Eletroencefalografia simultânea, em tempo real de medição da concentração de lactato e Manipulação optogenética da atividade neuronal do córtex cerebral de roedores

Embora o cérebro representa menos de 5% da massa corporal por, utiliza cerca de um quarto da glucose utilizada pelo corpo em repouso ^1. A função do sono movimento rápido dos olhos não (NREMS), a maior porção do sono pelo tempo, é incerto. No entanto, uma característica saliente do NREMS é uma redução significativa da taxa de utilização de glicose cerebral em relação ao estado de vigília ^2-4. Esta e outras descobertas levaram à crença de que o sono tem uma função relacionada ao metabolismo cerebral. No entanto, os mecanismos subjacentes à redução no metabolismo da glicose cerebral durante NREMS permanecem por ser elucidados.

Um fenômeno associado com NREMS que podem afetar a taxa metabólica cerebral é a ocorrência de ondas lentas, oscilações em freqüências menos de 4 Hz, no eletroencefalograma ^5,6. Estas ondas lentas detectados ao nível do crânio ou da superfície cortical cerebral reflectir aoscilações de neurônios subjacentes entre um estado despolarizado / up e um estado hiperpolarizada / baixo ^7. Durante o estado para baixo, as células não sofrem potenciais de ação em intervalos de até vários milissegundos cem. Restauração dos gradientes de concentração iônica subseqüentes para os potenciais de ação representa uma carga significativa metabólica na célula ^8; ausência de potenciais de ação durante os estados para baixo associados NREMS pode contribuir para um metabolismo reduzido em relação ao acordar.

Dois desafios técnicos tiveram que ser abordadas para que essa hipotética relação a ser testada. Em primeiro lugar, foi necessário medir o metabolismo glicolítico cerebral com uma resolução temporal de reflexo da dinâmica do EEG cerebral (isto é, ao longo de segundos em vez de minutos). Para o fazer, foi medida a concentração de lactato, o produto da glicólise aeróbica, e, portanto, uma leitura da taxa do metabolismo da glucose no cérebro dos ratos. Lactato foimedida utilizando um sensor de lactato-oxidase com base em tempo real, incorporado no córtex frontal. O mecanismo de detecção é constituído por um eléctrodo de platina-irídio rodeado por uma camada de moléculas de oxidase de lactato. O metabolismo do lactato pela lactato oxidase produz peróxido de hidrogénio, o qual produz uma corrente no eléctrodo de platina-irídio. Assim, uma rampa para cima da glicólise cerebral proporciona um aumento na concentração do substrato para a oxidase de lactato, que, em seguida, reflecte-se no aumento da corrente no eléctrodo de detecção. Era ainda necessário medir estas variáveis ​​enquanto manipulando a excitabilidade do córtex cerebral, a fim de isolar esta variável de outras facetas NREMS.

Criámos um sistema experimental para a medição simultânea de actividade neuronal por meio do elecetroencephalogram, a medição do fluxo glicolítico através de um biossensor de lactato, e a manipulação da actividade neuronal cortical cerebral através optogenética activação de pyraneurônios MIDAL. Foi utilizado este sistema para documentar a relação entre o sono relacionada electroencefalográfico formas de onda e a dinâmica momento-a-momento da concentração de lactato no córtex cerebral. O protocolo pode ser útil para qualquer indivíduo interessados ​​em estudar, em livremente comportando roedores, a relação entre a actividade neuronal medido ao nível EEG e energetics celulares dentro do cérebro.