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Neurociência

एक समविद्युतविभव मस्तिष्क राज्य की प्रेरण neuronal excitability पर अंतर्जात synaptic गतिविधि के प्रभाव की जांच करने के लिए<em> Vivo</em

Published: March 31, 2016
doi:
10.3791/53576
, , , ,
1Inserm U1127, 2CNRS UMR 7225, 3UPMC Univ Paris 06, UMR S 1127,Sorbonne Universités, 4Institut du Cerveau et de la Moelle épinière (ICM)

Summary

यह प्रक्रिया एक समविद्युतविभव मस्तिष्क राज्य में जिसके परिणामस्वरूप, physiologically प्रासंगिक मस्तिष्क राज्यों के दौरान चल रही है और बिजली की गतिविधियों के पूर्ण उन्मूलन के बाद एकल न्यूरॉन्स से लंबे समय से स्थायी विवो intracellular रिकॉर्डिंग प्रदर्शन करती है। पशु की शारीरिक स्थिरांक ध्यान से कृत्रिम कोमा की हालत के लिए संक्रमण के दौरान निगरानी कर रहे हैं।

Abstract

जिस तरह से न्यूरॉन्स प्रक्रिया की जानकारी अपने आंतरिक झिल्ली संपत्तियों पर और अभिवाही synaptic नेटवर्क की गतिशीलता पर दोनों निर्भर करता है। विशेष रूप से, endogenously जनित नेटवर्क गतिविधि है, जो दृढ़ता से सतर्कता के राज्य के एक समारोह के रूप में बदलता है, काफी न्यूरोनल गणना modulates। जांच करने के लिए कैसे अलग सहज मस्तिष्क की गतिशीलता एकल न्यूरॉन्स 'एकीकृत गुण को प्रभावित है, हम सोडियम pentobarbital के एक उच्च खुराक की एक प्रणालीगत इंजेक्शन के माध्यम से सभी मस्तिष्क गतिविधि विवो में दबाने में मिलकर चूहे में एक नया प्रयोगात्मक रणनीति विकसित की है। Cortical गतिविधियों, लगातार संयुक्त electrocorticogram (ECoG) और intracellular रिकॉर्डिंग द्वारा निगरानी की उत्तरोत्तर धीमा कर रहे हैं, एक स्थिर समविद्युतविभव प्रोफ़ाइल के लिए अग्रणी। यह चरम मस्तिष्क राज्य, एक गहरी कोमा में चूहे डाल, ध्यान प्रयोगों के दौरान पशु की शारीरिक स्थिरांक को मापने के द्वारा नजर रखी थी। intracellular recordings हमें विशेषताएँ और एक ही न्यूरॉन ऐसी नींद जगा चक्र में आई उन लोगों के रूप में physiologically प्रासंगिक cortical गतिशीलता, में एम्बेडेड के एकीकृत गुणों की तुलना करने की अनुमति दी है, और जब मस्तिष्क पूरी तरह से चुप था।

Introduction

किसी भी पर्यावरण उत्तेजनाओं या व्यवहार कार्यों के अभाव में, "आराम" मस्तिष्क बिजली की गतिविधि खोपड़ी से दर्ज किया जा सकता है की एक सतत स्ट्रीम, electroencephalographic (ईईजी) तरंगों के रूप में उत्पन्न करता है। इस अंतर्जात मस्तिष्क गतिविधि के intracellular सहसंबंधी पृष्ठभूमि झिल्ली वोल्टेज के उतार चढ़ाव (भी "synaptic शोर" के रूप में जाना जाता है), जो उत्तेजक और निरोधात्मक synaptic क्षमता है कि अभिवाही नेटवर्क 1,2 की चल रही गतिविधि प्रतिबिंबित का एक संयोजन से बना रहे हैं की विशेषता है। यह सहज गतिविधि आवृत्ति और सतर्कता के विभिन्न राज्यों के साथ आयाम में बदलता है। Excitability और एकल न्यूरॉन्स की जवाबदेही पर नेटवर्क गतिविधि के प्रभाव elucidating न्यूरो 3,4 की प्रमुख चुनौतियों में से एक है।

कई प्रयोगात्मक और कम्प्यूटेशनल अध्ययनों एकीकृत प्रॉपर्टीज पर चल रहे synaptic गतिविधि के कार्यात्मक प्रभाव का पता लगाया हैन्यूरॉन्स के एस। हालांकि, पृष्ठभूमि synaptic शोर से प्रभावित विभिन्न न्यूरोनल मापदंडों की भूमिका मायावी बनी हुई है। उदाहरण के लिए, झिल्ली विध्रुवण का मतलब स्तर पर सकारात्मक या नकारात्मक 5,6 7-9 संवेदी आदानों की क्षमता कार्रवाई क्षमता को गति प्रदान करने के साथ सहसंबद्ध पाया गया है। इसके अलावा, जबकि कुछ की जांच का सुझाव है कि झिल्ली क्षमता के उतार चढ़ाव, अभिवाही अन्तर्ग्रथनी आदानों की एक लगातार बदलती धारा से उत्पन्न, दृढ़ता से अपने इनपुट-आउटपुट संबंध 3,10-13 का लाभ नियमन द्वारा एकल न्यूरॉन्स की जवाबदेही को प्रभावित, दूसरों से संकेत मिलता है कि झिल्ली इनपुट चालकता में परिवर्तन निषेध shunting द्वारा मध्यस्थता झिल्ली में उतार-चढ़ाव 14,15 की भयावहता की परवाह किए बिना न्यूरोनल लाभ मिलाना के लिए पर्याप्त हैं। अंत में, हाल ही में जाग जानवरों पर प्रदर्शन अध्ययन पर जोर दिया है कि कैसे एक न्यूरॉन में संवेदी जानकारी के प्रसंस्करण के गंभीर रूप से सतर्कता एक के राज्य पर निर्भर करता हैएन डी वर्तमान व्यवहार मांग 16,17।

एक सरल रणनीति के लिए एक अत्यधिक परस्पर प्रणाली में एक भी प्रक्रिया के कार्यात्मक भूमिका स्पष्ट करने के लिए निर्धारित करने के लिए कैसे अपनी अनुपस्थिति विशेष प्रणाली के कामकाज बदल रहा है। इस विधि को बड़े पैमाने पर प्रयोगात्मक घावों या अलग मस्तिष्क क्षेत्रों 18-21 की निष्क्रियता, या विशिष्ट आयन चैनल 22,23 के औषधीय नाकाबंदी का उपयोग कर, तंत्रिका विज्ञान अनुसंधान के क्षेत्र में इस्तेमाल किया गया है, उदाहरण के लिए। विशेष रूप से, यह अनावरण करने के लिए कैसे कार्यात्मक कनेक्टिविटी और नेटवर्क गतिशीलता एकल कोशिका गणना 24-27 को प्रभावित विवो में लागू किया गया है। हालांकि, तारीख को स्थानीय जोड़तोड़ न्यूरॉन्स की फायरिंग ब्लॉक और / या उनके बुनियादी biophysical गुणों उपद्रव आंशिक रूप से प्रभावी हो सकता करने का इरादा है और अपेक्षाकृत छोटे मस्तिष्क की मात्रा 28 तक सीमित हैं।

इन सीमाओं को पार करने के लिए, हम इन विवो प्रयोगात्मक दृष्टिकोण में एक नई विकसितचूहे दिया मस्तिष्क राज्य में दर्ज की गई एकल न्यूरॉन्स, यानी, पूरे दिमाग synaptic गतिविधि 29 की पूरी दमन के बाद प्राप्त उन लोगों के लिए एक विशेष नेटवर्क गतिशील में एम्बेडेड के electrophysiological गुणों की तुलना करने के लिए। नियंत्रण की स्थिति में, दो अलग cortical गतिशीलता उत्पन्न किया जा सकता है। नींद की तरह electrocorticographic (ECoG) पैटर्न सोडियम pentobarbital की उदार खुराक के इंजेक्शन से प्रेरित थे। वैकल्पिक रूप से, cortical गतिविधि जाग्रत (जागने की तरह पैटर्न) अंतर्निहित करने के लिए तुलनीय छोटे आयाम की तेज लहरों ECoG Fentanyl के इंजेक्शन द्वारा उत्पादित किया जा सकता है। बाद में, जबकि एक ही ECoG और intracellular रिकॉर्डिंग को बनाए रखने, अंतर्जात मस्तिष्क विद्युत गतिविधि का एक पूरा मुंह बंद सोडियम pentobarbital के एक उच्च खुराक, समविद्युतविभव ECoG और intracellular गतिविधियों की विशेषता के प्रणालीगत इंजेक्शन द्वारा प्राप्त किया गया था। क्योंकि इस तरह के एक चरम कोमा की प्रेरण घातक हो सकता था consequenजैविक कार्यों पर सीईएस, शारीरिक चर का एक सावधान और सतत निगरानी जरूरी था। इसलिए, हम सावधानी से दिल की धड़कन आवृत्ति, अंत ज्वार सीओ 2 एकाग्रता (ETCO 2), हे 2 संतृप्ति (एसपीओ 2) और चूहे की कोर तापमान प्रयोगों के दौरान पालन किया।

हम तेज microelectrodes, जो विशेष रूप से विवो में लंबी और स्थिर रिकॉर्डिंग के लिए उपयुक्त हैं का उपयोग कर इन अलग-अलग राज्यों के दौरान एकल न्यूरॉन्स गुणों का मूल्यांकन। प्रक्रिया यहाँ वर्णित है, अन्य electrophysiological और इमेजिंग दृष्टिकोण के साथ जोड़ा जा सकता है और अन्य पशु मॉडल के लिए बढ़ाया जा सकता है।

Protocol

सभी प्रक्रियाओं यूरोपीय संघ के दिशा निर्देशों के अनुसार किया गया था (यह निर्देश 2010/63 / ईयू) और पशु प्रयोग पर चार्ल्स डार्विन नैतिक समिति ने मंजूरी दे दी। हम यहाँ प्रक्रिया हम नियमित रूप से हमारी प्रयोगशा?…

Representative Results

उत्प्रेरण और एक समविद्युतविभव मस्तिष्क स्थिति बनाए रखने के विवो प्रयोगात्मक प्रक्रिया में एक नाजुक है। यह सीधे न्यूरोनल excitability और हस्तांतरण समारोह 29 पर cortical नेटवर्क गतिविधि के प?…

Discussion

हम यहाँ दोनों नेटवर्क और सेलुलर स्तर पर विवो सहज मस्तिष्क बिजली की गतिविधि में दबाने के लिए एक नई विधि का वर्णन है। यह प्रक्रिया एक चरम मस्तिष्क राज्य, समविद्युतविभव कोमा 41 के रूप में जाना हो…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

इस काम Fondation डी फ्रांस, संस्थान में राष्ट्रीय डी ला Santé एट डी ला Recherche MEDICALE, पियरे और मैरी क्यूरी विश्वविद्यालय और कार्यक्रम 'डी' INVESTISSEMENTS Avenir 'ANR-10-IAIHU-06 से अनुदान द्वारा समर्थित किया गया।

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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Altwegg-Boussac, T., Mahon, S., Chavez, M., Charpier, S., Schramm, A. E. Induction of an Isoelectric Brain State to Investigate the Impact of Endogenous Synaptic Activity on Neuronal Excitability In Vivo. J. Vis. Exp. (109), e53576, doi:10.3791/53576 (2016).
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