Gravações simultâneas de potenciais de campo corticais Local, eletrocardiograma, eletromiograma e respirar o ritmo de um rato andando livremente
Summary
Este estudo apresenta um método para a gravação simultânea dos potenciais do campo local no cérebro, eletrocardiogramas, electromyograms e respirando os sinais de um rato andando livremente. Esta técnica, o que reduz custos experimentais e simplifica a análise de dados, irá contribuir para a compreensão das interacções entre o cérebro e os órgãos periféricos.
Abstract
Monitoramento da dinâmica fisiológica do cérebro e tecidos periféricos é necessária para abordar uma série de perguntas sobre como o cérebro controla corpo funções e ritmos do órgão interno, quando os animais são expostos aos desafios emocionais e alterações em seus ambientes de vida. Em geral, experimentos, os sinais de diferentes órgãos, como o cérebro e o coração, registam-se por sistemas de gravação independente que requerem vários dispositivos de gravação e diferentes procedimentos para processamento de arquivos de dados. Este estudo descreve um novo método que pode monitorar simultaneamente bio-sinais elétricos, incluindo dezenas de potenciais locais de campo em várias regiões do cérebro, eletrocardiogramas que representam o ritmo cardíaco, electromyograms que representam acordado / contração muscular com o sono e respirando os sinais, em um rato andando livremente. A configuração de gravação desse método é baseada em uma matriz de microunidade convencional para gravações de potenciais corticais campo local na qual dezenas de eletrodos são acomodadas, e os sinais obtidos esses eletrodos são integrados em um único quadro eléctrico montado na cabeça do animal. Aqui, este sistema de gravação foi melhorado para que os sinais de órgãos periféricos também são transferidos para uma placa de interface elétrica. Em uma única cirurgia, eletrodos primeiro são implantados separadamente em partes do corpo apropriado e as áreas do cérebro de alvo. As extremidades abertas de todos estes eletrodos são então soldadas para canais individuais da placa elétrica acima da cabeça do animal para que todos os sinais podem ser integrados a única placa eléctrica. Esta placa de ligação a um dispositivo de gravação permite para a coleção de todos os sinais em um único dispositivo, o que reduz custos experimentais e simplifica o processamento de dados, pois todos os dados podem ser tratados no mesmo arquivo de dados. Esta técnica ajudará a compreensão dos neurofisiológicos das associações entre órgãos centrais e periféricos.
Introduction
O sistema nervoso central controla Estados de corpo em resposta às mudanças ambientais diferentes, e este controle é tipicamente representado como alterações no ritmo cardíaco, ritmo respiratório e contrações musculares. No entanto, poucos estudos têm testado como fatores fisiológicos periféricos estão associados com atividade cortical. Para resolver esse problema, um método de gravação em grande escala para monitoramento bio-sinais elétrica de tecidos centrais e periféricos é necessário. No córtex cerebral, os sinais do campo local potenciais (LFP) registam-se extracelularmente por eletrodos que são inseridos os tecidos corticais1,2,3. Para gravar simultaneamente múltiplos sinais LFP das regiões corticais de pequenos mamíferos, como ratos e camundongos, vários estudos têm desenvolvido vários tipos de assemblies de eletrodo sob medida que são denominados unidades de micro. A microcarro convencional é composta de anexado às partes médios dos eletrodos (que são tipicamente tetrodes), um corpo de núcleo que acomoda os parafusos e eletrodos e uma placa de interface elétrica (BEI) que acomoda metais furos para parafusos de metal Ligue as extremidades abertas dos eletrodos (Figura 1, Figura 2e Figura 3). Este conjunto de eléctrodo permite ao operador controlar a profundidade de muitos eletrodos inseridos no cérebro ao longo de dias ou semanas e permite a realização de gravações crônicas a longo prazo da atividade neuronal como o animal é desafiado com vários tarefas comportamentais. Nos órgãos periféricos, sinais de batimentos cardíacos são registrados como eletrocardiogramas (ECGs) por um par de eletrodos que são implantados ou em torno do coração área4,5,6, e sinais de músculo esquelético como electromyograms (EMGs) com eletrodos que são inseridos o músculo tecido7,8,9. A relação entre os sinais elétricos do bulbo olfatório e o ritmo respiratório (BR) tem sido estudada com única unidade gravações10,11. Em sistemas de gravação convencional, estes sinais de diferentes tecidos foram capturados por dispositivos de gravação independente, o que significa que um sistema experimental adicional é necessário para sincronizar precisamente estes dispositivos múltiplos para simultânea gravações de sinais do cérebro e corpo. Este sistema foi desenvolvido para superar este problema. Neste sistema, todos os sinais elétricos, gravados a partir de órgãos periféricos, incluindo ECGs EMGs e sinais elétricos do bulbo olfatório que refletem o ritmo de respiração, são integrados em uma única matriz micro drive-1,2 ,3, aqui denominado de uma matriz de microunidade integrativa. Este sistema requer apenas um dispositivo de gravação multi-canal e é aplicável para qualquer matriz de micro-drive convencional. As vantagens desta técnica são que não exige qualquer dispositivos especiais ou sinais de gatilho para coincidir com o tempo de gravação de múltiplos dispositivos, e permite o processamento de dados mais conveniente, desde que todos os sinais são registrados como tipos de dados similares. Esta técnica ajudará a compreensão dos neurofisiológicos das associações entre órgãos centrais e periféricos. Este documento descreve os procedimentos associados com a técnica e apresenta representativos conjuntos de dados obtidos de um rato.
Protocol
Representative Results
Discussion
Para entender como o cérebro modula os níveis de atividade periférica e vice versa, em grande escala gravação métodos para capturar simultaneamente bio-sinais elétrica de várias áreas do corpo são necessárias. Este estudo descreveu um procedimento cirúrgico e um sistema de gravação para monitoramento de potenciais de campo local cerebral, cardíaca, a magnitude da construção muscular e as taxas respiratórias, que foram melhoradas em um sistema de gravação que é usado para gravações extracelulares no…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este trabalho foi apoiado pela Kaken-Oi (17 H 05939; 17 H 05551), a Fundação Nakatomi e o Suzuken Memorial Foundation.
Materials
| FEP Hookup Wire Stranded Stainless Steel | Cooner Wire Company, Chatsworth, CA | AS 633 | Bioflex wire |
| EIB-36-PTB | Neuralynx, Inc., Bozeman, MT | EIB-36-PTB | EIB |
| Cereplex M | Blackrock Microsystems, Salt Lake City, UT | Digital headstage | |
| Cereplex Direct | Blackrock Microsystems, Salt Lake City, UT | Data acquisition system | |
| UEW polyurethane magnet wire | Oyaide.com, Tokyo, Japan | UEW 0.14mm 20m | Enamel wire |
| SD-102 | Narishige, Tokyo, Japan | SD-102 | High-speed drill |
| Minimo ONE SERIES ver.2 | Minitor Co.,Ltd, Tokyo, Japan | C2012 | High-peed drill Power Supply |
| Provinice 250 mL | Shofu Inc., Kyoto, Japan | 213620136 | Dental cement |
| Small Animal Anesthetizer | Biomachinery, Chiba, Japan | TK-7 | Anesthetizer |
| Buprenorphine hydrochloride | Sigma-Aldrich, St. Louis, MO | B7536-1ML | Analgesic |
| Isoflurane | DS Pharma Animal Health, Osaka, Japan | Isoflu 250mL | |
| Vaseline, White | Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Osaka, Japan | 224-00165 | Vet ointment |
| Sodium alginate | Nacalai tesque, Kyoto, Japan | 31131-85 | |
| Calcium Chloride Dihydrate | Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Osaka, Japan | 031-00435 | |
| Stainless steel screw M1.0×4.0 | MonotaRO, Hyogo, Japan | 42617504 | Stainless steel screw for BR electrodes |
| Stainless steel screw M1.4×3.0 | MonotaRO, Hyogo, Japan | 42617687 | Stainless steel screw for g/r electrodes and anchors |
References
- Kloosterman, F., et al. Micro-drive Array for Chronic in vivo Recording: Drive Fabrication. JoVE. (26), e1094 (2009).
- Nguyen, D. P., et al. Micro-drive Array for Chronic in vivo Recording: Tetrode Assembly. Journal of Visualized Experiments : JoVE. (26), e1098 (2009).
- Jog, M. S., et al. Tetrode technology: advances in implantable hardware, neuroimaging, and data analysis techniques. J Neurosci Methods. 117 (2), 141-152 (2002).
- Fenske, S., et al. Comprehensive multilevel in vivo and in vitro analysis of heart rate fluctuations in mice by ECG telemetry and electrophysiology. Nat Protoc. 11 (1), 61-86 (2016).
- Rossi, S., et al. The effect of aging on the specialized conducting system: a telemetry ECG study in rats over a 6 month period. PLoS One. 9 (11), 112697 (2014).
- Cesarovic, N., Jirkof, P., Rettich, A., Arras, M. Implantation of radiotelemetry transmitters yielding data on ECG, heart rate, core body temperature and activity in free-moving laboratory mice. JoVE. (57), (2011).
- Zeredo, J. L., Kumei, Y., Shibazaki, T., Yoshida, N., Toda, K. Measuring biting behavior induced by acute stress in the rat. Behav Res Methods. 41 (3), 761-764 (2009).
- Young, G. A., Khazan, N. Electromyographic power spectral changes associated with the sleep-awake cycle and with diazepam treatment in the rat. Pharmacol Biochem Be. 19 (4), 715-718 (1983).
- Oishi, Y., et al. Polygraphic Recording Procedure for Measuring Sleep in Mice. JoVE. (107), e53678 (2016).
- Chaput, M. A. Respiratory-phase-related coding of olfactory information in the olfactory bulb of awake freely-breathing rabbits. Physiol Behav. 36 (2), 319-324 (1986).
- Ravel, N., Pager, J. Respiratory patterning of the rat olfactory bulb unit activity: Nasal versus tracheal breathing. Neurosci Lett. 115 (2-3), 213-218 (1990).
- Okada, S., Igata, H., Sakaguchi, T., Sasaki, T., Ikegaya, Y. A new device for the simultaneous recording of cerebral, cardiac, and muscular electrical activity in freely moving rodents. J Pharmacol Sci. 132 (1), 105-108 (2016).
- Sasaki, T., Nishimura, Y., Ikegaya, Y. Simultaneous Recordings of Central and Peripheral Bioelectrical Signals in a Freely Moving Rodent. Biol Pharm Bull. 40 (5), 711-715 (2017).
