Bilinçli Sıçanlarda implantasyon ve Kablosuz Elektroretinogram Recording ve Görsel Uyarılmış Potansiyel
Summary
Biz kayıtları anestezi karıştırıcıların olmadan yapılan insan durumuna daha benzerdir gözün (Elektroretinogram) ve bilinçli sıçanlarda beyin (görsel uyarılmış potansiyel), görsel elektrofizyolojik sinyaller ölçmek için cerrahi implantasyon ve Kayıt işlemleri göstermektedir.
Abstract
tam saha elektroretinogram (ERG) ve görsel uyarılmış potansiyel (VEP) laboratuar ve klinik ortamlarda hem de retinal ve görsel yolu bütünlüğünü değerlendirmek için yararlı araçlardır. Şu anda, preklinik ERG ve VEP ölçümleri kararlı elektrot yerleşimleri sağlamak amacıyla anestezi ile yapılmaktadır. Bununla birlikte, anestezinin çok varlığı, normal fizyolojik tepkileri kontamine gösterilmiştir. Bu anestezi boşa aşmak için, bilinçli sıçanlarda ERG ve VEP'in tahlil için yeni bir platform oluşturmayı. Elektrotlar cerrahi ERG tahlil ve epidural VEP'in ölçmek için görsel korteks over göz alt conjunctivally implante edilir. genlik ve hassasiyet bir dizi / zamanlama parametreleri ışık enerjileri artırmayı ERG ve VEP hem deneye tabi tutulur. ERG ve VEP sinyallerinin en az 4 hafta sonrası cerrahi implantasyon için istikrarlı ve tekrarlanabilir olduğu gösterilmiştir. anestezi olmadan ERG ve VEP sinyalleri kaydetmek için bu yeteneği klinik öncesi s boşaetting klinik verilere üstün çeviri sağlamak gerekir.
Introduction
ERG ve VEP sırasıyla laboratuvar ve klinikte hem de retina ve görme yollarının bütünlüğünü değerlendirmek için in vivo araçları minimal invaziv bulunmaktadır. Tam saha ERG retina yolu 1,2 farklı hücre sınıflarını temsil eden her elemanı ile, farklı bileşenler ayrılabilir bir karakteristik dalga biçimi verir. Klasik tam saha ERG dalga fotoreseptör etkinlik sonrası ışığa maruz 2-4 temsil ettiği gösterilmiştir ilk negatif yamaç (a-dalgası) oluşur. A-dalgası orta retina, ağırlıklı olarak ON-bipolar hücreleri 5-7 elektriksel aktivitesini yansıtan önemli bir pozitif dalga (b-dalgası) tarafından takip edilmektedir. Ayrıca, bir çubuk yanıtları 8'den koni izole etmek aydınlık enerji ve inter-uyaran-aralığı değişebilir.
Flaş VEP retina ışık uyarısına yanıt olarak görsel korteks ve beyin sapı elektrik potansiyelleri temsil9,10. Bu dalga retino-geniculo-striate yolunun 11-13 ve sıçanlarda 11,13 çeşitli V1 lamina yapılan kortikal işleme temsil geç bileşenin nöronların aktivitesini yansıtan erken bileşeni ile, erken ve geç bileşenlerine ayrılabilir. Bu nedenle, ERG ve VEP eşzamanlı ölçümü görsel yolunda yer alan yapıların kapsamlı değerlendirmesini verir.
Şu anda, hayvanlarda elektrofizyoloji kaydetmek için, anestezi elektrot dengeli yerleştirme sağlamak için kullanılır. Orada bilinçli sıçanlarda 14-16 yılında ERG ve VEP'in ölçmek için girişimleri olmuştu ancak bu çalışmalar hantal olabilir ve hayvan hareketlerini ve doğal davranışlarını 17 kısıtlayarak hayvan strese yol açabilir kablolu kurulum, istihdam var. Geliştirilmiş minyatür ve pil ömrü gibi kablosuz teknolojisindeki son gelişmeler sayesinde, ERG An için telemetri yaklaşımını uygulamak artık mümkünKablolu kayıtları ve uzun vadeli canlılığı artırmak ilişkili stres azalan d VEP kaydı. Telemetri prob tamamen içselleştirilmiş kararlı implantasyonları kronik sıcaklık, kan basıncı 18, aktivite 19 izlenmesi yanı sıra elektroensefalografi 20 başarılı olduğu kanıtlanmış. teknolojisindeki ilerlemeler bu tür kronik çalışmalar için platformun programı artan tekrarlanabilirlik ve bilinçli kayıtların istikrar ile yardımcı olacaktır.
Protocol
Representative Results
Discussion
Bağlı görme elektrofizyoloji minimal invaziv doğası gereği, insan hastalarda ERG ve VEP kayıtları bilinçli koşullar altında yürütülen ve sadece elektrot yerleştirme için topikal anestezik kullanımını gerektirir. Buna karşılık, hayvan modellerinde görsel elektrofizyoloji geleneksel gönüllü göz ve vücut hareketlerini ortadan kaldırarak istikrarlı elektrot yerleştirme sağlamak için genel anestezi altında yapılır. Bizim önceki yayın 24 ve diğerleri 25-27 tarafınd…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
JC would like to acknowledge the David Hay Memorial Fund, The University of Melbourne for financial support in writing this manuscript. Funding for this project was provided by an ARC Linkage grant 100200129 (BVB, AJV, CTON).
Materials
| Bioamplifier | ADInstruments | ML 135 | Amplifies ERG and VEP signals |
| Carboxymethylcellulose sodium 1.0% | Allergan | CAS 0009000-11-7 | Maintain corneal hydration during surgery |
| Carprofen 0.5% | Pfizer Animal Health Group | CAS 53716-49-7 | Post-surgery analgesia, given with injectable saline for fluid replenishment |
| Chlorhexadine 0.5% | Orion Laboratories | 27411, 80085 | Disinfection of surgical instrument |
| Cyanoacrylate gel activator | RS components | 473-439 | Quickly dries cyanoacrylate gel |
| Cyanocrylate gel | RS components | 473-423 | Fix stainless screws to skull |
| Dental burr | Storz Instruments, Bausch and Lomb | E0824A | Miniature drill head of ~0.7mm diameter for making a small hole in the skull over each hemisphere to implant VEP screws |
| Drill | Bosch | Dremel 300 series | Automatic drill for trepanning |
| Enrofloxin | Troy Laboratories | Prophylactic antibiotic post surgey | |
| Ganzfeld integrating sphere | Photometric Solutions International | Custom designed light stimulator: 36 mm diameter, 13 cm aperture size | |
| Gauze swabs | Multigate Medical Products Pty Ltd | 57-100B | Dries surgical incision and exposed skull surface during surgery |
| Isoflurane 99.9% | Abbott Australasia Pty Ltd | CAS 26675-46-7 | Proprietory Name: Isoflo(TM) Inhalation anaaesthetic. Pharmaceutical-grade inhalation anesthetic mixed with oxygen gas for VEP electrode implant surgery |
| Kenacomb ointment | Aspen Pharma Pty Ltd | To reduce skin irritation and itching after surgery | |
| Luxeon LEDs | Phillips Lighting Co. | For light stimulation, twenty 5 watt and one 1 watt LEDs, controlled by Scope software | |
| Needle (macrosurgery) | World Precision Instruments | 501959 | for suturing abdominal and head surgery, used with 3-0 suture, eye needle, cutting edge 5/16 circle Size 1, 15mm |
| Needle holder (macrosurgery) | World Precision Instruments | 500224 | To hold needle during abdominal and head surgery |
| Needle holder (microsurgery) | World Precision Instruments | 555419NT | To hold needle during ocular surgery |
| Optiva catheter | Smiths Medical International LTD | 16 or 21 G | Guide corneal active electrodes from skull to conjunctiva |
| Povidone iodine 10% | Sanofi-Aventis | CAS 25655-41-8 | Proprietory name: Betadine, Antiseptic to prepare the shaved skin for surgery 10%, 500 mL |
| Powerlab data acquisition system | ADInstruments | ML 785 | Acquire signal from telemetry transmitter, paired to telemetry data converter |
| Proxymetacaine 0.5% | Alcon Laboratories | CAS 5875-06-9 | Topical ocular analgesia |
| Restrainer | cutom made | Front of the restrainer is tapered to minimize head movement, length can be adjusted to accommodate different rat length, overall diameter is 60 mm. | |
| Scapel blade | R.G. Medical Supplies | SNSM0206 | For surgical incision |
| Scissors (macrosurgery) | World Precision Instruments | 501225 | for cutting tissue on the abodmen and forhead |
| Scissors (microsurgery) | World Precision Instruments | 501232 | To dissect the conjunctiva for electrode attachment |
| Scope Software | ADInstruments | version 3.7.6 | Simultaneously triggers the stimulus via the ADI Powerlab system and collects data |
| Shaver | Oster | Golden A5 | Shave fur from surgical areas |
| Stainless streel screws | MicroFasteners | L001.003CS304 | 0.7 mm shaft diameter, 3 mm in length |
| Stereotaxic frame | David Kopf | Model 900 | A small animal stereotaxic instrument for locating the implantation landmarks on the skull |
| Surgical drape | Vital Medical Supplies | GM29-612EE | Ensure sterile enviornment during surgery |
| Suture (macrosurgery) | Ninbo medical needles | 3-0 | for suturing abdominal and head surgery, sterile silk braided, 60cm |
| Suture needle (microsurgery) | Ninbo medical needles | 8-0 or 9-0 | for ocular surgery including, suturing electrode to sclera and closing conjunctival wound, nylon suture, 3/8 circle 1×5, 30cm |
| Telemetry data converter | DataSciences International | R08 | allows telemetry signal to interface with data collection software |
| Telemetry Data Exchange Matrix | DataSciences International | Gathers data from transmitters, pair with receiver | |
| Telemetry data receiver | DataSciences International | RPC-1 | Receives telemetry data from transmitter |
| Telemetry transmitter | DataSciences International | F50-EEE | 3 channel telemetry transmitter |
| Tropicamide 0.5% | Alcon Laboratories | Iris dilation | |
| Tweezers (macrosurgery) | World Precision Instruments | 500092 | Manipulate tissues during abdominal and head surgery |
| Tweezers (microsurgery) | World Precision Instruments | 500342 | Manipulate tissues during ocular surgery |
References
- Frishman, L. J. . Origins of the Electroretinogram. , (2006).
- Granit, R. The components of the retinal action potential in mammals and their relation to the discharge in the optic nerve. J Physiol. 77, 207-239 (1933).
- Brown, K. T. The eclectroretinogram: its components and their origins. Vision Res. 8, 633-677 (1968).
- Brown, K. T., Murakami, M. Biphasic Form of the Early Receptor Potential of the Monkey Retina. Nature. 204, 739-740 (1964).
- Kline, R. P., Ripps, H., Dowling, J. E. Generation of b-wave currents in the skate retina. Proc Natl Acad Sci U S A. 75, 5727-5731 (1978).
- Krasowski, M. D., et al. Propofol and other intravenous anesthetics have sites of action on the gamma-aminobutyric acid type A receptor distinct from that for isoflurane. Mol Pharmacol. 53, 530-538 (1998).
- Stockton, R. A., Slaughter, M. M. B-wave of the electroretinogram. A reflection of ON bipolar cell activity. J Gen Physiol. 93, 101-122 (1989).
- Nixon, P. J., Bui, B. V., Armitage, J. A., Vingrys, A. J. The contribution of cone responses to rat electroretinograms. Clin Experiment Ophthalmol. 29, 193-196 (2001).
- Weinstein, G. W., Odom, J. V., Cavender, S. Visually evoked potentials and electroretinography in neurologic evaluation. Neurol Clin. 9, 225-242 (1991).
- Sand, T., Kvaloy, M. B., Wader, T., Hovdal, H. Evoked potential tests in clinical diagnosis. Tidsskr Nor Laegeforen. 133, 960-965 (2013).
- Brankack, J., Schober, W., Klingberg, F. Different laminar distribution of flash evoked potentials in cortical areas 17 and 18 b of freely moving rats. J Hirnforsch. 31, 525-533 (1990).
- Creel, D., Dustman, R. E., Beck, E. C. Intensity of flash illumination and the visually evoked potential of rats, guinea pigs and cats. Vision Res. 14, 725-729 (1974).
- Herr, D. W., Boyes, W. K., Dyer, R. S. Rat flash-evoked potential peak N160 amplitude: modulation by relative flash intensity. Physiol Behav. 49, 355-365 (1991).
- Guarino, I., Loizzo, S., Lopez, L., Fadda, A., Loizzo, A. A chronic implant to record electroretinogram, visual evoked potentials and oscillatory potentials in awake, freely moving rats for pharmacological studies. Neural Plast. 11, 241-250 (2004).
- Szabo-Salfay, O., et al. The electroretinogram and visual evoked potential of freely moving rats. Brain Res Bull. 56, 7-14 (2001).
- Valjakka, A. The reflection of retinal light response information onto the superior colliculus in the rat. Graefes Arch Clin Exp Ophthalmol. 245, 1199-1210 (2007).
- Lapray, D., Bergeler, J., Dupont, E., Thews, O., Luhmann, H. J. A novel miniature telemetric system for recording EEG activity in freely moving rats. J Neurosci Methods. 168, 119-126 (2008).
- Lim, K., Burke, S. L., Armitage, J. A., Head, G. A. Comparison of blood pressure and sympathetic activity of rabbits in their home cage and the laboratory environment. Exp Physiol. 97, 1263-1271 (2012).
- Nguyen, C. T., Brain, P., Ivarsson, M. Comparing activity analyses for improved accuracy and sensitivity of drug detection. J Neurosci Methods. 204, 374-378 (2012).
- Ivarsson, M., Paterson, L. M., Hutson, P. H. Antidepressants and REM sleep in Wistar-Kyoto and Sprague-Dawley rats. Eur J Pharmacol. 522, 63-71 (2005).
- He, Z., Bui, B. V., Vingrys, A. J. The rate of functional recovery from acute IOP elevation. Invest Ophthalmol Vis Sci. 47, 4872-4880 (2006).
- Lamb, T. D., Pugh, E. N. A quantitative account of the activation steps involved in phototransduction in amphibian photoreceptors. J Physiol. 449, 719-758 (1992).
- Hood, D. C., Birch, D. G. Rod phototransduction in retinitis pigmentosa: estimation and interpretation of parameters derived from the rod a-wave. Invest Ophthalmol Vis Sci. 35, 2948-2961 (1994).
- Charng, J., et al. Conscious wireless electroretinogram and visual evoked potentials in rats. PLoS Onez. 8, e74172 (2013).
- Galambos, R., Szabo-Salfay, O., Szatmari, E., Szilagyi, N., Juhasz, G. Sleep modifies retinal ganglion cell responses in the normal rat. Proc Natl Acad Sci U S A. 98, 2083-2088 (2001).
- Meeren, H. K., Van Luijtelaar, E. L., Coenen, A. M. Cortical and thalamic visual evoked potentials during sleep-wake states and spike-wave discharges in the rat. Electroencephalogr Clin Neurophysiol. 108, 306-319 (1998).
- Nair, G., et al. Effects of common anesthetics on eye movement and electroretinogram. Doc Ophthalmol. 122, 163-176 (2011).
- Amouzadeh, H. R., Sangiah, S., Qualls, C. W., Cowell, R. L., Mauromoustakos, A. Xylazine-induced pulmonary edema in rats. Toxicol Appl Pharmacol. 108, 417-427 (1991).
- Charng, J., et al. Retinal electrophysiology is a viable preclinical biomarker for drug penetrance into the central nervous system. J Ophthalmol. , (2016).
