심각한<em> In Vivo</em> 마취 된 래트에서의 Hyperdirect 경로로부터의 국소 장 전위 및 다중 단위 활성의 전기 생리 학적 기록
Summary
이 연구에서 방법론은 우레탄 마취하에 hyperdirect 통로에서 다중 부위 생체 내 생리 학적 기록을 수행하는 방법에 대해 제시됩니다.
Abstract
수렴 된 증거는 많은 신경 정신병이 대다수의 신경 네트워크의 장애로 이해되어야 함을 보여줍니다. 이러한 질병의 병태 생리 학적 기초를 더 잘 이해하기 위해서는 회로의 다른 연결 부분간에 정보 처리가 방해되는 방식을 정확하게 특성화해야합니다. 세포 외 생체 전기 기록을 사용하여, 연결 네트워크 내에서의 신경 활동을 정확하게 묘사하는 것이 가능하다. 이 방법의 적용은 기능적 자기 공명 영상 및 칼슘 이미징과 같은 다른 기술보다 몇 가지 장점이 있습니다. 고유 한 시간 및 공간 해상도를 허용하고 유 전적으로 조작 된 유기체에 의존하지 않기 때문입니다. 그러나, 세포 외 생체 내 기록의 사용은 보편적으로 적용될 수없는 침입 기술이기 때문에 제한적이다. 이 기사에서는 간단하고 사용하기 쉬운 방법을 소개합니다.네트워크의 여러 지점에서 로컬 필드 잠재력 및 다중 단위 활동과 같은 세포 외 잠재력을 동시에 기록 할 수 있습니다. 그것은 stereotactic 수술과 multi-unit 녹음의 온라인 분석의 결합을 사용하여 피질 핵의 정확한 타겟팅이 어떻게 이루어질 수 있는지에 대해 자세히 설명합니다. 따라서, hyperdirect cortico-basal ganglia loop와 같은 완전한 네트워크가 in vivo 에서 마취 된 동물 에서 어떻게 연구 될 수 있는지 보여줍니다.
Introduction
파킨슨 병 (PD)과 정신 분열병과 같은 다른 신경 정신 질환에 대한 최근의 누적 증거는 그들의 병태 생리가 대뇌 피질 및 피질 하부 구조 1 , 2 , 3 을 종종 포함하는 확장 된 신경 회로의 중대한 장애에 기초한다는 것을 강하게 시사한다. 이 이론에 따르면, 질병의 임상 증상은 단일 세포 또는 특정 연결 요소 1 , 2 , 3 대신에 세포 네트워크의 정보 처리 능력이 손상되어 발생합니다. 신경 정신병 학 질환의 복잡한 그룹에 대한 이해를 높이고 새로운 치료 옵션을 찾으려면 인간 환자 및 동물 모델에서 이러한 무질서한 네트워크의 연결 동역학을 매우 상세하게 특성화해야합니다. 탁월한생체 내에서 대규모 네트워크를 연구하는 방법은 세포 외 전위의 다중 사이트 전기 생리 학적 기록이다. 이 방법을 사용하여, 흥분성 및 억제 성 postsynaptic 전류의 시간적 합계를 주로 나타내는 국부 전계 전위 (local field potentials, LFPs) 및 시냅스 전 전위 (preynaptic potentials)에 의해 생성 된 다중 단위 활성 (MUA)을 동시에 평가할 수 있습니다. 세포 외 포텐셜의 기록은 기능적 자기 공명 영상 및 칼슘 이미징과 같은 네트워크를 연구하는 다른 방법보다 시간적 공간적 해상도가 더 높고 유 전적으로 조작 된 유기체에 의존하지 않기 때문에 몇 가지 장점이 있습니다 5 . 그러나, 세포 외 생체 내 기록의 사용은 보편적으로 적용될 수없는 침입 기술이기 때문에 제한적이다.
생체 내 전기 생리 학적 연구ordings는 마취 된 동물뿐만 아니라 깨어있는 상태에서 수행 될 수 있습니다. 두 가지 방법 모두 특정 장단점이 있습니다. 깨어있는 동물에 대한 연구는 정의 된 행동 과제를 수행하는 동안 뇌 신호를 기록 할 수는 있지만 운동 관련 및 기타 아티팩트 7,8에 취약합니다. 반면 마취 된 동물의 기록은 고도로 정의 된 피질의 동기화 상태에서 최소한의 인공물로 LFP 및 MUA를 평가할 기회를 제공하지만 결과는 또한 깨어있는 피험자 9 , 10 , 11 에서 발견 할 수있는 것과 어느 정도 다릅니다.
최근에는 LFP 샘플링이 네트워크 활동의 병리학 적 변화를 묘사하는 데 특히 유용하다는 것이 입증되었습니다. 이에 대한 탁월한 예는 인간 환자에서 PD의 병리 생리학에 관한 연구입니다cortico-basal ganglia loop에서의 강화 된 베타 진동이 파킨슨 병 운동 증상과 연관되어 있음을 보여줄 수있는이 질병의 동물 모델 12 , 13 . 이 연구의 결과로, 베타 진동이 폐쇄 루프 심뇌 자극에 대한 온라인 피드백 바이오 마커로 사용될 수 있는지에 대해서는 현재 조사 중이다.
본 연구에서는 우레탄으로 마취 된 쥐에서 LFP 및 MUA의 급성 다중 부위 생체 전기 생리 학적 기록에 대한 상세한 설명이 제공된다. 하이퍼 다이렉트 cortico-basal ganglia pathway와 같은 완전한 네트워크가 표준 및 맞춤 전극을 사용하여 전기 생리 학적으로 특성화 될 수있는 방법과 그 전극을 구축하는 방법을 보여줍니다. 기저핵 신경핵의 정확한 표적화가 공동체에 의해 어떻게 달성 될 수 있는지 특히 강조된다MUA의 온라인 등록과 함께 정위 수술을 마비시킨다.
Protocol
Representative Results
Discussion
본 연구에서이 방법은 M1과 STN 및 SNR을 설치류에 연결하는 하이퍼 다이렉트 cortico-basal ganglia 경로의 예를 사용하여 주어진 네트워크의 여러 지점에서 동시에 세포 외 전기 생리 학적 신호를 기록하는 방법을 보여줍니다.
STN과 같은 작은 피질 하부 구조의 기록에서 중요한 단계는 정확하게 기록 된 전극을 표적 안으로 삽입하는 것입니다. 제시된 방법에서는 두 가지 중요한 단…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
우리 연구에 자금을 지원 한 Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), KFO 247에 감사드립니다.
Materials
| Ag/AgCl custom epidural electrodes | Goodfellow GmbH D-61213 Bad Nauheim, Germany info@goodfellow.com |
Product-ID AG005127 for 99.99% silver wire | Ag/AgCl electrodes will allow for better signal quality, but may only be used in acute experiments. Possible replacement: Stainless steel electrodes |
| Stereotaxic holder with acrylic block | David Kopf Instruments, 7324 Elmo Street, Tujunga, CA 91042, USA |
Product ID Model 1770 Standard Electrode Holder | Make sure the acrylic block has recesses which suit the electrode setup for the desired target. Acrylic blocks can easily be modified with a file to obtain the desired configuration. Possible replacement: Self-constructed electrode holders |
| Tungsten microwire electrodes 1.5 MΩ impedance | Microprobes.com 18247-D Flower Hill Way Gaithersburg, Maryland, 20879 USA |
Product-ID WE3ST31.5A5-250um | The 1.5 MΩ is necessary to record MUA and LFP at the same time. Possible replacement: Microelectrodes of different materials can be used. The electrodes have to be straight, robust and as thin as possible. |
| Rat alignment tool | David Kopf Instruments, 7324 Elmo Street, Tujunga, CA 91042, USA |
Product ID Model 944 Rat Alignment Tool | Allows the exact orientation of the brain to match stereotaxic atlases. Possible replacement: Stereotaxic holder with a cannula |
| Two-component dental acrylic | Associated Dental Products Ltd. Kemdent Works, Purton, Swindon Wiltshire, SN5 4HT, United Kingdom |
Simplex Rapid Powder Clear 225g, Product code: ACR803; Simplex Rapid Liquid 150ml, Product code: ACR920 | Depending in the electrodes used, superglue might be an easy alternative, if the electrodes are small and lightweight. Possible replacement: Superglue (Cyanacrylate-based) |
| Faraday cage | Self-construction | A proper Faraday cage will be the best protection from electromagnetic artifacts, but everything which can be formed into a box shape or applied to a frame and is made of conductive material may help. Possible replacement: Aluminum foil or copper mesh | |
| Electrophysiological setup with recording software and online spike-sorting capabilities | OmniPlex® Neural Data Acquisition System Plexon Inc 6500 Greenville Avenue, Suite 700 Dallas, Texas 75206 USA |
Offline sorting software is a potential alternative, multiple scripts and softwares can be found for free in the open source community. |
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