השרשה ורישום האלחוטי electroretinogram ופוטנציאל חזותי מעורר אצל חולדות Conscious
Summary
אנחנו מראים נהלי השתלת הקלטה כירורגית למדוד אותות חזותיים אלקטרו מן העין (electroretinogram) והמוח (ויזואלי עורר פוטנציאל) בחולדות מודעות, וזה יותר מקביל למצב האנושי שבו הקלטות מתנהלות ללא מקעקעת הרדמה.
Abstract
Electroretinogram שדה מלא (ERG) ופוטנציאל חזותי עורר (VEP) הם כלי שימושי כדי להעריך רשתית ויושרה מסלול ויזואלי הן במעבדה והן במסגרות קליניות. נכון לעכשיו, מדידות ERG ו VEP פרה-קליניות מבוצעות בהרדמה כדי להבטיח מיקומים אלקטרודה יציבים. עם זאת, עצם הנוכחות של הרדמה הוכחה לזהם תגובות פיסיולוגיות נורמליות. כדי להתגבר מקעקעת הרדמה אלו, אנו מפתחים פלטפורמה חדשנית assay ERG ו VEP בחולדות מודעות. אלקטרודות הושתלו תת-conjunctivally על העין כדי assay את ERG ו epidurally על קליפת הראייה למדוד את VEP. מגוון של משרעת ורגישות / פרמטרי תזמון assayed הוא ERG ו VEP להגדיל אנרגיות זוהרות. אותות ERG ו VEP מוצגים להיות יציב דיר לפחות השתלת 4 שבועות לאחר ניתוח. יכולת זו כדי להקליט אותות ERG ו VEP ללא הרדמה מקעקעת בשנות ה פרה-קלינייםetting אמור לספק תרגום מעולה נתונים קליניים.
Introduction
ERG ו VEP הם פולשנית בכלי vivo להעריך את תקינות מסלולים רשתית וחזותיים בהתאמה בשנייה במעבדת המרפאה. התנאים המלאים שדה ERG מניב צורת גל מאפיין אשר יכול להיות שבור למטה לתוך רכיבים שונים, כאשר כל יסוד המייצג כיתות תאים שונים של 1,2 מסלול הרשתית. צורת גל ERG השדה מלא הקלאסיקה מורכבת של שיפוע שלילי ראשוני (א-גל), אשר הוכח לייצג חשיפה לאור קולטי אור פעילות פוסט 2-4. א-גל ואחריו גל חיובי משמעותי (ב-גל) המשקף פעילות חשמלית של הרשתית במרכז, בעיקר תאי ON-דו קוטבית 5-7. יתר על כן, אפשר לשנות אנרגיה זוהרת היתר עם עוררות יתר מרווח לבודד חרוט מתגובות מוט 8.
המבזק VEP מייצג פוטנציאל חשמלי של גזע קליפת המוח החזותית בתגובה לגירוי אור ברשתית9,10. צורת גל זה יכול להיות שבור למטה לתוך רכיבים מוקדמים ומאוחרים, עם רכיב מוקדם המשקף את פעילות של נוירונים של מסלול retino-geniculo-striate 11-13 ומרכיב מאוחר המייצג עיבוד קליפת המוח מתבצע רבדים V1 שונים בחולדות 11,13. לכן מדידה בו זמנית של ERG ו VEP חוזרת הערכה מקיפה של המבנים המעורבים המסלול ויזואלי.
נכון לעכשיו, על מנת לרשום אלקטרופיזיולוגיה בחיות, הרדמה הוא מועסק כדי לאפשר מיקום יציב של אלקטרודות. נעשו ניסיונות למדוד ERG ו VEP בחולדות מודע 14-16 אך מחקרים אלה המועסקים התקנה קווית, אשר יכול להיות מסורבל שעלול להביא ללחץ חיה בהגבלת חופש התנועה של בעלי חיים התנהגות טבעית 17. עם התקדמות בטכנולוגיה אלחוטית כולל מזעור משופר וחיי סוללה, ניתן כיום ליישם גישה טלמטריה עבור ERGהקלטת ד VEP, ומקטינה את הלחץ הקשור קלטות קווים ושיפור כדאיים לטווח ארוך. לגמרי הפנימו השתלות יציבות של בדיקות טלמטריה הוכיחו להיות מוצלח לניטור כרוני של טמפרטורה, לחץ דם 18, פעילות 19 וכן electroencephalography 20. התפתחויות אלו בטכנולוגיה תסייענה גם עם דירות ויציבות של הקלטות מודעות, הגדלת השירות של הפלטפורמה ללימודים כרוניים.
Protocol
Representative Results
Discussion
בשל אופיו פולשנית של אלקטרופיזיולוגיה חזותית, קלטות ERG ו VEP בחולים אנושיים מתנהלות בתנאים מודעים רק דורשות שימוש בהרדמה מקומית עבור מיקום האלקטרודה. לעומת זאת, אלקטרופיזיולוגיה חזותי במודלים של בעלי חיים מתנהל כמקובל בהרדמה כללית כדי לאפשר מיקום האלקטרודה יציב על י?…
Disclosures
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 |
References
- 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).
