Agudo<em> In Vivo</em> Grabaciones electrofisiológicas de potenciales de campo locales y actividad de múltiples unidades de la vía hiperdirecta en ratas anestesiadas
Summary
En este estudio, se presenta la metodología sobre cómo realizar registros electrofisiológicos in vivo en múltiples sitios a partir de la vía hiperdirecta bajo anestesia con uretano.
Abstract
Evidencias convergentes muestran que muchas enfermedades neuropsiquiátricas deben ser entendidas como trastornos de redes neuronales a gran escala. Para comprender mejor las bases fisiopatológicas de estas enfermedades, es necesario caracterizar con precisión el modo en que se altera el procesamiento de la información entre las diferentes partes neuronales del circuito. Usando grabaciones electrofisiológicas extracelulares in vivo , es posible delinear con precisión la actividad neuronal dentro de una red neuronal. La aplicación de este método tiene varias ventajas sobre técnicas alternativas, por ejemplo , imágenes de resonancia magnética funcional e imágenes de calcio, ya que permite una resolución temporal y espacial única y no depende de organismos modificados genéticamente. Sin embargo, el uso de grabaciones extracelulares in vivo es limitado, ya que es una técnica invasiva que no puede aplicarse universalmente. En este artículo, se presenta un método simple y fácil de usar wCon lo que es posible registrar simultáneamente potenciales extracelulares tales como potenciales de campo locales y actividad multiunitaria en múltiples sitios de una red. Se detalla cómo una orientación precisa de los núcleos subcortical se puede lograr mediante una combinación de cirugía estereotáctica y análisis en línea de grabaciones de múltiples unidades. Por lo tanto, se demuestra cómo se puede estudiar una red completa tal como el bucle de los ganglios cortico-basales hiperdirecto en animales anestesiados in vivo .
Introduction
La reciente evidencia acumulativa sobre diferentes trastornos neuropsiquiátricos como la enfermedad de Parkinson y la esquizofrenia sugiere claramente que su fisiopatología se basa en una disfunción crítica de los circuitos neuronales extendidos que a menudo involucran estructuras corticales y subcorticales 1 , 2 , 3 . Según esta teoría, las manifestaciones clínicas de las enfermedades surgen como consecuencia de una capacidad de procesamiento de información dañada de una red de células en lugar de células individuales o elementos neuronales específicos 1 , 2 , 3 . Con el fin de mejorar la comprensión de este complejo grupo de enfermedades neuropsiquiátricas y encontrar nuevas opciones de tratamiento, es obligatorio caracterizar la dinámica neuronal de esas redes desordenadas en pacientes humanos y en modelos animales con gran detalle. ExcelenteEl método de estudio de redes a gran escala en sujetos vivos es el registro electrofisiológico multi-sitio de potenciales extracelulares 4 . Utilizando este método, es posible evaluar simultáneamente los potenciales de campo locales (LFPs), que representan principalmente la suma temporal de las corrientes postsinápticas excitatorias e inhibitorias y la actividad de múltiples unidades (MUA), que se genera por los potenciales presinápticos 5 . El registro de los potenciales extracelulares tiene varias ventajas sobre los métodos alternativos para estudiar las redes, por ejemplo , la resonancia magnética funcional y la imagen del calcio, ya que proporciona una mayor resolución temporal y espacial y porque no depende de organismos modificados genéticamente [ 5] . Sin embargo, el uso de grabaciones extracelulares in vivo es limitado, ya que es una técnica invasiva que no puede aplicarse universalmente.
Reconstrucción electrofisiológica in vivoOrdings se puede realizar tanto despierto como en animales anestesiados 6 . Ambos métodos van acompañados de ventajas y desventajas específicas. Los estudios en animales despiertos permiten la grabación de señales cerebrales durante el desempeño de tareas de comportamiento definidas, pero son propensos a los artefactos relacionados con el movimiento y otros 7 , 8 . Por otro lado, las grabaciones en animales anestesiados ofrecen la oportunidad de evaluar LFPs y MUA con un mínimo de artefactos en estados de sincronización cortical altamente definidos, pero los resultados también difieren en cierta medida de lo que puede encontrarse en sujetos despiertos 9 , 10 , 11 .
En los últimos años, se ha demostrado que el muestreo de LFPs es especialmente útil para delinear los cambios patológicos de la actividad de la red. Un ejemplo prominente de esto es la investigación sobre la fisiopatología de la DP en pacientes humanosS y modelos animales de la enfermedad, donde se pudo demostrar que las oscilaciones beta mejoradas en el bucle de los ganglios cortico-basales están relacionadas con los síntomas motores parkinsonianos 12,13. Como consecuencia de esta línea de investigación, actualmente se investiga si las oscilaciones beta podría ser utilizado como un biomarcador de retroalimentación en línea para la estimulación cerebral profunda en circuito cerrado 14 , 15 .
En el presente estudio, se proporciona una descripción detallada de grabaciones electrofisiológicas in vivo múltiples en vivo de LFPs y MUA en ratas anestesiadas con uretano. Se demuestra cómo se puede caracterizar electrofisiológicamente una red completa, tal como la vía hipocárdica de los ganglios cortico-basales, utilizando electrodos estándar y personalizados y cómo se pueden construir estos electrodos. Se hace especial hincapié en cómo puede lograrse una focalización precisa de los núcleos de los gangliosMbining la cirugía estereotáctica junto con el registro en línea de MUAs.
Protocol
Representative Results
Discussion
En el presente estudio se demuestra cómo registrar las señales electrofisiológicas extracelulares simultáneamente a partir de múltiples sitios de una red dada, utilizando el ejemplo de la vía hipocárdica de los ganglios cortico-basales que conecta la M1 con la STN y SNr en los roedores.
Un paso crítico en el registro de estructuras subcorticales pequeñas tales como el STN es la inserción guiada con precisión de los electrodos de registro en el blanco. En el método presentado, el …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Agradecemos a la Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), KFO 247, por financiar nuestro estudio.
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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