølgen er som følger (gjennomsnittlig ± SEM): den venstre ECoG, 143 ± 9 ms og-51 ± 4 µV; den høyre ECoG, 145 ± 9 ms og-47 ± 4 µV; den venstre S1, 149 ± 9 ms og-86 ± 7 µV; for den riktige S1, 168 ± 10 ms og-71 ± 6 µV; for venstre M1, 179 ± 12 ms og-74 ± 7 µV; for riktig M1, 185 ± 11 ms og-63 ± 6 µV. viktigst, er N1 ventetid i bilaterale ECoG og LFP signalene innspilt fra den kontralateral S1 lik, som er tydelig kortere enn de innspilt fra den ipsilateral S1 og bilaterale M1. N1 amplituder er største i kontralateral S1 og minste i bilaterale ECoGs.
Figur 4 viser WTC mellom LEPs samplet bruker ECoG skruene (signalene fra to ECoG skruene var gjennomsnitt) og dybde ledninger forskjellige hjernen regioner (høyre M1, høyre S1, venstre M1 og venstre S1). Merk at kontralateral (venstre) S1 og M1 viste en høyere sammenheng enn ipsilateral (høyre) S1 og M1 på gamma-frekvensbåndet (50-100 Hz).
Figur 1: elektrode implantasjon oppsett. Før implantasjon av dybde wire elektrodene, et beskyttende skall base er plassert på kraniet, og skruene som ECoG elektrodene er drevet inn i forhåndsdefinerte hullene og lovbunden dental akryl. Fire hull er boret for implantering av dybde wire elektroder (f.eks, tungsten wire matriser) på plasseringen på den venstre og høyre S1 og M1, henholdsvis. Skruene brukes som referanse og bakken elektrodene er plassert 2 og 4 mm caudally til Lambda og fast med det beskyttende skallet base. I panelet til venstre viser bilde av kirurgi når implantation av et beskyttende skall base. Panelet til høyre viser diagrammet kirurgi, som viste den generelle formen av beskyttende skall base. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2: elektrofysiologiske rådata om en representant rotte. Vises signaler registreres fra en representant rotte med to ECoGs og 20 dybde wire elektroder (fem elektrodene i hver hjernen regionen), bruke elektroden ligger 2 mm caudally til Lambda som referanse. Utbruddet av laser stimulans er merket med en loddrett prikk linje. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3: gruppe-nivå-gjennomsnitt LEP bølgeformer. Vises gjennomsnitt signalene registreres fra fem rotter på to ECoGs og fire dybde wire elektroder (en representant elektrode i hver hjernen regionen), bruke elektroden ligger 2 mm caudally til Lambda som referanse. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4: wavelet transformering sammenhengen. Viste resultater viser wavelet transformering sammenhengen mellom LEPs samplet ved hjelp av ECoG skruer og dybde ledninger forskjellige hjernen regioner (høyre M1, høyre S1, venstre M1 og venstre S1). Sammenhengen var normalisert til respektive grunnlinjen (0,5 før laser stimulans utbruddet). Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Studien beskrev vi en teknikk for å samtidig spille inn ECoGs og kortikale LFP svar brakt frem av nociceptive laser stimuli fra fritt flytte rotter. Resultatene viste at LEP svar kan bli tydelig oppdaget etter utbruddet av laser stimuli i både ECoG og LFP signaler. Samtidig opptak av ECoG og kortikale LFP signaler kan forskere til å undersøke deres forhold for å bedre forstå bidrag neuronal aktiviteter LEP komponentene.
Fem avgjørende skritt i foreslåtte teknikken bør bemerkes. Først er det viktig å sørge for at overflaten av kraniet er ren og tørr før du fester det beskyttende skallet base, bruke dental akryl. Dette trinnet gjør at beskyttende skall basen er stabilt fast. Andre, siden diameteren på ECoG skruene er litt større enn at av hullene, den første skruen kjøring vil forstørre hullet for å danne skruen-tråden. Studien, avstanden mellom hull for tungsten ledninger og hull for ECoG skruen er svært liten (f.eksmindre enn 0,3 mm). Hvis alle hull er boret før ECoG skru kjøring og dybde wire innsetting, skallen rundt ECoG hullene ville være sårbare, og det ville ikke bære mekanisk belastningen av hull utvidelsen under skruen kjøring. Derfor må ECoG skruer bli drevet inn i hullene til skruen-tråden før hullet boring for tungsten wire innsetting. Hvis innsatte ECoG skruene hindre visningen når bore hull for tungsten ledninger, anbefales det de er drevet ut og drevet på nytt etter trinn 1.14 protokollen. Tredje Når du setter inn dybde wire elektrodene, er eksperimentator ment for å ta hensyn til motstanden på spissen av tungsten ledningene, som vanligvis indikerer at dybden ledningene er blokkert av hullkanten på skallen eller dura som ikke er helt fjernet. Hvis dette er tilfelle, dybde ledningene må være høynet og mulig hindringer må rengjøres før reinserting elektroder20. Når du fyller craniotomy hullene med blanding av voks og parafin olje når implantation elektrode, bør fjerde implantert ledningene, ikke bli presset av ytre krefter. Derfor er det best å smelte i nærheten plasserte blandingen ved hjelp electrocoagulator. Femte, er det viktig å sikre at avstanden mellom Endestykke laser og målområdet på rotta holdes på ca 1 cm garantere at oppfattet laser energiene er konsekvent blant forskjellige studier10,25.
Faktisk sørge for at det beskyttende skallet kan dekke og beskytte hele apparatet, størrelsen på skallet er designet for å være relativt store (en kube med en sidelengde på 3,5) sammenlignet rottas hode. For å minimalisere påvirkning av over-the-head enheten på rat's bevegelse, anbefaler vi å bruke rotter som veide mer enn 400 g i eksperimentet. Derfor denne teknikken kan brukes til å studere sofistikert atferd i rotte modell og bør ikke bli vedtatt i andre modeller av mindre dyr (f.eks, mus). Spesielt kan den foreslåtte teknikken brukes til å kombinere med andre teknikker således utvide til mange andre programmer. For eksempel, denne teknikken kan brukes enkelt registrere hjernen svar fremkalt av stimuli av forskjellige opplevelser (f.eksauditiv og visuell)27,28 og anvendt i identifiserende hjernen funksjoner av psykiske lidelser ( f.eks, epilepsi)29 i fritt flytte rotter, hvilke ville fremme etterforskningen av sine respektive nevrale mekanismer. I tillegg tåler elektrode implantation testen for ca en måned, som gir muligheten til å utføre en langtidsstudie i fremtiden.
Sammen, vi gir en gyldig teknikk samtidig Registrer ECoG og LFP aktiviteter fra fritt flytte rotter. Denne teknikken gjør det mulig for oss å undersøke informasjonen på hjernen på både Mesoskopisk og makroskopisk nivåer. Dette er viktig for translational studier for å dokumentet eksperimentelle dyr funn for en bedre forståelse av menneskelige fysiologi og patofysiologi.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Forfatterne har ingenting å fortolle.
Acknowledgments
Dette arbeidet ble støttet av CAS nøkkel laboratorium for psykisk helse, Institutt for psykologi, National Natural Science Foundation i Kina (31671141 og 31822025), den 13th fem års Informatization Plan for det kinesiske vitenskapsakademi (XXH13506), og det vitenskapelige grunnlaget prosjektet av Institutt for psykologi, kinesiske Academy of Sciences (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).
