تطبيق الضوضاء العشوائية لتقييم حساسية الخلايا العصبية النواة الدهليزية الوسيطة في المختبر
Summary
التحفيز الدهليزي الكلفاني في البشر يعرض تحسينات في وظيفة دهليزية. ومع ذلك، فمن غير المعروف كيف تحدث هذه التأثيرات. هنا، ونحن نصف كيفية تطبيق الضوضاء الكهربائية الجيوب الأنفية والعشوائية وتقييم السعة التحفيزية المناسبة في الخلايا العصبية الأساسية الأساسية الأساسية في الماوس C57BL/6.
Abstract
وقد ثبت التحفيز الدهليزي الكلفاني (GVS) لتحسين مقاييس التوازن في الأفراد الذين يعانون من التوازن أو العاهات الدهليزية. ويُقترح أن يعزى ذلك إلى ظاهرة الرنين العشوائي (SR)، التي تُعرَّف بأنها تطبيق حافز منخفض المستوى/دون عتبة على نظام غير خطي لزيادة الكشف عن الإشارات الأضعف. ومع ذلك، لا يزال من غير المعروف كيف يظهر SR آثاره الإيجابية على التوازن البشري. هذا هو واحد من المظاهرات الأولى لآثار الضوضاء الجيوب الأنفية والعشوائية على الخلايا العصبية الفردية. باستخدام كامل الخلية التصحيح المشبك الفيزيولوجيا الكهربائية، يمكن تطبيق الضوضاء الزعنفة والعشوائية مباشرة على الخلايا العصبية الفردية في النواة الدهليزية الوسيطة (MVN) من الفئران C57BL/6. هنا نبين كيفية تحديد عتبة الخلايا العصبية MVN من أجل ضمان المحفزات الزفية والعشوائية هي عتبة فرعية ومن هذا، تحديد الآثار التي كل نوع من الضوضاء على كسب الخلايا العصبية MVN. نبين أن الضوضاء السينوسية والعشوائية تحت العتبة يمكن أن تعدل حساسية الخلايا العصبية الفردية في MVN دون التأثير على معدلات إطلاق النار القاعدية.
Introduction
يتحكم النظام الدهليزي (أو التوازن) في إحساسنا بالتوازن من خلال دمج المعلومات السمعية، والحسية، والحسية الجسدية والبصرية. وقد ثبت أن تدهور النظام الدهليزي يحدث كدالة للعمر ويمكنأن يؤدي إلى عجز في التوازن 1،2. ومع ذلك، فإن العلاجات التي تستهدف أداء النظام الدهليزي نادرة.
وقد ثبت التحفيز الدهليزي الكلفاني (GVS) لتحسين مقاييس التوازن، والأداء اللاإرادي وغيرها من الطرائق الحسية داخل البشر3،4،5،6. ويقال أن هذه التحسينات تعود إلى ظاهرة الرنين العشوائي (SR)، وهي الزيادة في الكشف عن إشارات أضعف في الأنظمة غير الخطية عن طريق تطبيق الضوضاء تحت العتبة7،8. وقد أظهرت هذه الدراساتتحسينات في ثابت 9،10 ودينامية11،12 التوازن، واختبارات الإخراج الدهليزيمثل لفة عداد العين (OCR)13. ومع ذلك، استخدمت العديد من هذه الدراسات مجموعات مختلفة من المعلمات التحفيز مثل الضوضاء البيضاء9، الضوضاء الملونة13، نطاقات تردد التحفيز المختلفة وتقنيات العتبات. ولذلك، فإن بارامترات التحفيز المثلى لا تزال غير معروفة ويمكن أن يساعد هذا البروتوكول في تحديد البارامترات الأكثر فعالية. وإلى جانب معايير التحفيز، فإن نوع التحفيز مهم أيضاً في الفعالية العلاجية والتجريبية. تم تنفيذ العمل أعلاه في البشر باستخدام محفزات الضوضاء الكهربائية، في حين أن الكثير من العمل الحيواني في الجسم الحي قد استخدمت الميكانيكية14،15 أو البصريات16 محفزات الضوضاء. سيستخدم هذا البروتوكول الضوضاء الكهربائية لفحص الآثار على النوى الدهليزية.
في السابق، تم تنفيذ تطبيق GVS لتحفيز afferents الدهليزية الأولية في الجسم الحي في الخنازير السنجاب17، chinchillas18، أجنة الدجاج15 والخنازير غينيا14. ومع ذلك، درست اثنتان فقط من هذه الدراسات تأثير GVS على كسب afferents الدهليزية الأولية14،15. وقد أجريت هذه التجارب في الجسم الحي مما يعني أنه لا يمكن تحديد الأنماط الدقيقة للتحفيز المفروضة على النوى الدهليزية. على حد علمنا، وقد طبقت دراسة واحدة فقط الضوضاء العشوائية على الخلايا العصبية الفردية الأنزيمية المنفصلة في الجهاز العصبي المركزي19. ومع ذلك، لم يتم إجراء أي تجارب في النوى الدهليزية المركزية لتقييم المعلمات التحفيزية المناسبة وتقنيات العتبات، مما يجعل هذا البروتوكول أكثر دقة في تحديد آثار التحفيز على الخلايا العصبية الفردية داخل الدهليزية النوي.
هنا، ونحن نصف كيفية تطبيق الضوضاء الزعنفة والعشوائية (الكهربائية) مباشرة على الخلايا العصبية الفردية في النواة الدهليزية الوسيطة (MVN)، وتحديد عتبة الخلايا العصبية وقياس التغيرات في كسب / حساسية.
Protocol
Representative Results
Discussion
وقد تم تسليط الضوء على آثار التحفيز الدهليزي الكلفاني (GVS) على النظام الدهليزي في الجسم الحي في البشر3،13،23، خنازير غينيا14، القوارض18 والرئيسيات غير البشرية24. ومع ذلك، لم يتم تقييم أي من هذه الدراسات ا…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وحظيت هذه الدراسة بدعم من جامعة سيدني للدراسات العليا في مجال الدراسات العليا.
Materials
| CaCl | Scharlau | CA01951000 | Used for ACSF and sACSF |
| D-(+)-Glucose | Sigma | G8270 | Used for ACSF and sACSF |
| EGTA | Sigma | E0396-25G | Used for K-based intracellular solution |
| HEPES | Sigma | H3375-25G | Used for K-based intracellular solution |
| KCl | Chem-supply | PA054-500G | Used for ACSF, sACSF and intracellular solution |
| K-gluconate | Sigma | P1847-100G | Used for K-based intracellular solution |
| Mg-ATP | Sigma | A9187-500MG | Used for K-based intracellular solution |
| MgCl | Chem-supply | MA00360500 | Used for ACSF and sACSF |
| Na3-GTP | Sigma | G8877-100MG | Used for K-based intracellular solution |
| NaCl | Chem-supply | SO02270500 | Use for ACSF and intracellular solution |
| NaH2PO4.2H2O | Ajax | AJA471-500G | Used for ACSF and sACSF |
| NaHCO3 | Sigma | S5761-1KG | Used for ACSF and sACSF |
| Sucrose | Chem-supply | SA030-500G | Used for sACSF |
| Isoflurane | Henry Schein | 1169567762 | Used for anaesthetising mice |
| EQUIPMENT | |||
| Borosilicate glass capillaries | Warner instruments | GC150T-7.5 | 1.5mm OD, 1.16mm ID, 7.5cm length |
| Data acquisition software | Axograph | Used for electrophysiology and analysis | |
| Friedmen-Pearson Rongeurs | World precision instruments | 14089 | Used for dissection |
| Micropipette puller | Narishige | PP-830 | Used for micropipette |
| Multiclamp amplifier | Axon instruments | 700B | Used for electrophysiology |
| pH meter | Sper scientific | 860033 | Used for internal solution |
| Standard pattern scissors | FST | 14028-10 | Used for dissection |
| Sutter micromanipulator | Sutter | MP-225/M | Used for electrophysiology |
| Upright microscope | Olympus | BX51WI | Used for electrophysiology |
| Vibratome | Leica | VT1200 | Used for slicing brain tissue |
References
- Amiridis, I. G., Hatzitaki, V., Arabatzi, F. Age-induced modifications of static postural control in humans. Neuroscience Letters. 350 (3), 137-140 (2003).
- Iwasaki, S., Yamasoba, T. Dizziness and imbalance in the elderly: age-related decline in the vestibular system. Aging and disease. 6 (1), (2015).
- Fujimoto, C., et al. Noisy galvanic vestibular stimulation induces a sustained improvement in body balance in elderly adults. Scientific Reports. 6, 37575 (2016).
- Breen, P. P., et al. Peripheral tactile sensory perception of older adults improved using subsensory electrical noise stimulation. Medical Engineering & Physics. 38 (8), 822-825 (2016).
- Yamamoto, Y., Struzik, Z. R., Soma, R., Ohashi, K., Kwak, S. Noisy vestibular stimulation improves autonomic and motor responsiveness in central neurodegenerative disorders. Annals of Neurology. 58 (2), 175-181 (2005).
- Soma, R., Nozaki, D., Kwak, S., Yamamoto, Y. 1/f noise outperforms white noise in sensitizing baroreflex function in the human brain. Physical Review Letters. 91 (7), 078101 (2003).
- Wiesenfeld, K., Moss, F. Stochastic resonance and the benefits of noise: from ice ages to crayfish and SQUIDs. Nature. 373 (6509), 33-36 (1995).
- Moss, F., Ward, L. M., Sannita, W. G. Stochastic resonance and sensory information processing: a tutorial and review of application. Clinical Neurophysiology. 115 (2), 267-281 (2004).
- Goel, R., et al. Using low levels of stochastic vestibular stimulation to improve balance function. PloS one. 10 (8), e0136335 (2015).
- Inukai, Y., et al. Effect of noisy galvanic vestibular stimulation on center of pressure sway of static standing posture. Brain Stimulation: Basic, Translational, and Clinical Research in Neuromodulation. 11 (1), 85-93 (2018).
- Mulavara, A. P., et al. Using low levels of stochastic vestibular stimulation to improve locomotor stability. Frontiers in Systems Neuroscience. 9, 117 (2015).
- Iwasaki, S., et al. Noisy vestibular stimulation increases gait speed in normals and in bilateral vestibulopathy. Brain stimulation. 11 (4), 709-715 (2018).
- Serrador, J. M., Deegan, B. M., Geraghty, M. C., Wood, S. J. Enhancing vestibular function in the elderly with imperceptible electrical stimulation. Scientific Reports. 8 (1), 336 (2018).
- Kim, J., Curthoys, I. S. Responses of primary vestibular neurons to galvanic vestibular stimulation (GVS) in the anaesthetised guinea pig. Brain Research Bulletin. 64 (3), 265-271 (2004).
- Flores, A., et al. Stochastic resonance in the synaptic transmission between hair cells and vestibular primary afferents in development. Neuroscience. 322, 416-429 (2016).
- Huidobro, N., et al. Brownian Optogenetic-Noise-Photostimulation on the Brain Amplifies Somatosensory-Evoked Field Potentials. Frontiers in Neuroscience. 11, 464-464 (2017).
- Goldberg, J., Ferna, C., Smith, C. Responses of vestibular-nerve afferents in the squirrel monkey to externally applied galvanic currents. Brain Research. 252 (1), 156-160 (1982).
- Baird, R., Desmadryl, G., Fernandez, C., Goldberg, J. The vestibular nerve of the chinchilla. II. Relation between afferent response properties and peripheral innervation patterns in the semicircular canals. Journal of Neurophysiology. 60 (1), 182-203 (1988).
- Remedios, L., et al. Effects of Short-Term Random Noise Electrical Stimulation on Dissociated Pyramidal Neurons from the Cerebral Cortex. Neuroscience. 404, 371-386 (2019).
- Paxinos, G., Franklin, K. B. . The mouse brain in stereotaxic coordinates. , (2004).
- Camp, A. J., Callister, R. J., Brichta, A. M. Inhibitory synaptic transmission differs in mouse type A and B medial vestibular nucleus neurons in vitro. Journal of Neurophysiology. 95 (5), 3208-3218 (2006).
- Camp, A., et al. Attenuated glycine receptor function reduces excitability of mouse medial vestibular nucleus neurons. Neuroscience. 170 (1), 348-360 (2010).
- Iwasaki, S., et al. Effect of Noisy Galvanic Vestibular Stimulation on Ocular Vestibular-Evoked Myogenic Potentials to Bone-Conducted Vibration. Front in Neurology. 8, 26 (2017).
- Goldberg, J., Smith, C. E., Fernandez, C. Relation between discharge regularity and responses to externally applied galvanic currents in vestibular nerve afferents of the squirrel monkey. Journal of Neurophysiology. 51 (6), 1236-1256 (1984).
