במחקר זה, מתודולוגיה מוצג על איך לבצע באתר מרובה in vivo הקלטות אלקטרו מכיון hyperdirect תחת הרדמה urethane.
עדות מתמשכת מראה כי מחלות נוירופסיכיאטריות רבות יש להבין כהפרעות של רשתות עצביות בקנה מידה גדול. כדי להבין טוב יותר את הבסיס הפאתופיסיולוגי של מחלות אלו, יש צורך לאפיין במדויק באיזו צורה מופרעת עיבוד המידע בין החלקים העצביים השונים של המעגל. באמצעות תאיים in vivo הקלטות אלקטרו, ניתן לתכנן במדויק את הפעילות העצבית בתוך הרשת העצבית. ליישום שיטה זו יש מספר יתרונות על פני טכניקות אלטרנטיביות, כגון הדמיה בתהודה מגנטית תפקודית ודמיון סידן, שכן היא מאפשרת רזולוציה זמנית ומרחבית ייחודית ואינה מסתמכת על אורגניזמים מהונדסים גנטית. עם זאת, השימוש תאיים בהקלטות vivo מוגבל שכן היא טכניקה פולשנית כי לא ניתן ליישם אוניברסלית. במאמר זה, שיטה פשוטה וקלה לשימוש מוצג wאשר ניתן בו זמנית לרשום פוטנציאלים תאיים כגון פוטנציאל שדה מקומי פעילות multunit במספר אתרים של רשת. זה מפורט כיצד מיקוד מדויק של גרעינים תת קליפתיים ניתן להשיג באמצעות שילוב של ניתוח stereotactic וניתוח מקוון של הקלטות יחידה רב. לפיכך, הוא הוכיח, איך רשת מלאה כגון hyperdirect cortico-basal לולאה הגרעינים ניתן ללמוד בחיות הרדים in vivo .
עדויות המצטברות לאחרונה על הפרעות נוירופסיכיאטריות שונות כגון מחלת פרקינסון (PD) וסכיזופרניה מצביעות על כך שהפתופיזיולוגיה שלהם מבוססת על תפקוד לקוי של מעגלים עצביים מורחבים, שלעתים קרובות כרוכות במבנים קליפת המוח וקורטיקורטיקליים 1 , 2 , 3 . על פי תיאוריה זו, את הביטויים הקליניים של מחלות נובעות כתוצאה של יכולת עיבוד מידע לקוי של רשת של תאים במקום תאים בודדים או אלמנטים נוירונים ספציפיים 1 , 2 , 3 . על מנת להגביר את ההבנה של קבוצה מורכבת זו של מחלות נוירופסיכיאטריות ולמצוא אפשרויות טיפול חדשות, חובה לאפיין את הדינמיקה העצבית של הרשתות הנפרעות בחולים אנושיים ובמודלים בבעלי חיים בפירוט רב. מצויןשיטת ent ללמוד רשתות בקנה מידה גדול בנושאים חיים הוא אתר רב הקלטות אלקטרו של פוטנציאלים תאיים 4 . באמצעות שיטה זו, ניתן להעריך בו זמנית את הפוטנציאל השדה המקומי (LFPs), אשר מייצגים בעיקר את הסיכום הזמני של זרמים postsynaptic מעכב ופעילות רב יחידה (MUA), כי הוא שנוצר על ידי הפוטנציאל presynaptic 5 . ההקלטה של הפוטנציאלים תאיים יש מספר יתרונות על פני שיטות חלופיות ללמוד רשתות, למשל , הדמיה תפקודית תהודה מגנטית הדמיה סידן, כי זה מספק רזולוציה גבוהה יותר במרחב ובזמן כי זה לא תלוי אורגניזמים מהונדסים גנטית 5 . עם זאת, השימוש תאיים בהקלטות vivo מוגבל שכן היא טכניקה פולשנית כי לא ניתן ליישם אוניברסלית.
ב vivo electrophysiological recהסמכות יכולה להתבצע ער, כמו גם בחיות הרדים 6 . שתי השיטות מלווה יתרונות וחסרונות ספציפיים. מחקרים בבעלי חיים ער לאפשר הקלטה של אותות המוח במהלך הביצועים של משימות התנהגותיות מוגדרים, אבל נוטים התנועה הקשורים אחרים artifacts 7 , 8 . הקלטות בבעלי חיים מורדמים מצד שני מציעים את ההזדמנות להעריך LFPs ו MUA עם מינימום של artifacts ב מוגדרת מאוד סנכרון מדינות קליפת המוח, אבל התוצאות גם נבדלות במידה מסוימת מה ניתן למצוא בערים 9 , 10 , 11 .
בשנים האחרונות, הוכח כי הדגימה של LFPs שימושי במיוחד כדי להגדיר שינויים פתולוגיים של פעילות הרשת. דוגמה בולטת לכך היא מחקר על הפתופיזיולוגיה של PD בחולה האנושימודלים של s ושל בעלי חיים של המחלה, שם ניתן היה להראות כי תנודות בטא משופר בלולאה הגרעינים קורטיקלי הבסיס קשורות סימפטומים המנוע פרקינסוניאן 12 , 13 . כתוצאה של קו זה של המחקר, הוא נחקר כעת אם תנודות בטא יכול לשמש ביומרקר משוב מקוון עבור לולאה סגורה גירוי מוחי עמוק 14 , 15 .
במחקר הנוכחי, תיאור מפורט של אתר רב חריף in vivo הקלטות אלקטרו של LFPs ו MUA חולדות הרדים עם urethane מסופק. הוא הוכיח כיצד רשת שלמה, כגון מסלול ההישרדות הקורטיקלי-בסיסי של קורטיקו-קורטיקו, יכולה להיות מאופיינת באמצעות אלקטרודות באמצעות אלקטרודות סטנדרטיות ומותאמות אישית, וכיצד ניתן לבנות אלקטרודות אלו. זה מודגש במיוחד כיצד מיקוד מדויק של גרעיני הגרעיני הבסיס יכול להיות מושגת על ידי שיתוףMbining ניתוח stereotactic יחד עם רישום מקוון של MUAs.
במחקר הנוכחי, השיטה מדגימה כיצד להקליט אותות אלקטרו-סיביים תאיים בו-זמנית מאתרים מרובים של רשת נתונה, תוך שימוש בדוגמה של מסלול הגרעינים הקורטיקו-ביסאלי המהיר המחבר את ה- M1 עם ה- STN ו- SNR במכרסמים.
צעד קריטי בהקלטה של מבנים תת-קלי…
The authors have nothing to disclose.
אנו מודים ל- Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), KFO 247, על מימון המחקר שלנו.
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. |