Summary

Имплантация и запись Wireless электроретинограмму и вызванный потенциал зрительного нерва в сознании крысам

Published: June 29, 2016
doi:

Summary

Показано, хирургические процедуры имплантации и функцией записи для измерения визуальные электрофизиологические сигналы от глаза (электроретинограмму) и мозга (вызванный потенциал зрительного нерва) у бодрствующих крыс, что более аналогично человеческого состояния, где записи проводятся без анестезии путает.

Abstract

Полного поля электроретинограмма (ЭРГ) и вызванный потенциал зрительного нерва (ВЭП) являются полезными инструментами для оценки сетчатки и целостности зрительного пути в лабораторных и клинических условиях. В настоящее время доклинические измерения ЭРГ и ЗВП выполняются с обезболиванием для обеспечения стабильных электродов размещения. Тем не менее, само присутствие анестезии было показано, загрязнять нормальные физиологические реакции. Для преодоления этих анестезии путает, мы разрабатываем новую платформу для анализа ЭРГ и ЗВП в сознании крыс. Электроды имплантируется под-conjunctivally на глаз для анализа ЭРГ и эпидурально над зрительной корой для измерения ППЭ. Диапазон амплитуды и чувствительности / временные параметры анализируют на обоих ЭРГ и ЗВП при увеличении светящихся энергии. Сигналы ЭРГ и ЗВП показаны стабильными и повторяемостью в течение по крайней мере 4 недели после хирургической имплантации. Эта способность записывать ЭРГ и ЗВП сигналы без анестезии путает в доклинических сЭттинг должен обеспечить превосходное перевод клинических данных.

Introduction

ЭРГ и ЗВП минимально инвазивным в естественных условиях инструменты для оценки целостности сетчатки глаза и зрительных путей , соответственно , как в лаборатории и клинике. Полной поле ERG дает характерную форму волны , которая может быть разбита на различные компоненты, с каждым элементом , представляющих различные классы клеток сетчатки , затрагивающего пути 1,2. Классический полный ERG поле формы волны состоит из начального отрицательного наклона (а-волны), которое было показано , чтобы представить фоторецепторов активность после воздействия света 2-4. А-волна сопровождается существенной положительной волны (б-волны) , которая отражает электрическую активность средней сетчатки, преимущественно в ON-биполярные клетки 5-7. Кроме того, можно варьировать световой энергии и интер-стимул- интервал , чтобы изолировать конус из ответов стержень 8.

Вспышка ВЭП представляет электрические потенциалы зрительной коры головного мозга и ствола мозга в ответ на сетчатке световой стимуляции9,10. Этот сигнал может быть разбита на ранних и поздних компонентов, с раннего компонента , отражающего активность нейронов ретино-geniculo-стриарного пути 11-13 и позднего компонента , представляющего корковой обработки , выполняемой в различных V1 пластинками у крыс 11,13. Поэтому одновременное измерение ЭРГ и ЗВП возвращает всестороннюю оценку структур, участвующих в зрительном пути.

В настоящее время для того, чтобы записать электрофизиологии у животных, анестезия используется для того, чтобы стабильное размещение электродов. Там были попытки измерить ЭРГ и ЗВП в сознании крыс 14-16 , но эти исследования использовали проводная настройка, которая может быть обременительным и может привести к стрессу животных путем ограничения движения животных и естественное поведение 17. С учетом последних достижений в области беспроводных технологий, включая улучшение миниатюризации и срок службы батареи, теперь стало возможным реализовать телеметрическую подход к ERG А.Н.d ВЭП записи, уменьшая стресс, связанный с проводными записей и улучшения долгосрочной жизнеспособности. Полностью интернализированные стабильные имплантаций телеметрических зондов оказались успешными для хронического контроля температуры, артериального давления 18, активность 19, а также электроэнцефалографии 20. Такие достижения в области технологии также помогут воспроизводимости и стабильности сознательных записей, увеличивая полезность платформы для хронических исследований.

Protocol

Этика заявление: Эксперименты на животных были проведены в соответствии с австралийским Кодекса по уходу и использованию животных в научных целях (2013 г. ). утверждение животных этика была получена из Комитета по этике животных, Университет Мельбурна. Материалы в данном руководстве для ла…

Representative Results

Ответ фоторецепторов анализируется путем подгонки задержанную гауссовой к передней кромке начальной нисходящей лимбе реакции ЭРГ на 2 верхних светящихся энергий (1,20, 1,52 лог CSM -2) для каждого животного, основанный на модели Lamb и Pugh 22, сформулированный Гуда и…

Discussion

В связи с минимально инвазивной природы зрительного электрофизиологию, ERG и ЗВП записи у больных людей проводятся при преднамеренном условиях и только требуют использования местных анестетиков для размещения электродов. В противоположность этому, визуальная электрофизиологии на жи?…

Divulgazioni

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

Riferimenti

  1. Frishman, L. J. . Origins of the Electroretinogram. , (2006).
  2. 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).
  3. Brown, K. T. The eclectroretinogram: its components and their origins. Vision Res. 8, 633-677 (1968).
  4. Brown, K. T., Murakami, M. Biphasic Form of the Early Receptor Potential of the Monkey Retina. Nature. 204, 739-740 (1964).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. Weinstein, G. W., Odom, J. V., Cavender, S. Visually evoked potentials and electroretinography in neurologic evaluation. Neurol Clin. 9, 225-242 (1991).
  10. Sand, T., Kvaloy, M. B., Wader, T., Hovdal, H. Evoked potential tests in clinical diagnosis. Tidsskr Nor Laegeforen. 133, 960-965 (2013).
  11. 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).
  12. 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).
  13. 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).
  14. 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).
  15. Szabo-Salfay, O., et al. The electroretinogram and visual evoked potential of freely moving rats. Brain Res Bull. 56, 7-14 (2001).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. 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).
  21. 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).
  22. 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).
  23. 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).
  24. Charng, J., et al. Conscious wireless electroretinogram and visual evoked potentials in rats. PLoS Onez. 8, e74172 (2013).
  25. 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).
  26. 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).
  27. Nair, G., et al. Effects of common anesthetics on eye movement and electroretinogram. Doc Ophthalmol. 122, 163-176 (2011).
  28. 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).
  29. Charng, J., et al. Retinal electrophysiology is a viable preclinical biomarker for drug penetrance into the central nervous system. J Ophthalmol. , (2016).

Play Video

Citazione di questo articolo
Charng, J., He, Z., Bui, B., Vingrys, A., Ivarsson, M., Fish, R., Gurrell, R., Nguyen, C. Implantation and Recording of Wireless Electroretinogram and Visual Evoked Potential in Conscious Rats. J. Vis. Exp. (112), e54160, doi:10.3791/54160 (2016).

View Video