Стохастический шум приложение для оценки медианных Вестибулярный нейрон чувствительность в Vitro
Summary
Гальваническая вестибулярная стимуляция у человека демонстрирует улучшение работы вестибулярной. Тем не менее, неизвестно, как эти эффекты происходят. Здесь мы описываем, как применять синусоидальный и стохастический электрический шум и оценивать соответствующие амплитуды стимула в отдельных медиалярных нейронах вестибуляйного ядра в мыши C57BL/6.
Abstract
Гальваническая вестибулярная стимуляция (ГВС) улучшает показатели баланса у людей с нарушениями равновесия или вестибулярных нарушений. Это предлагается из-за стохастической резонанс (SR) явление, которое определяется как применение низкого уровня / подпорогстимула к нелинейной системы для увеличения обнаружения слабых сигналов. Тем не менее, до сих пор неизвестно, каким образом СР проявляет свое положительное влияние на человеческий баланс. Это одна из первых демонстраций воздействия синусоидального и стохастического шума на отдельные нейроны. Использование цельноклеточного патч зажима электрофизиологии, синусоидального и стохасального шума может быть применен непосредственно к отдельным нейронам в медиальном вестибулярном ядре (MVN) мышей C57BL/6. Здесь мы демонстрируем, как определить порог нейронов MVN для того, чтобы обеспечить синусоидальные и стохастические стимулы являются подпороговыми и из этого, определить влияние, которое каждый тип шума оказывает на mVN нейронов усиления. Мы показываем, что подпорогсиневый синусоидальный и стохастический шум может модулировать чувствительность отдельных нейронов в MVN, не влияя на базальные показатели стрельбы.
Introduction
Вестибулярная (или балансовая) система контролирует наше чувство равновесия, интегрируя слуховую, проприоцептивную, соматосенсорную и визуальную информацию. Деградация вестибулярной системы, как было показано, происходит как функция возраста и может привести к дефициту баланса1,2. Однако методов лечения, ориентированных на функционирование вестибулярной системы, не хватает.
Гальванические вестибулярной стимуляции (GVS) было показано, улучшить баланс меры, вегетативные функционирования и других сенсорных условий в организме человека3,4,5,6. Эти улучшения, как говорят, связано с феноменом Stochastic Resonance (SR), который является увеличение мегвения слабых сигналов в нелинейных системах через применение подпорогового шума7,8. Эти исследования показали улучшенияв статической 9,10 и динамических11,12 баланс, и вестибулярные выходные тесты, такие как ocular Counter Roll (OCR)13. Тем не менее, многие из этих исследований использовали различные комбинации параметров стимула, таких как белый шум9, цветной шум13, различные диапазоны частот стимулов и методы порога. Таким образом, оптимальные параметры стимула остаются неизвестными, и этот протокол может помочь в определении наиболее эффективных параметров. Помимо параметров стимула, тип стимула также имеет важное значение в терапевтической и экспериментальной эффективности. Вышеработа работа в организме человека была выполнена с использованием электрических стимулов шума, в то время как большая часть работы in vivo животных использовала механические14,15 или оптогенетические16 шумовых стимулов. Этот протокол будет использовать электрический шум для изучения воздействия на вестибулярные ядра.
Ранее применение GVS для стимулирования первичных вестибулярных афферентов проводилось в vivo у белок обезьян17,шиншилл18,куриных эмбрионов15 и морских свинок14. Тем не менее, только два из этих исследований рассмотрели влияние GVS оказывает на получение первичных вестибулярных афферентов14,15. Эти эксперименты проводились in vivo, что означает, что точные модели стимуляции, навязанные вестибулярным ядрам, не могут быть определены. Насколько нам известно, только одно другое исследование применило стохастический шум к отдельным ферментативно диссоциированным нейронам в центральной нервной системе19. Тем не менее, никаких экспериментов не было проведено в центральных вестибулярных ядер для оценки соответствующих параметров стимула и методов порога, что делает этот протокол более точным в определении стимула воздействие на отдельные нейроны в вестибулярной Ядер.
Здесь мы описываем, как применять синусоидальный и стохастический (электрический) шум непосредственно к отдельным нейронам в медиальной вестибуляционном ядре (MVN), определить порог нейронов и измерить изменения в выигрыше/чувствительности.
Protocol
Representative Results
Discussion
Влияние гальванической вестибулярной стимуляции (GVS) на вестибулярную системубыло выделено в vivo у людей 3,13,23,морских свинок14, грызунов18 и нечеловеческих приматов24. Однако ни одно из этих исследов?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
SPS была поддержана Университетом Сиднея аспирантуры научно-исследовательской стипендии.
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).
