大脳皮質の局所電界電位と自由行動ラットから侵害受容のレーザー刺激への応答で Electrocorticograms の同時録音
Summary
我々 は自由行動ラットから侵害受容のレーザー刺激への応答で下角と局所電界電位を同時に記録する技術を開発しました。この手法は、侵害受容情報の脳内処理の検討を容易にするメゾスコ ピックおよびマクロスコ ピック レベルで electrocortical 信号の直接関係を確立できます。
Abstract
Electrocortical 誘発侵害受容の自由神経終末をアクティブに選択的にレーザー熱によるは、痛覚情報の皮質の処理を調査する多くの動物と人間の研究で活躍しています。これらのレーザー誘発脳電位 (LEPs) は、時間ロック レーザー刺激の発症には、いくつかの一時的な応答で構成されます。しかし、LEP 応答の機能特性、まだ主として知られている (すなわち、皮質脳波 [ECoG]、頭皮の皮質の表面で神経活動を記録できる同時にサンプリング技術の不足のため脳波 [頭皮脳波])、(すなわち、ローカル フィールド ポテンシャル [LFP]) の脳内。この問題を解決するには、提案はここで自由に移動するラットを用いた動物のプロトコルこのプロトコルは 3 つの主要な手順で構成されます: (1) 動物の準備、手術、受容のレーザー刺激、(3) データ解析と特徴抽出に対応 ECoG と LFP の (2) の同時記録。具体的には、3 D プリントの保護シェルの助けを借りて、ラットの頭蓋骨に埋め込まれた ECoG と LFP の両方の電極が安全に一緒に開催。動物は自然の静けさにいたとき、データ収集中パルス レーザーは商工会議所の下の隙間からネズミの前足に渡されました。継続的なホワイト ノイズ レーザ超音波聴覚システムの活性化を避けるために演奏されました。結果として、侵害受容応答のみを選択的に記録しました。高い信号対雑音比とレプスがあったことを示す結果を得た (例えば、バンドパス フィルター、エポック抽出、基線補正) 刺激による脳の反応を抽出する標準的な分析手順を使用して、ECoG と LFP 電極から同時に記録されます。この方法論 ECoG、先進党活動の同時記録を可能とすることにより侵害受容情報処理の調査を促進するメゾスコ ピックおよびマクロスコ ピック レベルで electrocortical 信号のブリッジを提供します。脳内。
Introduction
脳波は、電位と脳のニューロンの数千人の同期の活動によって生成される振動の脳活動を記録する手法です。多くの基礎研究や臨床応用1,2で広く使用されます。例えば、脳波の反応高強度レーザー熱パルス (すなわちLep) 受容感覚入力3,4、5の末梢および中枢処理を調査するために広く採用されています。ヒトでは、Lep は主に 3 つの明瞭なたわみの構成: somatotopically 組織と一次体性感覚野 (S1)6活性を反映する可能性が高いは初期のコンポーネント (N1) と中心部が後期成分 (N2 と P2)分散および二次体性感覚皮質、皮質、前帯状皮質7,8の活動を反映する可能性が高い。以前研究9,10、我々 は直接、脳の表面につけた電極からラット レプス、ECoG (頭蓋内脳波の種類) を使用してサンプリングを実証、またから成っている 3 つの明瞭なたわみ (すなわち、somatotopically 編成 N1 と集中分散 N2 と P2)。極性、順序、およびラット LEP 成分のトポグラフィ人間レプス11に似ています。ただし、頭皮脳波と硬膜下血 ECoG 録音12の限定の空間分解能により脳波の不正確な性質だけでなく、ソース解析テクニック13、LEP コンポーネントに対する神経活動の詳細な貢献多くは議論です。たとえば、それは明白でない場合、S1 がレーザー刺激6によって誘発される電位 (N1) の初めの部分に貢献する程度。
脳定位固定装置とマイクロ ドライブ14,の支援によりマイクロワイヤー アレイを用いた巨視的レベル、直接頭蓋内録音で記録技術と異なる15神経活動 (例えばLFPs を測定できます。) 特定の地域の。LFPs は主にローカルの神経集団16の抑制や興奮性シナプス後電位の総和を反映しています。LFP サンプリング神経活動は数百 μ m の記録電極の周りの内で発生する神経プロセスを反映して、以来この録音技術がメゾスコ ピック レベルで脳内処理情報を調べるに使用されています。しかし、それがのみ脳活動の正確なローカルの変更に焦点を当て、複数の領域からの信号を統合する方法の質問に答えることはできません (例えば、複数の脳領域で LEP コンポーネントを統合する方法)。
それは ECoG と自由行動ラットから皮質 LFPs の同時記録が皮質の情報処理マクロの両方の調査を促進することは注目に値するとメゾスコ ピック レベル。さらに、この方法論は、定義済みの脳部位の神経活動が、レプスに貢献の程度を調査する絶好の機会を提供します。確かに、いくつかの以前の研究は、スパイク、皮質 LFP 間コヒーレンスを評価している、ECoG 信号を17,18と脳波電極に隣接する先進党19,20に貢献することを示した、刺激による脳の反応の形成。ただし、既存の技術は、電極の衝突による破壊を防止する保護シェルの欠乏のための麻酔下の動物の脳の反応を記録する通常されます。つまり、自由行動ラット メゾスコ ピック (皮質 LFP) と巨視的 (脳波、ECoG) レベルで electrocortical 信号のブリッジを構築できる技術はまだ欠けています。
この問題に対処するため、我々 は自由行動ラットから同時に複数の脳領域で、皮質と皮質の LFPs を記録できる技術を開発しました。この手法は、侵害受容情報の脳内処理の調査を進めメゾスコ ピックおよびマクロスコ ピック レベルで electrocortical 信号の直接関係を確立できます。
Protocol
Representative Results
Discussion
本研究と自由行動ラットから侵害受容のレーザー刺激による皮質 LFP 応答を同時に記録するための手法について説明しました。結果、ECoG と LFP の両方の信号のレーザー刺激の発症後 LEP の応答を明確に検出できます。皮質と皮質の LFP 信号の同時記録は、LEP コンポーネントにニューロン活動の貢献を理解の関係を調査する科学者を有効になります。
提案手法で重要な 5 つ…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
この作品は、CA キー精神保健研究室、心理学研究所、(31671141 および 31822025) 中国の国家自然科学基金に支えられ、13th科学 (XXH13506) の中国アカデミーの 5 年間の情報化計画中国の科学アカデミー (Y6CX021008) 心理学研究所の科学財団のプロジェクト。
Materials
| Male Sprague-Drawley rats | Vital River | ||
| Isoflurane | RWD Life Science | ||
| Small animal isoflurane anaesthetic system | RWD Life Science | Including the anesthesia gas mask for rats | |
| Stereotaxic apparatus | RWD Life Science | ||
| The apparatus with combined ECoG and LFP electrodes | The apparatus is home-made, which assembles the ECoG and depth wire electrodes to a connector module | ||
| 3D-printed protective shell | The texture of shell is polylactic, and the shell is home-made and contains three parts: a base, a wall and a cap. The wall is covered by copper tapers to construct as a Faraday cage | ||
| Tungsten wires (diameter: 50 mm) | California Fine Wires Company | The electrodes for cortical LFP recording | |
| Stainless steel screws (diameter: 0.6 mm) |
The electrodes for ECoG recording | ||
| Electric cranial drill | RWD Life Science | ||
| Drill bit (diameter: 0.5 mm) | RWD Life Science | The drill is used for drilling the holes of ECoG screws | |
| Drill bit (diameter: 0.2 mm) | RWD Life Science | The drill is used for drilling the holes of depth wires | |
| Dental arylic powder | SNC dental | ||
| Dental arylic liquid | SNC dental | ||
| Paraffin | Fisher Scientific | The mixture is used for seal the craniotomy to ensure the following movement of micro-wire arrays | |
| Mineral Oil | Fisher Scientific | ||
| Electrocoagulator | Bovie medical Corporation | ||
| RHD2132 Amplifier Boards | Intan Technologies | A 32-channel headstage | |
| RHD2000 systerm | Intan Technologies | The data acquisition systerm | |
| Infrared neodymium yttrium aluminum perovskite (Nd:YAP) laser generator | Electronical Engineering | ||
| Matlab R2016b | The MathWorks |
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