נוהל Craniotomy Lateral גדול עבור דימות אופטי Mesoscale רחב בתחום של פעילות המוח
Summary
פרוטוקול זה מציג שיטה ליצירת craniotomy חד צדדי גדול מעל האזורים הזמניים הקודקודית של קליפת מוח עכבר המוחין. תכונה זו שימושית במיוחד עבור הדמיה בזמן אמת על פני שטח רחב ידיים של חצי הכדור קליפת המוח.
Abstract
את craniotomy היא הליך ביצע פקודות כדי לחשוף את המוח לניסויים in vivo. במחקר העכבר, רוב המעבדות לנצל craniotomy קטן, בדרך כלל 3 מ"מ x 3 מ"מ. פרוטוקול זה מציג שיטה ליצירת חלון גולגולתי משמעותית גדול 7 מ"מ x 6 מ"מ החשיפה ביותר של מוח גדול מעל הקורטקס הזמני הקודקודית העכבר (למשל, גבחת 2.5 – 4.5 מ"מ, 0 לרוחב – מ"מ 6). כדי לבצע את הניתוח הזה, הראש חייב להיות מוטה כ 30 ° ועוד הרבה של השריר הזמני חייב להיות חזר בו. בשל הכמות הגדולה של הסרת עצם, הליך זה נועד רק עבור ניסויים חריפים עם החיה הרדימה לאורך הניתוח ולהתנסות.
היתרון העיקרי של חלון גולגולתי לרוחב הגדול חדשני זו הוא לספק גישה בו זמנית בשני התחומים המדיאלי לרוחב של קליפת המוח. חלון גולגולתי חד צדדי גדול זה יכול לשמש כדי ללמוד את הדינמיקה העצבית בין התאים,כמו גם בין אזורים בקליפת מוח השונים על ידי שילוב הקלטות אלקטרו רבה-אלקטרודה, הדמיה של פעילות עצבית (למשל, הדמיה מהותית או חיצונית), וכן גירוי optogenetic. בנוסף, פתיחת גולגולת גדולה זו גם חושפת שטח גדול של כלי דם בקליפת מוח, המאפשרת מניפולציה ישירה של כלי הדם לרוחב קליפת המוח.
Introduction
את craniotomy הוא הליך סטנדרטי המשמש ידי חוקרי מוח כדי לחשוף חלק של המוח. מאז שחר אלקטרופיזיולוגיה, את craniotomy אפשרה פריצות דרך חסרת תקדים בתחום מדעי המוח. מיפוי צפוף של קליפת המוח עם אלקטרודות הוביל השערות ניסויים ותאוריות המבוססות על מפות אלה. נכנסנו לאחרונה עידן חדש שבו craniotomy הוא מנוצל עבור in vivo הדמיה של זרימת דם קליפת מוח 1, 2, 3 ו עצבים וכלי דם ארכיטקטורה 4, המאפשר ויזואליזציה בזמן אמת של פעילות קליפת המוח בתוך האזורים החשופים 5, 6, 7. למרות שמחקרים רבים להשתמש craniotomies בשילוב עם טכניקות הדמיה אופטית in vivo ללמוד את המבנה והתפקוד של נוירונים בקליפת המוח, גליה, ואת קור8 כלי הדם tical, 9, חקירות נוספות מוגבלים על ידי אזורים קטנים של קליפת המוח חשוף (אך ראה 10).
מטרת פרוטוקול זה היא לספק שיטה ליצירת craniotomy לרוחב גדול, חושף לקורטקס קו האמצע עד עצם squamosal, והארכה מעבר גבחת ו למבדה. פתיחת גולגולת גדולה זה מאפשרת צפייה בו זמנית של הקורטקס האסוציאטיבי (retrosplenial, cingulate, הקודקודית), מנוע יסודי ותיכון, חושית, ויזואלי, ואת קליפת המוח השמיעתית. שיטה זו כבר מצמידה בעבר עם הדמיה לצבוע מתח רגיש (VSDI) לחקור כיצד מרובה אזורים בקליפת המוח לתקשר אחד עם השני במהלך פעילות קליפת מוח ספונטנית מושרה גירוי 5, 11, 12. ההיבטים המאתגרים ביותר של הליך זה כוללים הצבת הראששל החיה, מתקן את פלטת הראש, והימנעות דימום תוך הפרדה בין השרירים הזמניים מן העצם הקודקוד. טיפול צריך גם לקחת במהלך תהליכי הקידוח בגולגולת שיוסר עקומות הגולגולת בזויה אלכסוני.
Protocol
Representative Results
Discussion
פרוטוקול חדשני זה עבור חלון גולגולת גדול מאפשר הדמיה סימולטני על השטחים הזמניים הקודקודית של קליפת המוח. בשילוב עם הדמיה אופטית, זה יכול לעזור כדי לחשוף דינמיקה עצבית בתוך אזורים בקליפת מוח במהלך פעילות ספונטנית מושרה גירוי. פתיחת הגולגולת מרחיבה זו גם חושפת הרחבה ג…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
עבודה זו נתמכה על ידי למדעי הטבע וההנדסה מועצת המחקר של קנדה (NSERC) דיסקברי גרנט # 40,352, קמפוס אלברטה עבור חדשנות תוכנית יו"ר, אלברטה אלצהיימר מחקר תוכנית כדי MHM, ו NSERC ליצור BIF דוקטורט ואחווה לתואר AIHS לח"כ. אנו מודים פו מין וואנג לפיתוח פרוטוקול זה ועבור הכשרה כירורגית, ו Behroo מירזה אגא Di שאו לגידול.
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).
