Aigu<em> In vivo</em> Enregistrements électrophysiologiques des potentiels de terrain locaux et activité multi-unités à partir de la voie hyperdirect dans les rats anesthésiés
Summary
Dans cette étude, la méthodologie est présentée sur la façon d'effectuer des enregistrements électrophysiologiques in vivo multi-sites à partir de la voie hyperdirect sous anesthésie uréthane.
Abstract
La convergence de la preuve montre que de nombreuses maladies neuropsychiatriques doivent être comprises comme des troubles des réseaux neuronaux à grande échelle. Pour mieux comprendre la base pathophysiologique de ces maladies, il est nécessaire de caractériser précisément de quelle manière le traitement de l'information est perturbé entre les différentes parties neuronales du circuit. En utilisant des enregistrements électrophysiologiques extracellulaires in vivo , il est possible de délimiter avec précision l'activité neuronale dans un réseau neuronal. L'application de cette méthode présente plusieurs avantages par rapport aux techniques alternatives, par exemple , l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle et l'imagerie au calcium, car elle permet une résolution spatiale et spatiale unique et ne repose pas sur des organismes génétiquement modifiés. Cependant, l'utilisation d'enregistrements extracellulaires in vivo est limitée car il s'agit d'une technique invasive qui ne peut être appliquée universellement. Dans cet article, une méthode simple et facile à utiliser est présentée wAvec lequel il est possible d'enregistrer simultanément des potentiels extracellulaires tels que des potentiels de terrain locaux et une activité multi-unités sur plusieurs sites d'un réseau. Il est détaillé comment un ciblage précis des noyaux sous-corticaux peut être réalisé en utilisant une combinaison de chirurgie stéréotaxique et d'analyse en ligne d'enregistrements multi-unités. Ainsi, il est démontré, comment un réseau complet tel que la boucle ganglionale cortico-basale hyperdirect peut être étudié chez les animaux anesthésiés in vivo .
Introduction
Les preuves cumulatives récentes sur différents troubles neuropsychiatriques tels que la maladie de Parkinson (PD) et la schizophrénie suggèrent fortement que leur pathophysiologie est basée sur un dysfonctionnement critique de circuits neuronaux étendus qui impliquent souvent des structures corticales et sous-corticales 1 , 2 , 3 . Selon cette théorie, les manifestations cliniques des maladies résultent d'une capacité de traitement de l'information réduite d'un réseau de cellules au lieu de cellules individuelles ou d'éléments neuronaux spécifiques 1 , 2 , 3 . Afin d'améliorer la compréhension de ce groupe complexe de maladies neuropsychiatriques et de trouver de nouvelles options de traitement, il est obligatoire de caractériser la dynamique neuronale de ces réseaux désordonnés chez les patients humains et dans les modèles animaux en détail. Un excellentLa méthode pour étudier les réseaux à grande échelle chez les sujets vivants est l'enregistrement électrophysiologique multi-sites de potentiels extracellulaires 4 . En utilisant cette méthode, il est possible d'évaluer simultanément les potentiels de terrain locaux (LFP), qui représentent principalement la sommation temporelle des courants postsynaptiques excitateurs et inhibiteurs et de l'activité multi-unité (MUA), générée par des potentiels présynaptiques 5 . L'enregistrement des potentiels extracellulaires présente plusieurs avantages par rapport aux méthodes alternatives pour étudier les réseaux, par exemple , l'imagerie par résonance magnétique fonctionnelle et l'imagerie au calcium, car elle fournit une résolution spatiale et spatiale plus élevée et parce qu'elle ne dépend pas des organismes génétiquement modifiés 5 . Cependant, l'utilisation d'enregistrements extracellulaires in vivo est limitée car il s'agit d'une technique invasive qui ne peut être appliquée universellement.
Recette électrophysiologique in vivoLes ordonnances peuvent être effectuées chez les animaux éveillés aussi bien que chez les animaux anesthésiés 6 . Les deux méthodes sont accompagnées d'avantages et d'avantages spécifiques. Des études menées dans des animaux éveillés permettent d'enregistrer des signaux cérébraux lors de l'exécution de tâches comportementales définies, mais sont sujettes à des éléments liés au mouvement et à d'autres artefacts 7 , 8 . Les enregistrements chez les animaux anesthésiés, d'autre part, offrent l'opportunité d'évaluer les LFP et MUA avec un minimum d'artefacts dans des états de synchronisation cortical hautement définis, mais les résultats diffèrent aussi dans une certaine mesure de ce qui se trouve dans les sujets éveillés 9 , 10 , 11 .
Ces dernières années, il a été démontré que l'échantillonnage des LFP est particulièrement utile pour délimiter les changements pathologiques de l'activité du réseau. Un exemple important de cela est la recherche sur la pathophysiologie de la PD chez le patient humainS et les modèles animaux de la maladie, où il pourrait être démontré que les oscillations bêta améliorées dans la boucle des ganglions cortico-basaux sont liées aux symptômes moteurs parkinsoniens 12 , 13 . En conséquence de cette ligne de recherche, on étudie actuellement si les oscillations bêta pourraient être utilisées comme biomarqueur de rétroaction en ligne pour la stimulation cérébrale profonde en boucle fermée 14 , 15 .
Dans la présente étude, une description détaillée des enregistrements électrophysiologiques multi-sites aigus de LFP et MUA chez les rats anesthésiés avec de l'uréthane est fournie. Il est démontré comment un réseau complet, tel que la voie des ganglions cortico-basaux hyperdirect, peut être caractérisé électrophysiologiquement à l'aide d'électrodes standard et personnalisées et de la façon dont ces électrodes peuvent être construites. Il est particulièrement souligné comment un ciblage précis des noyaux des ganglions de base peut être réalisé par coMbining chirurgie stéréotaxique avec l'enregistrement en ligne des MUA.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dans la présente étude, la méthode montre comment enregistrer simultanément les signaux électrophysiologiques extracellulaires à partir de sites multiples d'un réseau donné en utilisant l'exemple de la voie des ganglions cortico-basal hyperdirect qui relie le M1 avec le STN et SNr chez les rongeurs.
Une étape critique dans l'enregistrement de petites structures sous-corticales telles que le STN est l'insertion guidée avec précision des électrodes d'enregistrem…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nous remercions la Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), KFO 247, de financer notre étude.
Materials
| Ag/AgCl custom epidural electrodes | Goodfellow GmbH D-61213 Bad Nauheim, Germany info@goodfellow.com |
Product-ID AG005127 for 99.99% silver wire | Ag/AgCl electrodes will allow for better signal quality, but may only be used in acute experiments. Possible replacement: Stainless steel electrodes |
| Stereotaxic holder with acrylic block | David Kopf Instruments, 7324 Elmo Street, Tujunga, CA 91042, USA |
Product ID Model 1770 Standard Electrode Holder | Make sure the acrylic block has recesses which suit the electrode setup for the desired target. Acrylic blocks can easily be modified with a file to obtain the desired configuration. Possible replacement: Self-constructed electrode holders |
| Tungsten microwire electrodes 1.5 MΩ impedance | Microprobes.com 18247-D Flower Hill Way Gaithersburg, Maryland, 20879 USA |
Product-ID WE3ST31.5A5-250um | The 1.5 MΩ is necessary to record MUA and LFP at the same time. Possible replacement: Microelectrodes of different materials can be used. The electrodes have to be straight, robust and as thin as possible. |
| Rat alignment tool | David Kopf Instruments, 7324 Elmo Street, Tujunga, CA 91042, USA |
Product ID Model 944 Rat Alignment Tool | Allows the exact orientation of the brain to match stereotaxic atlases. Possible replacement: Stereotaxic holder with a cannula |
| Two-component dental acrylic | Associated Dental Products Ltd. Kemdent Works, Purton, Swindon Wiltshire, SN5 4HT, United Kingdom |
Simplex Rapid Powder Clear 225g, Product code: ACR803; Simplex Rapid Liquid 150ml, Product code: ACR920 | Depending in the electrodes used, superglue might be an easy alternative, if the electrodes are small and lightweight. Possible replacement: Superglue (Cyanacrylate-based) |
| Faraday cage | Self-construction | A proper Faraday cage will be the best protection from electromagnetic artifacts, but everything which can be formed into a box shape or applied to a frame and is made of conductive material may help. Possible replacement: Aluminum foil or copper mesh | |
| Electrophysiological setup with recording software and online spike-sorting capabilities | OmniPlex® Neural Data Acquisition System Plexon Inc 6500 Greenville Avenue, Suite 700 Dallas, Texas 75206 USA |
Offline sorting software is a potential alternative, multiple scripts and softwares can be found for free in the open source community. |
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