Stochastische Lärmanwendung zur Beurteilung der medialen vestibulären Nukleus-Neuron-Empfindlichkeit in vitro
Summary
Die galvanische vestibuläre Stimulation beim Menschen zeigt Verbesserungen in der vestibulären Funktion. Es ist jedoch nicht bekannt, wie diese Effekte auftreten. Hier beschreiben wir, wie man sinusförmiges und stochastisches elektrisches Rauschen aufträgt und geeignete Stimulusamplituden in einzelnen medialen vestibulären Nukleusneuronen in der C57BL/6-Maus auswertet.
Abstract
Es hat sich gezeigt, dass die galvanische vestibuläre Stimulation (GVS) die Gleichgewichtsmaße bei Personen mit Gleichgewichts- oder vestibulären Beeinträchtigungen verbessert. Dies wird aufgrund des Stochastischen Resonanzphänomens (SR) vorgeschlagen, das als Anwendung eines Low-Level-/Unterschwellenreizes auf ein nichtlineares System definiert ist, um die Erkennung schwächerer Signale zu erhöhen. Es ist jedoch noch nicht bekannt, wie SR seine positiven Auswirkungen auf das menschliche Gleichgewicht zeigt. Dies ist eine der ersten Demonstrationen der Auswirkungen von sinusförmigen und stochastischen Lärm auf einzelne Neuronen. Mit Hilfe der Ganzzell-Patchklemmenelektrophysiologie können sinusförmige und stochastische Geräusche direkt auf einzelne Neuronen im medialen vestibulären Kern (MVN) von C57BL/6-Mäusen angewendet werden. Hier zeigen wir, wie die Schwelle von MVN-Neuronen zu bestimmen, um sicherzustellen, dass die sinusförmigen und stochastischen Reize unterschwellig sind und daraus die Auswirkungen bestimmen, die jede Art von Rauschen auf den neuronalen Gewinn von MVN hat. Wir zeigen, dass unterschwelliges sinusförmiges und stochastisches Rauschen die Empfindlichkeit einzelner Neuronen im MVN modulieren kann, ohne die Basalfeuerraten zu beeinflussen.
Introduction
Das vestibuläre (oder Gleichgewichts-)System steuert unseren Gleichgewichtssinn durch die Integration von auditiven, propriozeptiven, somatosensorischen und visuellen Informationen. Die Verschlechterung des vestibulären Systems hat sich als Funktion des Alters erwiesen und kann zu Gleichgewichtsdefiziten1,2führen. Therapien, die auf das Funktionieren des vestibulären Systems abzielen, sind jedoch rar.
Galvanische Vestibuläre Stimulation (GVS) hat gezeigt, dass Balance-Maßnahmen zu verbessern, autonome Funktion und andere sensorische Modalitäten beim Menschen3,4,5,6. Diese Verbesserungen sind angeblich auf das Phänomen der Stochastischen Resonanz (SR) zurückzuführen, das die Zunahme der Detektion schwächerer Signale in nichtlinearen Systemen durch die Anwendung von Unterschwellenrauschen7,8ist. Diese Studien haben Verbesserungenbei statischen 9,10 und dynamischen11,12 Balance- und vestibulären Ausgangstests wie Ocular Counter Roll (OCR)13gezeigt. Viele dieser Studien haben jedoch verschiedene Kombinationen von Stimulusparametern wie weißes Rauschen9, farbiges Rauschen13, verschiedene Stimulusfrequenzbereiche und Schwellenwerttechniken verwendet. Daher bleiben optimale Stimulusparameter unbekannt und dieses Protokoll kann bei der Bestimmung der effektivsten Parameter helfen. Neben Stimulusparametern ist die Art des Stimulus auch bei der therapeutischen und experimentellen Wirksamkeit wichtig. Die oben genannten Arbeiten beim Menschen wurden mit elektrischen Lärmreizen durchgeführt, während ein Großteil der in vivo Tierischen Arbeit mechanische14,15 oder optogenetische16 Lärmreize verwendet hat. Dieses Protokoll wird elektrisches Rauschen verwenden, um die Auswirkungen auf vestibuläre Kerne zu untersuchen.
Zuvor wurde die Anwendung von GVS zur Stimulierung der primären vestibulären Afferents in vivo bei Eichhörnchenaffen17, Chinchillas18, Hühnerembryonen15 und Meerschweinchen14durchgeführt. Allerdings untersuchten nur zwei dieser Studien die Auswirkungen von GVS auf den Gewinn von primären vestibulären Afferents14,15. Diese Experimente wurden in vivo durchgeführt, was bedeutet, dass die genauen Stimulationsmuster, die vestibulären Kernen auferlegt werden, nicht bestimmt werden können. Unserer Kenntnis nach hat nur eine andere Studie stochastisches Rauschen auf einzelne enzymatisch dissoziierte Neuronen im Zentralnervensystem angewendet19. Es wurden jedoch keine Experimente in den zentralen vestibulären Kernen durchgeführt, um geeignete Stimulusparameter und Schwellenwerttechniken zu bewerten, wodurch dieses Protokoll bei der Bestimmung der Stimuluseffekte auf einzelne Neuronen innerhalb der vestibulären Kerne.
Hier beschreiben wir, wie man sinusförmiges und stochastisches (elektrisches) Rauschen direkt auf einzelne Neuronen im medialen vestibulären Kern (MVN) aufträgt, die neuronale Schwelle bestimmt und Veränderungen der Gewinn-/Empfindlichkeit misst.
Protocol
Representative Results
Discussion
Die Auswirkungen der galvanischen vestibulären Stimulation (GVS) auf das vestibuläre System wurde in vivo beim Menschen hervorgehoben3,13,23, Meerschweinchen14, Nagetiere18 und nicht-menschliche Primaten24. Jedoch, keine dieser Studien haben die direkten Auswirkungen von elektrischem Rauschen auf die Empfindlichkeit der einzelnen Neuronen im vestibulären …
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
SPS wurde vom postgradualen Forschungsstipendium der University of Sydney unterstützt.
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 |
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