Induction d'un Etat isoélectrique cerveau chargé d'enquêter sur l'impact de l'activité sur Endogène Synaptic Neuronal excitabilité<em> In Vivo</em
Summary
Cette procédure effectue de longue durée des enregistrements intracellulaires in vivo de neurones isolés au cours des états cérébraux physiologiquement pertinents et après l' abolition complète des activités électriques en cours, ce qui entraîne un état du cerveau isoélectrique. Les constantes physiologiques de l'animal sont soigneusement surveillés pendant la transition vers l'état comateux artificiel.
Abstract
Les informations de processus de neurones façon dépend à la fois sur leurs propriétés membranaires intrinsèques et sur la dynamique du réseau synaptique afférente. En particulier, l'activité du réseau endogène généré, qui varie fortement en fonction de l'état de vigilance, modulent considérablement neuronal calcul. Pour étudier comment les différentes dynamiques cérébrales spontanées impact sur les propriétés d' intégration des neurones simples de, nous avons développé une nouvelle stratégie expérimentale chez le rat consistant à supprimer in vivo toute l' activité cérébrale au moyen d'une injection systémique d'une forte dose de pentobarbital de sodium. activités corticales, surveillées en permanence par électrocorticogramme combinée (EcoG) et des enregistrements intracellulaires sont progressivement ralenties, conduisant à un profil isoélectrique stable. Cet état extrême du cerveau, en mettant le rat dans un état comateux profond, a été soigneusement contrôlée en mesurant les constantes physiologiques de l'animal tout au long des expériences. r intracellulairesecordings nous a permis de caractériser et de comparer les propriétés d'intégration du même neurone intégré dans la dynamique corticales physiologiquement pertinents, tels que ceux rencontrés dans le cycle veille-sommeil, et quand le cerveau était entièrement silencieux.
Introduction
En l'absence de stimuli environnementaux ou des tâches comportementales, le "repos" cerveau génère un flux continu de l'activité électrique qui peut être enregistré à partir du cuir chevelu, comme électroencéphalographiques (EEG) des ondes. Le corrélat intracellulaire de cette activité cérébrale endogène est caractérisée par des fluctuations de tension de la membrane de fond (également connu sous le nom de «bruit synaptique»), qui sont composés d'une combinaison de potentiels synaptiques excitateurs et inhibiteurs qui reflètent l'activité en cours des réseaux afférences 1,2. Cette activité spontanée varie en fréquence et en amplitude avec les différents états de vigilance. Elucider l'impact de l' activité du réseau sur l'excitabilité et la réactivité des neurones individuels est l' un des principaux défis des neurosciences 3,4.
De nombreuses études expérimentales et informatiques ont exploré l'impact fonctionnel de l'activité synaptique en cours sur la propertie intégratives des neurones. Cependant, le rôle des différents paramètres neuronaux touchés par le bruit de fond synaptique reste insaisissable. Par exemple, le niveau moyen de dépolarisation de la membrane a été trouvé de manière positive ou négative 5,6 09/07 corrélée avec la capacité des entrées sensorielles pour déclencher de potentiels d'action. De plus, alors que certaines études suggèrent que les fluctuations du potentiel de membrane, résultant d'un courant variant de façon continue des apports synaptiques afférences, affectent fortement la réactivité des neurones isolés en modulant le gain de leur relation d' entrée-sortie 3,10-13, d' autres indiquent que les changements dans la conductance membranaire entrée à médiation par l' inhibition shuntage sont suffisantes pour moduler le gain neuronale indépendamment de l'ampleur des fluctuations des membranes 14,15. Enfin, des études récentes effectuées sur des animaux éveillés ont souligné comment le traitement de l'information sensorielle unique neurone dépend essentiellement de l'état de vigilance d'une la demande 16,17 comportementale actuelle.
Une stratégie simple pour élucider le rôle fonctionnel d'un procédé donné dans un système hautement interconnectée est de déterminer son absence modifie spécifiquement le fonctionnement du système. Cette méthode a été largement utilisé dans la recherche en neurosciences, par exemple en utilisant des lésions expérimentales ou inactivation des différentes zones du cerveau 18-21, ou le blocage pharmacologique des canaux ioniques spécifiques 22,23. Notamment, il a été appliqué in vivo pour dévoiler la façon dont la connectivité réseau et la dynamique fonctionnelle affectent le calcul de la cellule unique 24-27. Cependant, à ce jour les manipulations locales destinées à bloquer la décharge des neurones et / ou de perturber leurs propriétés biophysiques de base peut être partiellement efficace et sont limitées à des volumes relativement faibles du cerveau 28.
Pour surmonter ces limitations, nous avons développé une nouvelle approche expérimentale in vivo dans dele rat pour comparer les propriétés électrophysiologiques des neurones individuels enregistrés dans un état du cerveau donnée, à savoir, intégrés dans un réseau particulier dynamique, à ceux obtenus après la suppression complète du cerveau toute l' activité synaptique 29. Dans les conditions témoins, deux dynamiques corticales distinctes pourraient être générés. électrocorticographiques (ECoG) Les habitudes de sommeil-like ont été induites par l'injection de doses modérées de pentobarbital de sodium. Alternativement, les vagues ECoG rapides de faible amplitude comparable à l'activité corticale sous-jacente de l'état de veille (le dessin d'éveil-like) pourraient être produites par injection de fentanyl. Par la suite, tout en conservant la même EcoG et l'enregistrement intracellulaire, une inactivation complète de l'activité électrique du cerveau endogène a été obtenu par injection systémique d'une dose élevée de pentobarbital sodique, caractérisé par EcoG isoélectrique et les activités intracellulaires. Parce que l'induction d'un tel coma extrême pourrait avoir CONSÉCUTIFS fatalebureaux sur les fonctions biologiques, une surveillance attentive et continue des variables physiologiques était essentielle. Par conséquent, nous avons suivi avec soin la fréquence cardiaque de battement, la concentration de CO 2 télé-expiratoire (EtCO 2), la saturation en O 2 (SpO 2) et la température du coeur du rat au cours des expériences.
Nous évaluons simples propriétés des neurones au cours de ces différents états à l' aide de microélectrodes pointus, qui sont particulièrement adaptés pour les enregistrements longs et stables in vivo. La procédure décrite ici, peut être combiné avec d'autres approches électrophysiologiques et d'imagerie et pourrait être étendu à d'autres modèles animaux.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nous décrivons ici une nouvelle méthode pour supprimer in vivo l' activité électrique cérébrale spontanée à la fois le réseau et les niveaux cellulaires. Cette procédure conduit à un état du cerveau extrême, connu sous le nom comateux isoélectrique 41. D'un point de vue clinique, une telle inactivité est l'anomalie électrique cérébral la plus sévère qui peut être vu sur l'EEG. Elle est principalement associée à un coma irréversible, avec tous les patients…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ce travail a été soutenu par des subventions de la Fondation de France, l'Institut National de la Santé Et de la Recherche Médicale, l'Université Pierre et Marie Curie et le programme «Investissements d'avenir 'ANR-10-IAIHU-06.
Materials
| Sodium Pentobarbital | Centravet | Pentobarbital | |
| Ketamine 500 | Merial | Imalgène 500 | |
| Fentanyl | Janssen-Cilag | Fentanyl | |
| Xylocaine | Centravet | Xylovet | |
| Gallamine triethiodide | Sigma | G8134 | |
| ECoG amplifier | A-M Systems | AC amplifier, Model 1700 | |
| Intracellular amplifier | Molecular Devices | Axoclamp 900A | |
| Data acquisition interface | Cambridge Electronic Design | CED power 1401-3 | |
| Data analysis software | Cambridge Electronic Design | Spike2 version 7 | |
| micromanipulator | Scientifica | IVM-3000 | |
| Capillary Puller | Narishige | PE-2 | |
| Borosilicate glass capillaries | Harvard Apparatus | GC150F-10 | |
| Silver wire 0.125mm (intracellular recording) | WPI | AGT0525 | |
| Ag-AgCl reference | Phymep | E242 | |
| Silver wire 0.25mm (ECoG recording) | WPI | AGT1025 | |
| Artificial respiration system | Minerve | Alpha Lab | |
| Physiological parameters monitoring | Digicare | LifeWindow Lite | |
| Heating Blanket | Harvard Apparatus | 507215 | |
| Stereomicroscope | Leica | M80 | |
| Scissors | FST | 15005-08 | |
| Forceps Dumont #5 | FST | 11295-10 | |
| Forceps Dumont #5SF | FST | 11252-00 | |
| IP Polyurethane catheter – 0.43×0.69mm | Instech | BTPU-027 | |
| Silicon elastomere | WPI | KWIK-CAST | |
| Dental drill | NSK | Y1001151 and P496 | |
| Surgical glue | 3M | vetbond |
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