Summary

Une méthode intégrée pour la fabrication d’optrodes électrophysiologiques flexibles et pratiques pour l’enregistrement in vivo multi-régions

Published: November 21, 2024
doi:

Summary

Nous avons développé une approche simplifiée et rentable pour la fabrication d’électrodes et avons effectué des enregistrements de signaux dans plusieurs régions chez des souris se déplaçant librement. L’utilisation de l’optogénétique, associée à l’électrophysiologie multirégion et à l’enregistrement du signal calcique, a permis de révéler les activités neuronales dans toutes les régions du modèle d’allumage des crises.

Abstract

L’épilepsie est un trouble neurologique caractérisé par des décharges anormales synchronisées impliquant plusieurs régions du cerveau. Les lésions focales facilitent la propagation des signaux épileptiques à travers les circuits neuronaux associés. Par conséquent, l’enregistrement in vivo du potentiel de champ local (LFP) à partir des régions critiques du cerveau est essentiel pour déchiffrer les circuits impliqués dans la propagation des crises. Cependant, les méthodes actuelles de fabrication et d’implantation d’électrodes manquent de flexibilité. Ici, nous présentons un appareil pratique conçu pour les enregistrements électrophysiologiques (LFP et électroencéphalographie [EEG]) dans plusieurs régions. De plus, nous avons intégré de manière transparente la manipulation optogénétique et l’enregistrement de la signalisation calcique à l’enregistrement LFP. Des sécharges postérieures robustes ont été observées dans plusieurs régions distinctes pendant les crises d’épilepsie, accompagnées d’une augmentation de la signalisation calcique. L’approche utilisée dans cette étude offre une stratégie pratique et flexible pour les enregistrements neuronaux synchrones dans diverses régions du cerveau. Il a le potentiel de faire progresser la recherche sur les troubles neurologiques en fournissant des informations sur les profils neuronaux de plusieurs régions impliquées dans ces troubles.

Introduction

L’épilepsie est une affection neurologique courante caractérisée par des convulsions récurrentes, qui se manifestent par des convulsions, des troubles sensoriels et une perte de conscience1. Les mécanismes physiopathologiques sous-jacents à l’épilepsie sont complexes et impliquent de multiples régions cérébrales interconnectées 2,3. Les progrès récents de la neuroimagerie ont mis en lumière les réseaux à grande échelle impliqués dans l’épilepsie 4,5. Cependant, la compréhension des circuits complexes et des mécanismes de réseau sous-jacents à la génération et à la propagation de l’épilepsie reste limitée, en partie à cause de l’application insuffisante des techniques d’enregistrement neuronal multi-régions6. Par conséquent, il est impératif de développer une méthode flexible et intégrée capable de surveiller simultanément l’activité neuronale dans des régions cérébrales disparates.

Des enregistrements électrophysiologiques sont effectués pour capturer les crises et déterminer la présence d’épilepsie7. À l’exception de l’enregistrement de l’activité électrophysiologique, l’accent est de plus en plus mis sur l’activité calcique précise de populations neuronales spécifiques dans les études sur l’épilepsie 8,9. Les progrès de la synthèse d’indicateurs calciques et de diverses conceptions de sondes ont incité les chercheurs à adopter la photométrie à fibres pour capturer les changements dans l’activité neuronale et les substances neuronales dans le cerveau10,11. Les deux méthodes indépendantes de détection de l’activité neuronale, à savoir l’électrophysiologie et l’enregistrement par photométrie de fibres, se complètent, facilitant une compréhension plus complète des processus neuronaux dynamiques.

De plus, l’enregistrement synchrone et la modulation de l’activité neuronale sont essentiels pour mieux comprendre le fonctionnement du cerveau aux niveaux réseau et cellulaire. Cette approche permet aux chercheurs d’observer et de manipuler les processus complexes du cerveau en temps réel. L’optogénétique est apparue comme un outil indispensable pour sonder la signalisation neuronale, en raison de sa capacité distinctive de stimulation sélective ou d’inhibition12. Malgré les applications répandues de l’enregistrement électrophysiologique multisite en neurosciences13, l’intégration de l’enregistrement électrophysiologique multi-régions avec la photométrie sur fibre et la manipulation optogénétique reste limitée. Plus important encore, les méthodes actuelles de fabrication et d’implantation d’électrodes multirégions manquent de flexibilité14. Ces limitations entravent notre capacité à disséquer des fonctions de circuits spécifiques et des interactions dans plusieurs régions. Ici, nous présentons une approche d’enregistrement in vivo multi-régions rentable et pratique qui met en lumière les processus neuronaux dans toutes les régions des crises induites par l’allumage et d’autres troubles neuropsychiatriques.

Protocol

Ce protocole a reçu l’approbation du Comité de soin et d’utilisation des animaux de l’Université Fudan et a été mis en œuvre conformément aux directives et règlements conçus par le Guide des National Institutes of Health pour le soin et l’utilisation des animaux de laboratoire. Toutes les mesures possibles ont été mises en œuvre pour minimiser le nombre d’animaux utilisés dans cette étude. Le temps nécessaire à l’exécution de chaque étape est inclus dans les…

Representative Results

Nous avons combiné l’optogénétique avec l’enregistrement électrophysiologique multirégional et l’imagerie calcique pour observer l’activité neuronale dans diverses régions du cerveau pendant les crises optogénétiques. Dans ce but, un virus adéno-associé (AAV) exprimant ChrimsonR sous le contrôle du promoteur CaMKIIα (AAV-CaMKIIα-ChrimsonR-mcherry)16 a été injecté dans un site épileptogène classique, le cortex piriforme (ROI 1)<sup class=…

Discussion

Ici, nous avons utilisé un appareil optrode fabriqué par nos soins pour l’enregistrement de signaux neuronaux in vivo dans plusieurs régions. La faisabilité de ce système pour la stimulation optogénétique, l’enregistrement du signal calcique et l’enregistrement électrophysiologique simultanés a été validée. La méthode de préparation des électrodes décrite dans le présent document est efficace et rentable. Selon la conception expérimentale, nous avons pu e…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Cette recherche a été soutenue par la Fondation nationale des sciences naturelles de Chine (31871085), la Fondation des sciences naturelles de Shanghai (21ZR1407300), le projet majeur de science et de technologie municipales de Shanghai (2018SHZDZX01), le ZJ Lab et le Centre de Shanghai pour la science du cerveau et la technologie inspirée du cerveau.

Materials

8-32 adapter Plexon Custom ordered Connect the female connector and headstage
AAV-CaMKIIα-ChrimsonR-mcherry Taitool Bioscience S0371-9 4 x 1012 VG/mL 
AAV-hsyn-Gcamp6m Taitool Bioscience S0471-9 4 x 1012 VG/mL 
DAPI Sigma 236276 Titered 1:500
Dental Cement New Century Dental 430205
Electrophysiological recordings system Plexon Omniplex
Enameled wire N/A Custom ordered Diameter = 0.2 mm
Female connector N/A Custom ordered 1.25 mm pitch
Glue Loctite 45282
Laser Changchun New Industries BH81563 635 nm 
MATLAB MathWorks R2021b
Microdrill RWD 78001
Multichannel fiber photometry ThinkerTech FPS-SS-MC-LED
Optical fiber Xi'an Bogao L-200UM Select the appropriate fiber length based on the depth of the targeted brain regions.
PFA-Coated Tungsten wire A-M System 795500 Bare 0.002"; Coated 0.0040"
Power meter Thorlabs PM100D
Stereotaxic Fxrame RWD 68807
Tissue adhesive 3M 1469SB

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Citer Cet Article
Tao, Y., Zhao, Y., Zhong, W., Wu, R. An Integrated Method for Crafting Flexible and Convenient Electrophysiological Optrodes for Multi-Region In Vivo Recording. J. Vis. Exp. (213), e67071, doi:10.3791/67071 (2024).

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