Одновременной записи корковых местных потенциалов поля, электрокардиограмма, электромиограммы и дыхательный ритм от свободно движущихся крыса
Summary
Это исследование вводит метод для одновременной записи местных потенциалов поля в мозг, электрокардиограммы, электромиограммы и дыхание сигналы свободно движущихся крысы. Это техника, которая снижает затраты на экспериментальной и упрощает анализ данных, будет способствовать пониманию взаимодействия между мозгом и периферийных органов.
Abstract
Мониторинга физиологических динамика головного мозга и периферических тканях необходима для решения ряда вопросов о как мозг контроль тела функции и ритмы, внутренний орган когда животные подвергаются эмоциональные проблемы и изменения в их условий жизни. В целом эксперименты, сигналы от различных органов, таких как мозг и сердце, записываются в системах независимые записи, которые требуется несколько устройств записи и различные процедуры для обработки файлов данных. Это исследование описывает новый метод, который может одновременно контролировать электрические биосигналов, включая десятки местных потенциалов поля в нескольких областях мозга, электрокардиограммы, которые представляют сердечного ритма, электромиограммы, которые представляют проснулся / связанных с сна мышц и дыхание сигналов, свободно движущихся крыс. Запись конфигурации этот метод основан на обычных микро дисковый массив для корковых местах потенциальных записей, в которых размещаются десятки электродов, и сигналы, полученные из этих электродов интегрированы в единый Шкафы электрические монтируется на голову животного. Здесь эта система записи была улучшена, так что сигналы от периферических органов также передаются электрические интерфейсная плата. В одной операции электроды сначала отдельно имплантируется в целевых областях мозга и соответствующие части. Открытые концы всех этих электродов затем припаиваются к отдельным каналам электрической платы выше головы животного так, что все сигналы могут быть интегрированы в одноплатный электрические. Подключение к устройству записи этот Совет позволяет осуществлять сбор всех сигналов в единое устройство, которое уменьшает экспериментальной расходы и упрощает обработку данных, поскольку все данные могут быть обработаны в один и тот же файл данных. Эта техника будет способствовать пониманию нейрофизиологических коррелятов ассоциаций между органами Центральной и периферической.
Introduction
Центральной нервной системы контролирует орган государства в ответ на различные экологические изменения, и этот элемент управления обычно представлены как изменения в пульс, частоту дыхания и сокращения мышц. Однако несколько исследований проверили, как такие периферийные физиологические факторы связаны с корковой активности. Для решения этой проблемы, необходимо крупномасштабных записи метод для контроля электрических биосигналов из центральных и периферических тканей. В коре местах потенциал (LFP) сигналы записываются внеклеточно электродов, которые вставляются в кортикальной тканей1,2,3. Одновременно записать несколько LFP сигналы из коркового регионов мелких млекопитающих, таких как крыс и мышей, ряд исследований были разработаны различные типы сборок на заказ электрода, которые называются микро диски. Обычные микро привод состоит из металлических винтов придает средней части электродов (которые обычно tetrodes), основного органа, который вмещает винты и электродов и электрические интерфейсная плата (ЕИБ) которая приспосабливает металла отверстия для Соедините открытые концы электродов (рис. 1, рис. 2и рис. 3). Эта Ассамблея электрода позволяет оператору контролировать глубину многих электродов, вставляется в мозге в течение дней до нескольких недель и позволяет проводить долгосрочный хронический записи активности нейронов, как животное оспаривается с различными поведенческих задач. В периферических органах сердцебиение сигналы регистрируются как электрокардиограммы (ЭКГ) с помощью пары электродов, которые имплантированы на или вокруг сердца район4,5,6, и скелетных мышц сигналы записываются как электромиограммы (EMGs) с электродами, которые вставляются в мышечной ткани7,8,9. Отношения между электрических сигналов обонятельные луковицы и ритм дыхания (BR) была изучена с единицей записи10,11. В записи обычных систем, эти сигналы от различных тканей были захвачены независимых записывающих устройств, это означает, что дополнительные экспериментальные системы требуется точно синхронизировать эти несколько устройств для одновременного записи сигналов мозга и тела. Эта система была разработана для преодоления этой проблемы. В этой системе все электрические сигналы, записанных из периферийных органов, включая ЭКГ, EMGs и электрические сигналы от обонятельные луковицы, которые отражают ритм дыхания, интегрированы в единый массив микро привод1,2 ,3, здесь называют массив интегративной микро привод. Эта система требует только одно устройство записи многоканальных и применима для любого обычного массива микро привод. Преимущества этой методики, что она не требует каких-либо специальных устройств или триггера сигналов соответствует время записи нескольких устройств, и это позволяет для более удобной обработки данных, так как все сигналы записываются как одинаковые типы данных. Эта техника будет способствовать пониманию нейрофизиологических коррелятов ассоциаций между органами Центральной и периферической. В этом документе описываются процедуры, связанные с техникой и представляет представитель наборы данных, полученные из крыса.
Protocol
Representative Results
Discussion
Для понимания того, как мозг модулирует уровни периферической активности и наоборот, крупномасштабные запись методы одновременно захватить электрические биосигналов из нескольких областей тела являются необходимыми. Это исследование описал хирургическая процедура и записи системы…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Эта работа была поддержана Какен Привет (17 H 05939; 17 H 05551), Фонд Накатоми и Suzuken Мемориальный фонд.
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).
