Een grote laterale kraniotomie procedure voor mesoscale breedbeeld optische beeldvorming van hersenactiviteit
Summary
Dit protocol geeft een methode waarbij een grote unilaterale craniotomie via temporale en pariëtale gebieden van het muizen cerebrale cortex. Dit is vooral handig voor real-time beeldvorming over een uitgestrekt gebied van een corticale halfrond.
Abstract
De craniotomie is een vaak uitgevoerde procedure naar de hersenen bloot te leggen voor in vivo-experimenten. In muis onderzoek, de meeste laboratoria gebruik van een kleine craniotomie, typisch 3 mm x 3 mm. Dit protocol introduceert een werkwijze voor het creëren van een aanzienlijk grotere 7 mm x 6 mm craniale venster blootstellen meeste een hersenhelft via muis temporale en pariëtale cortex (bv bregma 2,5-4,5 mm, lateraal 0-6 mm). Om deze operatie uit te voeren, moet de kop worden gekanteld ongeveer 30 ° en een groot deel van de temporale spier moet worden teruggetrokken. Door de grote hoeveelheid bot verwijderd, wordt deze procedure alleen bedoeld voor acute experimenten met de dieren onder narcose in de hele operatie en experiment.
Het belangrijkste voordeel van deze innovatieve grote laterale craniale raam is om gelijktijdige toegang tot zowel de mediale en laterale gebieden van de cortex te verschaffen. Deze grote eenzijdige craniale venster kan worden gebruikt om de neurale dynamiek tussen cellen te bestuderen,alsmede verschillende corticale gebieden door het combineren van meerdere elektroden elektrofysiologische opnames, beeldvorming van neuronale activiteit (bijvoorbeeld intrinsiek of extrinsiek beeldvorming) en optogenetic stimulatie. Bovendien is deze grote craniotomie onthult ook een groot gebied van corticale bloedvaten, waardoor directe manipulatie van de laterale corticale vaatstelsel.
Introduction
De craniotomie is een standaardprocedure die door neurologen om een gedeelte van de hersenen te onthullen. Sinds het begin van de elektrofysiologie, heeft de craniotomie ongekende doorbraken op het gebied van de neurowetenschappen toegestaan. Dichte kaart brengen van de cerebrale cortex van elektroden leidde tot experimenten testen hypothesen en theorieën op basis van deze kaarten. We hebben onlangs een nieuw tijdperk waarin de craniotomie wordt gebruikt voor in vivo beeldvorming van corticale bloedstroming 1, 2, 3 pt 4 neurovasculaire architectuur, waardoor real time visualisatie van de corticale activiteit in de belichte gebieden 5, 6, 7. Hoewel veel studies gebruikt craniotomies gecombineerd met in vivo optische beeldvormende technieken om de structuur en functie van corticale neuronen, glia en cor studiesche vaatstelsel 8, 9, verder onderzoek beperkt tot kleine gebieden van de blootgestelde cortex (maar zie 10).
Het doel van dit protocol is een werkwijze voor het maken van een grote laterale craniotomie, waardoor de cerebrale cortex van de middellijn naar het OS SQUAMOSUM en zich uitstrekt voorbij bregma en lambda. Deze grote craniotomy maakt gelijktijdig bekijken van de vereniging cortex (retrospleniale, cingulate en pariëtale), primaire en secundaire motor, somatosensorische, visuele en de auditieve cortex. Deze werkwijze is eerder gekoppeld spanningsgevoelige kleurstof imaging (VSDI) te onderzoeken hoe meerdere corticale gebieden met elkaar tijdens spontane en stimulus-geïnduceerde corticale activiteit 5, 11, 12. De meest uitdagende aspecten van deze procedure omvatten het positioneren van de kopvan het dier, de vaststelling van de kopplaat en het vermijden bloeding onder afscheiding van de temporale spier van de pariëtale botten. Ook moet worden genomen tijdens het boren en schedel verwijderingsprocessen de schedel bochten onder een schuine hoek.
Protocol
Representative Results
Discussion
Deze innovatieve protocol voor een groot craniale raam maakt gelijktijdige beeldvorming via temporale en pariëtale gebieden van de cerebrale cortex. Gecombineerd met optische beeldvorming, kan het helpen om de neurale dynamiek binnen corticale gebieden onthullen tijdens spontane en stimulus-geïnduceerde activiteit. Deze uitgebreide craniotomie onthult ook een grote uitbreiding van de corticale vaatstelsel netwerk, inclusief het proximale uiteinde van de middelste hersenslagader (MCA), waardoor in vivo beeldvo…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Dit werk werd ondersteund door een Natural Sciences and Engineering Research Council van Canada (NSERC) Discovery Grant # 40352, Campus Alberta for Innovation Program Chair, Alberta Alzheimer Research Program aan MHM en NSERC CREATE in BIF doctorale beurs en AIHS postdoctoraal fellowship aan MK. Wij danken Pu Min Wang voor de ontwikkeling van dit protocol en voor chirurgische opleiding en Behroo Mirza Agha en Di Shao voor veeteelt.
Materials
| Heating Pad | FHC | 40-90-2 | |
| Fine Scissors | Fine Science Tools | 14058-09 | |
| Forceps | Fine Science Tools | 11251-35 | 2 or more pairs are recommended |
| Spring scissors | Fine Science Tools | 15000-00, 15000-10 | 1 pair should be designated for dura removal |
| Jet tooth shade powder | LANG Dental | Jet Tooth Shade Powder | to be mixed with the Jet Liquid |
| Jet tooth shade liquid | LANG Dental | Jet Tooth Shade Liquid | to be mixed wihth the Jet Powder |
| Drill Heads – Carbide Burs FG 1/4 389 | Midwest Dental | 385201 | |
| Agarose Powder | Sigma-Aldrich | A9793 | |
| Gelfoam | Sinclair Dental Canada | Pfizer Gelfoam | |
| Isoflurane | Western Drug Distribution Centre Ltd | 124125 | |
| Lidocaine 2% Epinephrine | Western Drug Distribution Centre Ltd | 125299 | |
| Dexamethazone 5 mg/mL | Western Drug Distribution Centre Ltd | 125231 | |
| Butyl cyanoacrylate glue (VetBond) | Western Drug Distribution Centre Ltd | 12612 |
Referências
- Sigler, A., Mohajerani, M. H., Murphy, T. H. Imaging rapid redistribution of sensory-evoked depolarization through existing cortical pathways after targeted stroke in mice. Proc Natl Acad Sci U S A. 106 (28), 11759-11764 (2009).
- Shih, A. Y., et al. Two-photon microscopy as a tool to study blood flow and neurovascular coupling in the rodent brain. J Cereb Blood Flow Metab. 32 (7), 1277-1309 (2012).
- Grinvald, A., Hildesheim, R. VSDI: a new era in functional imaging of cortical dynamics. Nat Rev Neurosci. 5 (11), 874-885 (2004).
- Blinder, P., Shih, A. Y., Rafie, C., Kleinfeld, D. Topological basis for the robust distribution of blood to rodent neocortex. Proc Natl Acad Sci U S A. 107 (28), 12670-12675 (2010).
- Mohajerani, M. H., et al. Spontaneous cortical activity alternates between motifs defined by regional axonal projections. Nat Neurosci. 16 (10), 1426-1435 (2013).
- Mohajerani, M. H., McVea, D. A., Fingas, M., Murphy, T. H. Mirrored bilateral slow-wave cortical activity within local circuits revealed by fast bihemispheric voltage-sensitive dye imaging in anesthetized and awake mice. J Neurosci. 30 (10), 3745-3751 (2010).
- Lippert, M. T., Takagaki, K., Xu, W., Huang, X., Wu, J. Y. Methods for voltage-sensitive dye imaging of rat cortical activity with high signal-to-noise ratio. J Neurophysiol. 98 (1), 502-512 (2007).
- Misgeld, T., Kerschensteiner, M. In vivo imaging of the diseased nervous system. Nat Rev Neurosci. 7 (6), 449-463 (2006).
- Kerr, J. N., Denk, W. Imaging in vivo: watching the brain in action. Nat Rev Neurosci. 9 (3), 195-205 (2008).
- Aronoff, R., et al. Long-range connectivity of mouse primary somatosensory barrel cortex. Eur J Neurosci. 31 (12), 2221-2233 (2010).
- McVea, D. A., Mohajerani, M. H., Murphy, T. H. Voltage-sensitive dye imaging reveals dynamic spatiotemporal properties of cortical activity after spontaneous muscle twitches in the newborn rat. J Neurosci. 32 (32), 10982-10994 (2012).
- Sweetnam, D., et al. Diabetes impairs cortical plasticity and functional recovery following ischemic stroke. J Neurosci. 32 (15), 5132-5143 (2012).
- Yin, Y. Q., et al. In vivo field recordings effectively monitor the mouse cortex and hippocampus under isoflurane anesthesia. Neural Regeneration Research. 11 (12), 1951-1955 (2016).
- Sharp, P. S., et al. Comparison of stimulus-evoked cerebral hemodynamics in the awake mouse and under a novel anesthetic regime. Scientific Reports. 5, 12621 (2015).
- Kyweriga, M., Mohajerani, M. H., Kianianmomeni, A. Optogenetics: Methods and Protocols. Methods in Molecular Biology. 1408, 251-265 (2016).
- Grutzendler, J., Gan, W. B. . Imaging in neuroscience and development : a laboratory manual. , (2005).
- Vanni, M. P., Murphy, T. H. Mesoscale transcranial spontaneous activity mapping in GCaMP3 transgenic mice reveals extensive reciprocal connections between areas of somatomotor cortex. J Neurosci. 34 (48), 15931-15946 (2014).
- Xie, Y., et al. Resolution of High-Frequency Mesoscale Intracortical Maps Using the Genetically Encoded Glutamate Sensor iGluSnFR. J Neurosci. 36 (4), 1261-1272 (2016).
- Chan, A. W., Mohajerani, M. H., LeDue, J. M., Wang, Y. T., Murphy, T. H. Mesoscale infraslow spontaneous membrane potential fluctuations recapitulate high-frequency activity cortical motifs. Nat Commun. 6, 7738 (2015).
- Lim, D. H., et al. In vivo Large-Scale Cortical Mapping Using Channelrhodopsin-2 Stimulation in Transgenic Mice Reveals Asymmetric and Reciprocal Relationships between Cortical Areas. Front Neural Circuits. 6, (2012).
- Ferezou, I., et al. Spatiotemporal dynamics of cortical sensorimotor integration in behaving mice. Neuron. 56 (5), 907-923 (2007).
- Mohajerani, M. H., Aminoltejari, K., Murphy, T. H. Targeted mini-strokes produce changes in interhemispheric sensory signal processing that are indicative of disinhibition within minutes. Proc Natl Acad Sci U S A. 108 (22), E183-E191 (2011).
- Madisen, L., et al. Transgenic mice for intersectional targeting of neural sensors and effectors with high specificity and performance. Neuron. 85 (5), 942-958 (2015).
