覚醒ラットに移植し、無線電図の記録と視覚誘発電位
Summary
私たちは、記録が麻酔の交絡せずに行われている人間の状態により類似している眼（網膜電位）と覚醒ラットにおける脳（視覚誘発電位）、からの視覚的な電気生理学的信号を測定するための外科的移植や録音手順を示しています。
Abstract
フルフィールド電図（ERG）と視覚誘発電位（VEP）は、実験室や臨床現場の両方で網膜および視覚経路の完全性を評価するための便利なツールです。現在、前臨床ERGおよびVEP測定値が安定した電極の配置を確実にするために、麻酔を用いて行われます。しかし、麻酔が非常に存在することは、正常な生理学的反応を汚染することが示されています。これらの麻酔の交絡を克服するために、我々は、意識のあるラットにERGおよびVEPをアッセイするための新しいプラットフォームを開発しています。電極は、外科的にERGをアッセイし、硬膜外視覚皮質の上VEPを測定するために、目にサブ結膜に注入されます。振幅および感度/タイミングパラメータの範囲は、発光エネルギーを増加させることERGおよびVEPの両方についてアッセイします。 ERGおよびVEP信号が少なくとも4週間後の外科的移植のための安定した再現性であることが示されています。麻酔なしERGおよびVEP信号を記録するこの能力は、前臨床の中で困惑しますettingは、臨床データに優れた翻訳を提供する必要があります。
Introduction
ERGおよびVEPは、研究室や診療所の両方にそれぞれ網膜および視覚経路の完全性を評価するためにインビボツールで低侵襲性です。全視野ERGは、網膜経路1,2の異なるセルクラスを表す各要素に、異なるコンポーネントに分解することができる特徴的な波形が得られます。古典的な全視野ERG波形は、感光体の活動のポスト露光2-4を表現することが示されている初期の負の傾き（波）、から構成されています。 A波は、中間網膜、主にONバイポーラ電池5-7の電気的活動を反映して、実質的な正の波形（B波）が続きます。さらに、一ロッド応答8から円錐を単離する光量と刺激間間隔を変化させることができます。
フラッシュVEPは、網膜光刺激に応答して視覚皮質および脳幹の電位を表し、9,10。この波形は、レチノ- geniculo-線条経 路11-13およびラット11,13の様々なV1ラミナで行わ皮質処理を表す後半部品のニューロンの活性を反映し、早期の成分と、初期および後期のコンポーネントに分解することができます。したがって、ERGおよびVEPの同時測定は、視覚経路に関与する構造を総合的に評価を返します。
現在、動物における電気生理学を記録するために、麻酔は、電極の安定した配置を可能にするために使用されます。そこに意識のあるラット14-16でERGおよびVEPを測定しようとする試みであったが、これらの研究は、面倒なことができ、動物の動きと自然な行動17を制限することにより、動物のストレスにつながる可能性があり、有線の設定を、使用してきました。改善された小型化とバッテリー寿命を含む無線技術の最近の進歩により、ERG ANのための遠隔測定方法を実現することが可能ですDのVEP記録、有線記録に関連したストレスを減少させ、長期の生存率を向上させることができます。テレメトリプローブの完全に内在安定した注入は、慢性体温、血圧18、アクティビティ19の監視だけでなく、脳波20のための成功することが証明されています。技術のこのような進歩はまた、慢性研究のためのプラットフォームの有用性を増加させる、意識的な記録の再現性と安定性を支援します。
Protocol
倫理の文：動物実験は科学的な目的のための動物の管理と使用（2013）オーストラリア規範に従って行いました。動物の倫理承認は、動物倫理委員会、メルボルン大学から入手しました。材料は、本明細書においてのみ実験室での実験のためであり、医学的または獣医学的使用のために意図されません。 1.準備電極注：3チャンネル送信器は、同時に実施する2 ERGおよび1 …
Representative Results
感光体の応答は、ラムとピューのモデルに基づいて、それぞれの動物のためのトップ2の発光エネルギー（1.20、1.52ログCSM -2）でERG応答の最初の下降脚の先端に遅れガウシアンをフィッティングすることによって分析されます22は 、フードとバーチ23によって定式化。この式は、振幅と感度パラメータを返し、（それぞれ図1Cおよび<…
Discussion
視覚電気生理学の低侵襲性の性質のために、ヒト患者におけるERGおよびVEPの記録は意識的な条件下で行われており、唯一の電極配置のための局所麻酔薬の使用を必要としています。対照的に、動物モデルにおいて視覚電気生理学は、従来自主目と身体の動きを排除することによって、安定した電極配置を可能にするために、全身麻酔下で行われます。私たちの以前の出版物24と他の人…
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
- 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).
Tags
Wireless ElectroretinogramVisual Evoked PotentialConscious RatsNeuroscienzeElectrophysiologyRetinaVisual CortexElectrode ImplantationSurgical ProcedureTelemetry ProbesERG Active ElectrodeVEP Active ElectrodeInactive ElectrodesGround ElectrodePeritoneal CavitySubcutaneous TunnelingStereotaxic Platform
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).