私たちは、電極製造のためのシンプルで費用対効果の高いアプローチを開発し、自由に動くマウスで複数の領域にわたる信号の記録を行いました。光遺伝学と多領域電気生理学およびカルシウムシグナル記録を利用することで、発作キンドリングモデルにおける領域間のニューロン活動の解明が可能になりました。
てんかんは、複数の脳領域が関与する同期した異常放電を特徴とする神経疾患です。限局性病変は、関連する神経回路を介したてんかん信号の伝播を促進します。したがって、重要な脳領域からの局所電界電位(LFP)の in vivo 記録は、発作の伝播に関与する回路を解読するために不可欠です。しかし、現在の電極の作製・注入方法は柔軟性に欠けています。ここでは、複数の領域にわたる電気生理学的記録(LFPおよび脳波計[EEG])用に設計された便利なデバイスを紹介します。さらに、光遺伝学的操作とカルシウムシグナル伝達記録をLFP記録とシームレスに統合しました。てんかん発作中にいくつかの別々の領域で強力な後退が観察され、カルシウムシグナル伝達の増加が伴いました。この研究で使用されたアプローチは、脳の多様な領域間で同期神経記録を行うための便利で柔軟な戦略を提供します。これは、神経障害に関与する複数の領域の神経プロファイルへの洞察を提供することにより、神経障害の研究を前進させる可能性を秘めています。
てんかんは、痙攣、感覚障害、意識喪失などの症状を呈する再発性発作を特徴とする一般的な神経疾患です1。てんかんの根底にある病態生理学的メカニズムは複雑で、相互接続された複数の脳領域が関与しています2,3。近年のニューロイメージングの進歩により、てんかんに関与する大規模なネットワークが明らかになりました4,5。しかし、てんかんの発生と伝播の根底にある複雑な回路とネットワークメカニズムの理解は、多領域神経記録技術の適用が不十分であることもあって、依然として限られています6。したがって、異なる脳領域にわたる神経活動を同時に監視できる柔軟で統合された方法を開発することが不可欠です。
電気生理学的記録は、発作を捕捉し、てんかんの存在を決定するために行われる7。電気生理学的活動の記録を除いて、てんかん研究8,9では、特定の神経集団の正確なカルシウム活性にますます重点が置かれています。カルシウムインジケーター合成の進歩とさまざまなプローブ設計により、研究者は脳内のニューロン活動と神経物質の変化を捉えるためにファイバー測光を採用するようになりました10,11。ニューロンの活動を検出する2つの独立した方法、すなわち電気生理学とファイバー測光記録は互いに補完し合い、動的なニューロンプロセスのより包括的な理解を促進します。
さらに、神経活動の同期記録と調節は、ネットワークレベルと細胞レベルの両方で脳の機能に関する洞察を得るための極めて重要です。このアプローチにより、研究者は脳の複雑なプロセスをリアルタイムで観察し、操作することができます。オプトジェネティクスは、選択的刺激または阻害のためのその独特の能力により、神経シグナル伝達を調査するための不可欠なツールとして浮上しています12。神経科学13におけるマルチサイト電気生理学的記録の広範な応用にもかかわらず、ファイバー測光および光遺伝学的操作とマルチリージョン電気生理学的記録の統合は依然として限られています。さらに重要なことに、マルチリージョン電極を製造および注入するための現在の方法は柔軟性に欠けています14。これらの制限は、特定の回路機能と複数の領域にわたる相互作用を分析する能力を妨げます。ここでは、キンドリング誘発性発作やその他の神経精神障害における領域間のニューロンプロセスに光を当てる、費用対効果が高く便利なマルチリージョン in vivo 記録アプローチを紹介します。
ここでは、複数の領域にわたる in vivo 神経信号の記録のために、自作のオプトロードデバイスを採用しました。このシステムの同時光遺伝学的刺激、カルシウムシグナル記録、および電気生理学的記録の実現可能性が検証されています。本明細書に記載の電極調製方法は、効率的かつ費用対効果が高い。実験計画によれば、関連する脳領域からの信号を記録す…
The authors have nothing to disclose.
本研究は、中国国家自然科学基金会(31871085)、上海自然科学基金会(21ZR1407300)、上海市科学技術大プロジェクト(2018SHZDZX01)、ZJ研究室、上海脳科学・脳技術研究センターの支援を受けて行われました。
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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