Yöntem makalesi

Co yerelleştirilmiş elektroansefalografi ve yerel alan potansiyel kemirgen eşzamanlı kayıt

DOI:

10.3791/56447

⸱

30 Kasım 2017

 ,  ,  , 
1School of Biological Sciences, Whiteknights, University of Reading, 2Department of Bioengineering, Imperial College

Bu makalede

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu iletişim kuralı ortak yerelleştirilmiş elektroansefalografi (EEG) ve multi-Laminer yerel alan bir imzalat köstebeğiyle potansiyel eşzamanlı kayıt için basit bir yöntem açıklanır. Bir elektrot yerleştirilmesi için kafatası delinen burr deliği EEG sinyal önemsiz bozulma üretmek için gösterilir.

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Elektroansefalografi (EEG) Beynin sinirsel faaliyetleri kaydetmek için bir non-invaziv teknik olarak yaygın olarak kullanılmasına rağmen EEG neurogenesis anlayışımızı hala çok sınırlıdır. Bir multi-Laminer elektrot ile kaydedilen yerel alan potansiyelleri (LFPs) arasında yeni korteksimiz kortikal farklı katmanlarda eşzamanlı sinirsel aktivite daha ayrıntılı hesabını sağlayabilirsiniz, ancak invaziv bir tekniktir. EEG ve LFP ölçüm sonuçları önceden klinik manken birleştirerek büyük ölçüde sinirsel mekanizmalar EEG sinyallerini üretimi dahil anlayışı geliştirmek ve EEG bir daha gerçekçi ve biyolojik olarak doğru matematiksel model türetme kolaylaştırmak. Eşzamanlı ve ortak yerelleştirilmiş EEG ve multi-Laminer LFP sinyalleri imzalat kemirgen kazanılması için basit bir prosedür burada sunulmaktadır. Biz de EEG sinyallerinin bir elektrot yerleştirilmesi için kafatası delinen burr deliği tarafından önemli ölçüde etkilendi olup olmadığını araştırdık. Sonuçlarımız burr deliği EEG kayıtları ihmal edilebilir bir etkisi sahip olduğunu düşündürmektedir.

Giriş

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Genel olarak LFPs microelectrodes yolu ile öncelikle kaydedilen yerel piramit sinirsel nüfus1,2,3 eşitlenmiş eksitatör ve inhibitör sinaptik aktiviteleri ağırlıklı toplamı yansıtmak kabul , 4. son araştırma LFP sinyal profil uyarma ve inhibisyon5,6bileşenlerine ayrılmış gösterdi. LFP normalde invaziv bir yordam ölçülen, ancak, bu insan beyninin en çalışmaları için uygun değildir.

Öte yandan, EEG beyin elektriksel aktivitesinin ölçmek için non-invaziv bir tekniktir. Yaygın epilepsi gibi nörolojik hastalıkların belirli türleri için bir tanı aracı olarak ve insan bilişsel çalışmalarda bir araştırma aracı olarak kullanılır. Onun popülerlik rağmen yetersizlik onun zamansal profilleri temel sinir sinyalleri7,8,9açısından tam olarak yorumlamak için EEG bir büyük kısıtlamasıdır.

Giderek, matematiksel modeller EEG, beyin işlev10,11,12,13,14,15anlayışı geliştirmek için geliştirilmiştir. Varolan EEG modellerin çoğu dayalı EEG veri spektrum spontan aktivite sırasında çıkış frekans etki alanı özelliklerini tahmin modeli uygun olarak geliştirilen ve çok az EEG modelleri gerçekçi duyusal uyarılmış potansiyeller oluşturabilirsiniz. Bu bağlamda, EEG ve LFP eşzamanlı kayıtları önemli fikir ve kısıtlamaları EEG daha doğru matematiksel modelleri geliştirmek için sağlar.

Daha fazla EEG sinirsel kökenini keşfetmek eşzamanlı kayıtları için bu gereksinimi karşılamak için aynı anda EEG ve multi-Laminer LFP sinyalleri imzalat sıçan yeni korteksimiz içinde kaydetmek için bir metodoloji geliştirdi. Kurulum önceki eş zamanlı EEG/LFP çalışmalar primatlar16,17' yapılan benzer. Biz daha fazla delik ikili EEG kayıtları (Yani, bir burr deliği, diğer Yarımküre sağlam bir Yarımküre) yokluğunda, duyusal karşılaştırarak çevreleyen EEG kayıtları kafatasında ayrıntılarına burr deliği etkisini araştırdık uyarım. Sonuçlarımız eşzamanlı EEG/LFP kayıtları basit ve etkili, küçük EEG sinyal bozulma kafatası burr deliği ile yapılabilir olduğunu göstermek.

Protokol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Tüm deneyler (hayvanlar (bilimsel yordamlar) Yasası, 1986) İngiliz İçişleri Bakanlığı yönetmeliklerine uygun olarak gerçekleştirilen ve okumada Üniversitesi UK araştırma Etik Komitesi tarafından onaylanmış.

1. hayvan hazırlık

Not: Tüm deneyler için kadın Lister kukuletalı fareler kullanıldı. Bu bir hayatta kalma olmayan yöntemdir.

  1. Sıçan ağırlık bir laboratuvar ölçekte kaydedin.
  2. %5 isoflurane ve 1 L/dak bir oksijen akış hızı ile bir oda içinde sıçan anestezi.
  3. Fareyi bir stereotaksik tutucu ısırık çubuğunu dinlenme dişlerinin ile gövdenin altında bir kağıt havlu ile üzerine yerleştirin... Kağıt havlu bir ısı yastık ekleme daha kolay hale getirecek (bkz. Adım 2.3) ve fare üzerinden herhangi bir dışkı deneme sırasında yakalamak.
  4. İsoflurane sıçan adaptör bir konsantrasyon %3 0,5 L/dk. Bağlan koni küçük hayvan isoflurane anestezik sistemine bir oksijen akış hızı ile burun kıskacı üzerine monte edilmiş bir sert plastik burun konisi ile sürekli olarak yönetmek.

2. cerrahi müdahale

  1. Termostatik Isıtma Yastığını üzerine fareyi dinleniyor kağıt havlu altında Ekle, sıçan kafa iki kulak çubuğu ile güvenli ve rektal termometreyi kullanarak vücut sıcaklığını izlemek.
  2. Sıçan başının tıraş.
  3. Oftalmik merhem kornea kurutma önlemek için gözler için geçerlidir.
  4. Kafatası açığa önce kafa derisi için uygulamak lidokain damla ve cilt içine yavaşça masaj.
  5. Bir ensizyon yaklaşık 2-3 cm kafatası yüzeyinde ortaya çıkarmak için bir neşter kullanarak kafa derisi üzerinde olun.
  6. Dikkatle temporalis kas contra-lateral Jacquette Scaler ve tırtıklı ve eğri diseksiyon forseps bir çift kullanarak kafatasından uyarılmış olmak bıyık rampasına ayırın. Kafatası ile pamuk temizleme bezi gerektiğinde temiz.
  7. Örgülü ipek kullanarak, absorbe olmayan dikiş, ayrı kas kafa derisi ile sıkı bir düğüm kravat ve dikiş stereotaksik çerçeve18' e güvenli kravat.
  8. 6 mm orta hat19' a lateral ve stereotaksik koordinatları varil korteks, 2.5 mm bregma için Kaudal bulmak için kullanın. Bir nokta bir kalem veya bir işaretleyici kullanarak somatosensor korteks konumda çizin.
  9. Burr delik dişlerle ilgili bir matkap kullanarak işaretli yeri. Kafatası Delme sırasında ısınmasını önlemek için steril serum fizyolojik (% 0,9 Sodyum Klorür) çalışma alanının her 10-15 s geçerli. Delme işlemi aşağıdaki 3 adımları içerir:
    1. < 2 mm çapında delik matkap #4 (0.055 çapı) kullanarak kafatası içine. Dura inebilecek değil kendine iyi bak.
    2. #1/4 (0.019 çapı) bir matkap kullanarak transparans deliğe alt ince.
    3. 27 G iğne bir elektrot ekleme izin dura işlemek için kullanın.
  10. Stereotaksik bir kareye bir titreşim yalıtım iş istasyonu üzerine monte edilmiş Faraday kafesi üzerinde güvenli sıçan aktarın.
  11. Sürekli olarak aşağıdaki fizyolojik parametrelerini izlemek için bir oksimetre kontrol ünitesi için sıçan arka pençe için bağlı bir oksimetre sensör kelepçe takmak: kalp hızı, nefes oranı, Arteryel oksijen doygunluğu, nabız şişkinlik ve nefes şişkinlik. Bu parametreler fizyolojik durum ve farenin anestezi derinliği yansıtan bir PC monitörü sürekli olarak sergilendi.
  12. Sert plastik burun konisi isoflurane Yönetim için eski yerine koymak ve sıçan adaptör ile bir şeffaf yumuşak burun olan koni ile donatılmış bir microflex nefes burun kıskacı (şekil 1A) bir yana kolay bıyık uyarılması bıyık izin vermek için değiştirilme tarihi isoflurane yönetim ödün vermeden yastık.
  13. İki paslanmaz çelik uyarıcı elektrot için boşaltma burun konisi üzerinde açığa bıyık yastık yerleştirin.
  14. Uyarıcı elektrotlar izole bir geçerli Stimülatörü bağlayın.
  15. Orta hat boyun deri Forseps ile Asansör ve bir 1 olun ~ 2 cm kesi makasla referans elektrot yerleştirme için hazır. Kas dokusu kesmemeye dikkat çekmek.

3. ortak yerelleştirilmiş EEG/LFP Kur

  1. Temiz ve kuru bir pamuk bez kullanarak burr deliği çevreleyen kafatası.
  2. Dikkatle iletken EEG Yapıştır bir düz bir EEG örümcek elektrot tarafında yer. Hamur ve örümcek elektrot başvurmadan delikten geçmek bir multi-Laminer elektrot izin vermek için örümcek elektrot üzerinde küçük bir delik EEG hamur açık bırakın. Bu EEG elektrot elektrot arasındaki elektriksel temas engeller.
  3. Kafatası, burr deliği için örümcek elektrot kafatası karşı karşıya EEG yapıştır ile hizalayın.
  4. Dikkatle örümcek elektrot EEG yapıştır ile kafatası ile firma iletişim yapma kafatası üzerine basın. Bir iğne üzerinde kullanarak burr deliği engellemeyecek herhangi bir hamur kaldırın.
  5. Örümcek elektrot ve kafatası arasındaki temas dağınık şekilde (şekil 1B) elektrot boyutu için sınırlıdır örümcek elektrot çevre ötesinde aşırı EEG Yapıştır kaldırarak.

figure-protocol-1
Şekil 1: eşzamanlı EEG/LFP kayıt için genel kurulum. (A) Kurulum bıyık yastık stimülasyon isoflurane anestezi altında kolaylığı için değiştirilmiş bir burun konisi oluşur, bıyık eklenen iki uyarıcı elektrot yastık, kafatası üzerinde varil korteks contra-lateral için üzerinde konumlandırılmış bir örümcek elektrot sıçan boyun arkasında bir kesik içinde uyarıcı elektrotlar, varil korteks örümcek elektrot ve referans elektrotlar aracılığıyla eklenen bir çok kanallı elektrot yerleştirilir. (B) A görünümü ile mikroskop örümcek elektrot kafatası EEG Yapıştır tarafından güvenli bir şekilde konumlandırılmış. Elektrot takılan örümcek elektrot altında kafatası ayrıntılarına burr deliği. Kafa derisi geri stereotaksik çerçeveye bağlı cerrahi iş parçacığı (dikiş) tarafından düzenlenmektedir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

  1. EEG hamur üzerine referans elektrot için EEG yayma ve güvenli bir şekilde belgili tanımlık kesme sıçan boyun arkasında içine yerleştirin.
  2. EEG elektrotlar Pre amplifikatör için düşük empedansı sinyalleri (Şekil 2) bir pasif sinyali dallandırıcı ile bağlayın. Örümcek elektrot empedans 5 kΩ altında olduğundan emin olun. Yoksa, kontrol EEG Yapıştır kafatası ile iyi temas ve elektrot sıkıca EEG yapıştırmak için bastırdı. Daha fazla EEG yapıştırın ekleyin.
  3. Micromanipulator kol stereotaksik karede bağlayın. Bir doğrusal 16 kanal elektrot (100 µm Aralık, alan her site 177 µm2) güvenli bir şekilde micromanipulator kol kırpılır 16 kanal akut headstage bağlayın.
  4. Smear EEG EEG ve elektrot için referans elektrotlar yapıştırın, sonra güvenli bir şekilde yer onları içinde belgili tanımlık kesme (şekil 1A).
  5. Elektrot kortikal yüzeye dik micromanipulator kol açısını ayarlamak. Bu normalde 25-35 ° arasındaki açıdır.
  6. Elektrot bir mikroskop altında böylece en üstte yer alan elektrot sadece kortikal yüzeyi nüfuz kadar elektrot ucunu burr deliği dibinde küçük açılması hedefleniyor micromanipulator kolları çevirerek indirin. Bu elektrot kıracak gibi dura yüzeyinin elektrot zorlama uzak durmaya özen göstermelidir.
  7. Çift bir Pre amplifikatör için 16 kanal elektrot bir fiber optik kablo (Şekil 2) üzerinden veri edinme birimine bağlı.
  8. Pre amplifikatör, veri alma birimi ve birim için bağlı olduğu bilgisayarda açın. Uyarıcı kutusunu açın.
  9. Elektrot kortikal yüzeye normal olarak yavaş yavaş derinliğe kadar 1.500 µm20micromanipulator z ekseni düğme çevirerek yerleştirin.
  10. Mikro-derinlik bıyık yastık için uyarıcı bir tren uygulama ve 16 kanallı uyarılmış LFP istimal bilgisayar yazılımı installed üstünde PC veri edinme biriminin bir PC monitörü olarak gözlemleyerek ayarlayın. Dikkatle (Bu tabaka IV kortekste ile çakışacak şekilde) uyarılmış LFP en yüksek genlik Kanal 7 oluşana kadar z ekseni topuzu micromanipulator üzerinde açın.
    Not: Ipsi-lateral EEG elektrot Kurulum: bazı deneyler için olduğu gibi "Kurukafa" varil korteks ipsi-lateral tarafında ikinci bir örümcek elektrot yerleştirildi. Bu kurulum EEG sinyal burr deliği etkisini araştırmak ikili EEG sırasında dinlenme devlet kayıt izin.
    Not: EEG elektrot ayarlamak için cerrahi müdahale sırasında adım 2.6 dışında yukarıda açıklanan aynıdır, temporalis kas her tarafında başı kafatasından ayrılmış dikkatle, geri sütüre ve güvenli bir şekilde karşılık gelen yan tarafına bağlı stereotaksik çerçeve.
    Not: Eşzamanlı EEG/LFP Kur aynı zamanda yukarıda açıklanan ikinci bir örümcek elektrot EEG yapıştır ile dolu, sonra sonra sıkıca ipsi-lateral varil korteks "Kurukafa" için baskı olduğunu ek bir adım ile aynıdır.

figure-protocol-2
Şekil 2. Bir sinyal akış diyagramı. Fareyi bir Faraday kafesin içinde yer alıyor. Uyarıcı elektrotlar tarafından veri edinme birimi onun bilgisayar yazılımı installed üstünde a PC üzerinden kontrol stimulatoru kutusundan komutlarını alan. Elektrot tarafından kaydedilen sinir sinyal öncesi bir amplifikatör Faraday kafesi içinde iletilir. EEG sondası tarafından kaydedilen sinir sinyal öncesi amplifikatör sinyali dallandırıcı ile iletilir. Öncesi amplifikatör Faraday kafesi bir fiber optik kablo üzerinden dışında veri edinme birimine bağlı. Bir PC monitörü da görüntülenebilir iken sinirsel veri sonra PC, yerel bir sürücüde depolanır. Bir mobil küçük hayvan isoflurane sistemi üzerinden isoflurane Faraday kafesi dışında yönetir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

4. elektriksel stimülasyon ve sinirsel kayıtları

Not: Tüm sinirsel verileri örnekleme frekansı 24.41 kHz 16 bit ile çözümlemesidir. Bir deneme bir tek elektrik stimülasyon duruşmanın başında oluşur. Ayrıca arası uyarıcı (ısı) aralığıdır her deneme sürer 10 s. Her uyarıcı 1.2 kare geçerli bir darbe olduğunu burr deliği, 250 durumunu dinlenme sürekli etkisini incelemek için iki taraflı deneyler için 0.3 Bayan süren mA s de kaydedildi.

  1. Kayıt yazılımı bilgisayarda kullanmak üzere açın.
  2. Deney için doğru devre 'Proje...' 'OpenProject' açılan menüsünden seçerek yükleyin. Yeni bir pencere ('WorkBench') (şekil 3) görünür.

figure-protocol-3
Şekil 3. A göstermek için veri toplama birimini GUI yazılım Karşıya yüklenecek uygun devre, stimülasyon parametreleri ayarlamak için ve kaydedilen ve görüntülenmeyecektir için veri sağlar. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

  1. Sinirsel kayıtları saklamak için (bir 'Tank' yazılım tarafından denir) yeni bir dizin oluşturun.
    1. 'Dosya' penceresinin üst tıklayın ve 'Veri görev Yönetimi' seçin. Yeni bir pencere ('Tank Yönetimi') görünür.
    2. 'Tank Yönetimi' penceresinde, bir menüyü görüntülemek için farenin sağ tuşuna basın. ' Yeni Tank' ı seçin. Başka bir yeni pencere ('oluşturmak veri Tank') görünür.
    3. 'Oluşturmak veri Tank' penceresinde, yeni bir veri dizini oluşturmak için planladığınız yolu seçin ve yeni dizinin adını girin. Sonra "OK" tuşuna basın. Bu pencere kaybolur.
    4. Yeni dizinin 'Tank Yönetimi' penceresi, gri görüntülenir. Bu dizin üzerinde sağ tıklatarak kayıt ve 'Kayıt Tank' açılan menüden seçin. Kırmızı bir yıldız ve yeşil bir ok siyah (şekil 4) şimdi olan yeni dizinin adını solunda görünür.
    5. Önceki herhangi bir dizin kullanımda açılan menüden 'Tank Yönetimi' penceresinde sağ tıklatıp seçerek 'Tank liste Yenile' kaydını kaldırın.
    6. 'Tank Yönetimi' penceresinden çıkmak için 'Tamam' tıklatın.

figure-protocol-4
Şekil 4: yazılım GUI kayıtlı veri dizini gösteren bir ekran. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

  1. 'Sinir sinyalleri deneme sırasında görüntülemek için kapsam' yeni dizine kaydedin.
    1. 'OpenProject' pencere 'Kapsamı' simgesine tıklayın. Yeni bir pencere ('kapsamı') görünür.
    2. 'Kapsamı' penceresinde fareyi sağ tıklatın ve açılan menüden 'Tank liste Yenile' seçin. Yeni dizinin adını gri görünür.
    3. Yeni dizin'i tıklatın. Kırmızı bir yıldız ve yeşil bir ok artık siyah olan yeni dizinin adını solunda görünür.
  2. Veri toplama için deneysel parametreleri 'Setup' penceresinin üst tıklayarak 'WorkBench' penceresinde ayarlayın. Yeni pencere-ecek gözükmek. 'Döngü süpürme' seçin, deneme ve kaydedilecek denemeler sayısı uzunluğunu ayarlayın.
  3. Uyarıcı kutusu açık olduğunu kontrol edin.
  4. 'WorkBench' pencere 'Kayıt' düğmesine basın. Yeni pencere-ecek gözükmek. Kaydetmek için deneysel çalıştırmak istiyorum ama dönüş düğmesi olarak ayarlanması EEG kayıt parametreleri gerek bu aşamada vurmak yok veri dosyasının adını girin.
  5. Öncesi amplifikatör grafik kullanıcı arabirimi (GUI) kullanarak EEG kayıt parametrelerini ayarlayın. Dokunmatik ekran yukarı uyandırmak Pre amplifikatör, ekran (yerde). 'Görüntü (şekil 5) kilidini açmak için Unlock' seçin.
    1. ' 2 sol simgesine basın: EEG' paneli. Yeni bir ekran görüntülenir.
    2. 'Bağlantı' tuşuna basıp 'AC' seçeneğini belirleyin.
    3. Sıkıştırma 'Ref tarz' ve 'Yerel' seçin.
    4. Basın 'Samp oran' ve ' 25 KHz seçin '.
    5. Özgün ekranýna dönmek için ' Tamam' tuşuna basın.

figure-protocol-5
Şekil 5: GUI ön amplifikatör. EEG ayarlamak için parametreleri (örneğin, örnek sık sık oluş ve başvuru tercih) kayıt sağlar. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

  1. EEG probe(s) empedans ' 2 Orta simgesine basarak kontrol: EEG' paneli. Çok yüksek, daha fazla EEG Yapıştır sonda için ekleyin. Özgün ekranýna dönmek için ' Tamam' tuşuna basın.
  2. EEG kayıtlarının ilk dalgalanma kaydı önlemek için bekle 20 s.
  3. PC monitör (sonra 20 s bekle) ve 'Return' tuşuna basın klavyede dönmek. EEG ve LFP sinyalleri kaydedilecektir.

5. veri analizi

  1. Aşağıdaki adımları izleyerek deneme deneme olarak uyarılmış LFP ve EEG sinyallerini ön işlemden.
    1. Geri sinirsel veri 20 örnekleri (0,82 ms için eşdeğer) tarafından zamanında kaydır. Bu TDT kendisini sinirsel verilerini toplamak üzere kullanılan devre tarafından üretilen gecikme olduğunu. Verileri değişen, sıfır noktası uyarıcı başlangıcı aynı hizaya.
    2. 1 0 veri neural değiştirerek uyarıcı artifakı kaldırmak ms verileri bağlayan düz bir çizgi ile işaret 0 ms veri noktasıyla 1 ms.
    3. Sıfır-her sinir sinyal uyarıcı başlangıçlı önce 200 ms ortalama değerini çıkararak demek.
    4. Alçak geçiren Filtre veri 800 Hz verilerdeki herhangi bir geçici vardiyası tanıtımı için her iki yönde de 4th emrimiz Butterworth IIR türü filtresi kullanarak aşağıda.
    5. Multi-Laminer verileri hayvanlar arasında hizalama. Tersini geçerli kaynak yoğunluğu her hayvanın LFP veriler için geçerli (eğri iCSD, kaynak yarıçapı R = 0.5 mm) analiz21 Gauss filtre ile (λ = 50 µm) IV lavabo bir kortikal meydana gelen en büyük negatif tepe tarafından verilen1, katmanın bulmak için Derinlik ilk 15 ms uyarıcı başlangıç içinde pial yüzeyinin altında. CSD ve karşılık gelen LFP veri sonra hayvanlar arasında lavabo konumlarına göre hizalanır. Yaygın lavabo IV, katmanda bulunan ~ 600 µm pial yüzeyinin altında.
    6. Hizalama sonra Kanal 2, 7 ve realigned LFP 12 supragranular, taneli, sinirsel tepkiler temsilcileri olarak ve infragranular katmanlar, sırasıyla varil korteks kullanın.
  2. Önceden işlenen verileri üzerinde 100 denemeler sayı ortalaması alınarak LFP ve EEG ortalamasını uyarılmış hesaplayın.
  3. EEG burr deliği etkisini araştırmak için aşağı-örnek EEG 1000 Hz ve compute güç spektral yoğunluğu (PSD) contra-lateral (kafatası bir delikle) ve ipsi-lateral (olduğu gibi kafatası) için örümcek elektrot kayıtları bir 250 s süre içinde sinyalleri Devlet dinleniyor. PSD 0.1-100 hesaplanan Hz cinsinden Matlab kullanarak işlev 'pmtm' multitaper yöntemi22tarihinde dayanmaktadır.
  4. Frekans aralığı aşağıdaki iyi bilinen frekans bantlarında bölmek: Delta (δ): 0.1-4 Hz, teta (): 4-8 Hz, Alpha (α): 8-13 Hz, Beta (β): 13-31 Hz, gama (γ): 31-100 Hz. hesaplamak her grup içinde ortalama PSD.
  5. Her frekans bandı içinde PSD, Perr, Kontra - ve denklemi kullanarak ipsi-lateral EEG arasında normalleştirilmiş farkı hesaplamak:
    figure-protocol-6
    Pc ve Pben PSD, Kontra - ve ipsi-lateral EEG, ilgi sırasıyla frekans bandında ortalama nerede.
  6. Her frekans bandı içinde iki hemisferlerin kaydedilen EEG sinyal PSD arasında bir tek örnek t-(0,05 önem düzeyinde) anlamlı bir fark olduğu varsayımını sınamak için test gerçekleştirin.

Sonuçlar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

4 fareler verilerden uygun olan yerlerde bu süre serisi elde etmek için ortalama. Uyarılmış EEG yanıt genliği, olarak da bilinen olay potansiyeli ile ilgili (ERP), genellikle çok daha küçük LFP bundan. Şekil 6 ortalama ERP ve supragranular, taneli, LFP ve infragranular Katmanlar varil korteksin sırasıyla göstermektedir. İlgili standart hata her arsa hata grubudur. ERP yaklaşık uyarılmış LFP 10 kat daha küçük olduğunu görebilirsiniz.

figure-results-1
Şekil 6: demek (n = 4) sinir sinyalleri ERP, supragranular, taneli, ve infragranular LFP. Gölge standart hata gösterir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Karşılaştırma ERP ve LFP zamansal dinamiği Şekil 7' de gösterilir. ERP ve supragranular şekil 7A LFP doğrudan süperpozisyon genlik farklılıkları sinir sinyalleri bu iki tür arasında sırasını gösterir. Zamansal dinamiği karşılaştırmak için ERP ve LFP onların negatif pik genlik ile ilgili normalleştirilmiş. Şekil 7B ve 7 C normalleştirilmiş ERP ile normalleştirilmiş supragranular LFP ve normalleştirilmiş taneli LFP, sırasıyla üst üste gösterir.

P1 ve N1 ERP için doruklarına LFP karşılık gelen doruklarına supragranular katmanında daha gecikmeli şekil 7B görülebilir. Ancak, bu iki sinir sinyalleri zamansal profilleri P1 ile benzer, N1 önceki. Öte yandan, ERP zamansal profil belirgin tabakasının taneli (IV varil korteks) farklıdır LFP (şekil 7C). Önemlisi, ayna görüntüleri ile taneli LFP ERP öncelikle iki doruklarına zıt kutuplu oluşuyordu ise (büyük bir lavabo kortikal katman IV yansıtan) bir tek negatif tepe tarafından hakim değiller.

figure-results-2
Şekil 7: Karşılaştırma ERP ve LFP zamansal dinamiği. (A)ERP (düz çizgi) supragranular LFP (kesik çizgi) ile üst üste. Gölge standart hata gösterir. (B) normalleştirilmiş normalleştirilmiş supragranular LFP (kesik çizgi) ile üst üste ERP (düz çizgi). (C) normalleştirilmiş normalleştirilmiş taneli LFP (kesik çizgi) ile üst üste ERP (düz çizgi). Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

ERP sinyal kafatasında içine delinmiş bir burr deliği ile yerleştirilen bir örümcek elektrot ile ölçüldü. EEG kayıtları delik etkisini araştırmak için başka bir örümcek elektrot ipsi-lateral varil korteks bozulmadan Kurukafa üzerine yerleştirildi. Bakım EEG Yapıştır kullanılan miktarını ayarlayarak iki örümcek elektrotlar impedances büyüklükte karşılaştırılabilir sağlamak için alınmıştır. Dört fareler verilerden (hangi değil aynı fareler üzerinde kullanıldığı) burada sunulmuştur.

Şekil 8 şekil 8Aiçinde görüntülenen 100 s veri ve dikdörtgen çerçeve verileri ile her iki elektrotları bir sıçan, eşzamanlı dinlenme devlet EEG kayıtları gösterir (20 s) resim 8Bgenişletilir. İki EEG sinyallerini büyük ölçüde, genlik benzer aralığı içinde birlikte değişir. Şekil 9 dört fareler, PSD ile doğrusal bir ölçek üzerinde frekans eksen kullanarak üst satır ve alt frekans aralığında genişletilmiş bir görünümünü sağlamak için frekans ekseninde Logaritmik ölçek kullanarak alt satır gösterir. Şekil 9' dan, yok görünüyor konular arasında tutarlı önyargı PSD olmak. Bu şekil 10' da gösterilen beş frekans bantlarında ortalama PSD normalleştirilmiş farklılıkları üzerinde bir örneklem t-testleri gerçekleştirerek doğrulandı. Bu frekans bantlarında normalleştirilmiş PSD farklılıkları sıfırdan önemli ölçüde farklı değildi (p = 0,32, 0,46, 0.85, 0,69 ve 0.97, sırasıyla).

figure-results-3
Şekil 8: ikili EEG kayıtları. (A)kafatası EEG devlet kafatası (siyah) ve ters Yarımküre (gri) ile olduğu gibi kafatası üzerinde aynı anda bir EEG kayıt bir burr deliği olan dinlenme sırasında kayıt. (B) genişletilmiş görüntüleyin, dalga biçimleri(a)dikdörtgen çerçeve içinde. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

figure-results-4
Şekil 9: güç spektral yoğunluğu (PSD) contra-(mavi) ve ipsi-lateral (kırmızı) EEG. Her sütun için bir iri fare-PSD gösterir. Alt paneller PSD görüntülenmeyecektir için daha düşük frekans aralığında izin vermek için logaritmik frekans ölçeği kullanırken en iyi panelleri doğrusal frekans ölçek, kullanın. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

figure-results-5
Şekil 10: Grup analizi. Normalleştirilmiş Kontra - ve beş frekans bantları ile ipsi-lateral PSD arasındaki fark: Delta, teta, Alfa, Beta ve gama. Her çubuk standart hata çubuğu olarak gösterilen hata ile frekans bandı içinde ortalama normalleştirilmiş farklılıklar gösterir. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Tartışma

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bir isoflurane imzalat sıçan bıyık yastık stimülasyon cevaben co yerelleştirilmiş EEG ve LFP sinyallerin eşzamanlı kayıt için deneysel bir işlem anlatmıştık. Bir elektrot Yeni korteksimiz kafatasına delinmiş bir burr deliği ile uyumlu EEG örümcek elektrot bir açılış içine eklenir. Elektrot kafatası bir iletken tarafından güvenli hale ve yapışkan EEG23yapıştırın. Uyarıcı elektrotlar bıyık yastık kolaylıkla eklenen böylece burun konisi isoflurane yönetimi için kullanılan güncellenmiştir.

EEG hamur hamur ek uygulama için gerek kalmadan deneysel gün boyunca mükemmel elektriksel iletkenlik sağlarken örümcek elektrot kafatası için güvenli bir şekilde montaj etkili oldu. Yapıştırıcı tutkal iletken olmayan ve kafatası ve elektrot arasında çalıştırıyorsa, elektrot empedans artırabilir olarak kafatasında, örümcek elektrot çevre düzeltmek için istenmeyen kullanımı yerine. EEG Yapıştır şeklin burr deliği etrafında zordur ve zavallı EEG sinyaller de sonuçlanan deneyi sırasında kuru olabilir EEG jeli avantajları vardır.

Fareyi bir Faraday kafesinde yerleştirildi gibi elektriksel gürültü ortam nedeniyle büyük ölçüde zayıflatılmış. Ancak, bazen sinir sinyal hala oldukça gürültülü. Çoğu durumda, bu referans elektrot değil güvenli bir şekilde konumlandırılmış ve bu nedenle yeniden düzeltilmiş olması gereken veya daha fazla EEG tarafından neden oldu kullanılan Yapıştır. Başka bir ortak sorun uyarılmış LFP genlik içinde küçük idi. Bu uyarıcı elektrotlar tarafından aktive kortikal bölgesinin merkezinde konumlandırılmamış elektrot nedeniyle olabilir. Yerel nöronlar için daha fazla zarar verebilir, elektrot, yeniden eklemek yerine biz genellikle uyarıcı elektrotlar bulunduğu bıyık yastık LFP makul bir genlik kadar ayarlanabilir (> 3 mV) gözlenen.

Teknik sınırlamaları biri yoksul uzamsal çözünürlük 6 mm çapında örümcek elektrot. Bu büyük sıçan kafatası boyutu ile karşılaştırıldığında. Ne yazık ki, burada kullanılan örümcek elektrot en küçük satın almak kullanılabilir. Örümcek elektrot çapı 2-4 mm için azaltmak için arzu olacak, böylece artan EEG kayıtları, EEG sinyal ve supragranular arasında karşılaştırma yapma kayma özgüllük LFP sinyal daha az belirsiz.

İletişim kuralı birkaç önemli adımlar özel dikkat gerekir. Çapak delikten elektrot yerleştirilmesi ilkidir. Beyin zarı aksi takdirde sağlam olduğu için ekleme noktasını duyarlığını önemlidir. Elektrot ucunda ufak bir direniş genellikle elektrot doğru yerleştirilmiyor anlamına gelir. Yükseltilmiş olması gerekir, düzeltilmiş ve yeniden eklenmiş konumu. İkinci fare üzerinde burun konisi konumudur. İsoflurane koni kaçış olacak gibi çok gevşek olmalıdır. Farenin burun delikleri engel ve nefes darlığı neden bu da çok sıkı olmalıdır değil. Özel ilgi aynı zamanda EEG kaydı genliği çok daha küçük olduğundan emin olmak için gerekli (genellikle 5-10 kat daha küçük) LFP en iyi kanal kayıt daha. Benzer bir durumda, EEG sonda elektrot ile doğrudan veya dolaylı temas geldi bir göstergesidir. Dolaylı kişisi genellikle Kafatasında delik bazen dolduran beyin omurilik sıvısı (CSF) delinmiş. CSF iletkenlik genellikle 100 kere bu kafatası24,25var. Böylece, burr deliği içi CSF düzeyinde yeterince yüksek ise, yapabilirsiniz örümcek elektrot ile temas. Bunu önlemek için çukur sık sık süper emici pamuk sünger gibi emme spears ile temizlenmelidir.

Burr deliği etkisi (çapı < 2 mm) EEG Kafatasında delik çevreleyen kayıt böylece ikili EEG kayıtları karşılaştırıldığında olabilir sağlam kafatasındaki ipsi-lateral varil korteks üstüne başka bir örümcek elektrot koyarak Okulu'nu. Sonuçlar Şekil 9 ve şekil 10, 0,05 düzeyinde of önemi önemsiz olacaktır etkisi öneririz. Ne kadar iyi kafatası, elektrot yapıştırmak için nasıl kesin basılıştan ve EEG yapıştırma kafatası üzerinde kayma ölçüde temas EEG Yapıştır oldu EEG genliği etkileyen diğer faktörler içerir.

Burada açıklanan protokol kafatası EEG, kafa derisi EEG insan EEG çalışmalarda kullanılan farklı olduğu kaydedilen Not için faydalıdır. Kafa derisi bir direnç veya daha fazla kayıt EEG sinyal-gürültü oranı azaltır bir alçak geçiren Filtre gibi davranır.

Son olarak, Karşılaştırma ERP zamansal dinamiği ve kortikal katmanlar arasında çatışmaya LFP önermek somatosensor uyarılmış potansiyel daha iyi daha taneli korteks tabakası supragranular ve infragranular Katmanlar LFP yansıtır. ERP ilk segment (P1) sonraki azaltmak iken (eksitatör sinaptik geçerli taneli katmanda oluşup, girişi dönüş geçerli doğan ile ilgili gösteren bizim önceki çalışma6, anlaşarak bu N1) İçindeerp talamik afferent kortikal için katmanları II/III ve/veya feedforward sinyalleri gecikmiş varış daha derin kortikal katmanlardan ilgili olabilir. Sonuç olarak, EEG/LFP eşzamanlı kayıtları EEG sinirsel doğuşu anlayışı geliştirmek ve EEG matematiksel modelleme sinir sinyalleri açısından kortikal katmanlardaki kolaylaştırmak.

Açıklamalar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarlar ifşa gerek yok.

Teşekkürler

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Andrew Cripps ve Reading Üniversitesi BioResource birimi teşekkür etmek istiyorum. Bu araştırma BBSRC tarafından finanse edildi (izni numarası: BB/K010123/1). Bu iş ile ilişkili veriler Y.Z. (ying.zheng@reading.ac.uk) serbestçe kullanılabilir.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
Dişi Lister Hood sıçanlarCharles Rivers
Örümcek elektrotUnimed Elektrot Malzemeleri LtdSCS24-426
EEG macunu: Ten20Unimed Elektrot Malzemeleri Ltd10-20-S
Çift mikromanipülatör kollu stereotaksik tutucu: 18 & derece ile Çift Manipülatör Stereotaksik Çerçeve; Kulak ÇubuklarıWPI (Dünya Hassas Aletler)502603
IsofluraneUlusal Veteriner Hizmetleri Limited Şirketi50878
Sert plastik burun konisi: Sıçan için Anasthezia Gaz MaskesiWPI 502054
Küçük hayvan izofluran anestezik sistemiWPIEZ-B800A
Termostatik ısıtma yastığı: Sıçan Battaniye Sistemi 230VHarvard Aparatı İngiltere50-7221-F
Oftalmik merhem: Optixcare göz kayganlaştırıcıViovet203865
Lidokain Hidroklorür (Enjeksiyon% 2)Larkmead Vets
Jaket Ölçekleyici #1SSE, 18cm, İçi boşWPI503421
Tırtıklı ve kavisli diseksiyon forsepsWPI15915
Örgülü ipek, emilmeyen sütür: Mersilk Sütür W502HUlusal Veteriner Hizmetleri Limited Şirketi153746
Diş matkabı: KEMİK MİKRO MATKAP SİSTEMİ 230 VACHarvard Aparatı İngiltere72-4860
Steril Salin: Sodyum klorür %0.9Animalcare Ltd14K26BT
Matkap ucu #4 : Bilyalı Değirmen, Karbür, #4Harvard Aparatı İngiltere72-4958
Matkap ucu #4 : Bilyalı Değirmen, Karbür, #1/4Harvard Aparatı İngiltere72-4962
Faraday kafesiNewport CorporationVIS-FDC-3600
Titreşim izolasyon iş istasyonu: Vision IsoStationNewport CorporationM-VIS3660-RG4-325A
Oksimetre Kontrol Ünitesi ve sensör: MouseOxPlus, Starr Life Sciences Corp.WPIO15001
Şeffaf yumuşak burun konisi: Sıçan Nosecone ile Microflex Geri Solunmayan ÜniteWPIEZ-103A
Paslanmaz çelik uyarıcı elektrotlarPlasticsOneE363 / 1 / SPC
İzole akım stimülatörüEvde
16 kanallı mikro elektrot, 100 & mu; m aralığı, her sitenin alanı 177 μ m2NeuroNexusA1x16-10mm-100-177-A16
16 kanallı akut headstageTucker David Technologies Inc., TDTRA16AC-Z
Ön Amplifikatör: Z-Serisi 64 Kanallı Nöro-Sayısallaştırıcı PreampTDTPZ5-64
Pasif sinyal ayırıcı: PZ5TDTS-BOX_PZ5
için 32 Kanallı Ayırıcı KutusuVeri toplama ünitesi: RZ2 BioAmp İşlemci. Z-Serisi 4-DSP ultra yüksek performanslı işlemciTDTRZ2-4
Nörofizyoloji Yazılımı: OpenEXTDT
MatlabMathWorks
Absorpsiyon mızraklarıİnce Sicence Araçları18105-01
üretilmiştir

Kaynaklar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Mitzdorf, U. Current source-density method and application in cat cerebral cortex: investigation of evoked potentials and EEG phenomena. Physiol Rev. 65 (1), 37-100 (1985).
  2. Logothetis, N. K. The Underpinnings of the BOLD Functional Magnetic Resonance Imaging Signal. J Neurosci. 23 (10), 3963-3971 (2003).
  3. Buzsáki, G., Anastassiou, C. A., Koch, C. The origin of extracellular fields and currents — EEG, ECoG, LFP and spikes. Nat Rev Neurosci. 13 (6), 407-420 (2012).
  4. Einevoll, G. T., Kayser, C., Logothetis, N. K., Panzeri, S. Modelling and analysis of local field potentials for studying the function of cortical circuits. Nat Rev Neurosci. 14 (11), 770-785 (2013).
  5. Zheng, Y., et al. Balanced excitation and inhibition: Model based analysis of local field potentials. Neuroimage. 63 (1), 81-94 (2012).
  6. Bruyns-Haylett, M., et al. The neurogenesis of P1 and N1: A concurrent EEG/LFP study. Neuroimage. 146, 575-588 (2017).
  7. Nunez, P. L. Electric Fields of the Brain: The Neurophysics of EEG. , Oxford University Press. (1981).
  8. Jackson, A. F., Bolger, D. J. The neurophysiological bases of EEG and EEG measurement: A review for the rest of us. Psychophysiology. 51 (11), 1061-1071 (2014).
  9. Cohen, M. X. Where Does EEG Come From and What Does It Mean? Trends Neurosci. 40 (4), 208-218 (2017).
  10. Bojak, I., Oostendorp, T., Reid, A., Kötter, R. Connecting Mean Field Models of Neural Activity to EEG and fMRI Data. Brain Topogr. 23 (2), 139-149 (2010).
  11. Coombes, S. Large-scale neural dynamics: Simple and complex. Neuroimage. 52 (3), 731-739 (2010).
  12. Deco, G., Jirsa, V. K., Robinson, P. A., Breakspear, M., Friston, K. J. The dynamic brain: from spiking neurons to neural-masses and cortical fields. PLoS Comput. Biol. 4 (8), e1000092(2008).
  13. Pinotsis, D. A., Friston, K. J. Neural fields, spectral responses and lateral connections. Neuroimage. 55 (1), 39-48 (2011).
  14. Riera, J. J., et al. Pitfalls in the dipolar model for the neocortical EEG sources. J Neurophysiol. 108 (4), 956-975 (2012).
  15. Valdes, P. A., Jimenez, J. C., Riera, J., Biscay, R., Ozaki, T. Nonlinear EEG analysis based on a neural mass model. Biol Cybern. 81 (5), 415-424 (1999).
  16. Musall, S., von Pföstl, V., Rauch, A., Logothetis, N. K., Whittingstall, K. Effects of Neural Synchrony on Surface EEG. Cereb Cortex. 24 (4), 1045-1053 (2014).
  17. Snyder, A. C., Morais, M. J., Willis, C. M., Smith, M. A. Global network influences on local functional connectivity. Nat Neurosci. 18 (5), 736-743 (2015).
  18. Mayhew, J., et al. Spectroscopic analysis of neural activity in brain: Increased oxygen consumption following activation of barrel cortex. Neuroimage. 12 (6), 664-675 (2000).
  19. Paxinos, G., Watson, C. The Rat Brain in Stereotaxic Coordinates. , Elsevier Academic Press. (2005).
  20. Martindale, J., et al. The hemodynamic impulse response to a single neural event. J Cereb Blood Flow Metab. 23 (5), 546-555 (2003).
  21. Pettersen, K. H., Devor, A., Ulbert, I., Dale, A. M., Einevoll, G. T. Current-source density estimation based on inversion of electrostatic forward solution: Effects of finite extent of neuronal activity and conductivity discontinuities. J Neurosci Methods. 154 (1-2), 116-133 (2006).
  22. Thomson, D. J., et al. Multitaper analysis of nonstationary and nonlinear time series data. Nonlinear and Nonstationary Signal Processing. Fitzgerald, W. J., et al. , 317-394 (2000).
  23. Bae, J., Deshmukh, A., Song, Y., Riera, J. Brain Source Imaging in Preclinical Rat Models of Focal Epilepsy using High-Resolution EEG Recordings. Journal of Visualized Experiments : JoVE. (100), e52700(2015).
  24. Baumann, S. B., Wozny, D. R., Kelly, S. K., Meno, F. M. The electrical conductivity of human cerebrospinal fluid at body temperature. IEEE Trans Biomed Eng. 44 (3), 220-223 (1997).
  25. Wendel, K., et al. The Influence of Age and Skull Conductivity on Surface and Subdermal Bipolar EEG Leads. Computational Intelligence and Neuroscience. 2010, (2010).
  26. Flemming, L., et al. Evaluation of the distortion of EEG signals caused by a hole in the skull mimicking the fontanel in the skull of human neonates. Clin Neurophysiol. 116 (5), 1141-1152 (2005).

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Birlikte Konumland r lm Kay tStereotaksik TutucuBurr Deli iMikroelektrot Yerle tirmeEEG Pastas UygulamasB y k Ped Stim lasyonuUyand r lm LFP zlemeERP Sinyal Analizi

İlgili makaleler