Medial Vestibüler Nükleus Nöron Duyarlılığının Değerlendirilmesi İçin Stokaştik Gürültü Uygulaması In Vitro
Summary
İnsanlarda galvanik vestibüler stibüler stibüler stibüler stibüler stimülasyonu vestibüler fonksiyonda iyileşmeler sergiler. Ancak, bu etkilerin nasıl oluştuğu bilinmemektedir. Burada, C57BL/6 farede sinüzoidal ve stokstik elektriksel gürültünün nasıl uygulanacağı ve tek tek medial vestibüler nükleus nöronlarda uygun uyarıcı genliklerinin nasıl değerlendirildiği açıklanmıştır.
Abstract
Galvanik vestibüler stimülasyon (GVS) denge veya vestibüler bozuklukları olan bireylerde denge önlemleri geliştirmek için gösterilmiştir. Bunun, zayıf sinyallerin algılanmasını artırmak için doğrusal olmayan bir sisteme düşük seviyeli/alt eşikli bir uyarıcının uygulanması olarak tanımlanan stokastik rezonans (SR) fenomeninden kaynaklandığı öne sürülebilir. Ancak, SR’nin insan dengesi üzerindeki olumlu etkilerini nasıl sergilediği hala bilinmemektedir. Bu bireysel nöronlar üzerinde sinüzoidal ve stochastic gürültü etkilerinin ilk gösterilerinden biridir. Tüm hücreyon kıskaç elektrofizyolojisi kullanılarak, sinüzoidal ve stochastic gürültü doğrudan c57BL/6 farelerin medial vestibüler çekirdeğinde (MVN) bireysel nöronlara uygulanabilir. Burada sinüzoidal ve stokhastik uyaranların alt eşik olmasını sağlamak için MVN nöronların eşiğini nasıl belirleyebileceğimizi ve bunun için de her gürültü türünün MVN nöronal kazanç üzerindeki etkilerini nasıl belirleyebileceğimizi gösteriyoruz. Alt eşik sinüzoidal ve stokhastik gürültünün bazal ateşleme oranlarını etkilemeden MVN’deki tek tek nöronların hassasiyetini modüle edebildiğimizi gösterdik.
Introduction
Vestibüler (veya denge) sistemi işitsel, proprioseptif, somatosensoriyel ve görsel bilgileri entegre ederek denge duygumuzu kontrol eder. Vestibüler sistemin bozulması yaş bir fonksiyonu olarak meydana geldiği gösterilmiştir ve denge açıkları neden olabilir1,2. Ancak vestibüler sistemin işleyişini hedefleyen tedaviler azdır.
Galvanik Vestibüler Stimülasyon (GVS) denge önlemleri geliştirmek için gösterilmiştir, otonom işleyişi ve insanlar içinde diğer duyusal yöntemler3,4,5,6. Bu iyileştirmeler Stochastic Rezonans nedeniyle olduğu söyleniyor (SR) fenomen, hangi subeşik gürültü uygulaması ile doğrusal olmayan sistemlerde zayıf sinyallerin tespit artıştır7,8. Bu çalışmalar statik9,10 ve dinamik11,12 dengesi ve Oküler Sayaç Rulosu (OCR)13 gibi vestibüler çıkış testlerinde iyileşmeler göstermiştir. Ancak, bu çalışmaların çoğu beyaz gürültü9, renkli gürültü13, farklı uyarıcı frekans aralıkları ve eşik teknikleri gibi uyarıcı parametrelerin farklı kombinasyonları kullandık. Bu nedenle, optimal uyarıcı parametreleri bilinmemektedir ve bu protokol en etkili parametrelerin belirlenmesinde yardımcı olabilir. Uyarıcı parametrelerin yanı sıra, uyarıcı türü de terapötik ve deneysel etkinlik önemlidir. İnsanlarda yukarıdaki çalışma elektriksel gürültü uyaranları kullanılarak gerçekleştirilirken, in vivo hayvan çalışmalarının çoğu mekanik14,15 veya optogenetik16 gürültü uyaranları kullanmıştır. Bu protokol vestibüler çekirdekler üzerindeki etkilerini incelemek için elektriksel gürültü kullanacaktır.
Daha önce, birincil vestibüler afferents uyarmak için GVS uygulaması sincap maymunlar17, chinchillas18, tavuk embriyoları15 ve kobay14in vivo yapıldı . Ancak, bu çalışmalardan sadece iki gvs birincil vestibüler afferents14,15kazanımı üzerindeki etkisi incelenmiştir. Bu deneyler vestibüler çekirdekler üzerinde uygulanan stimülasyon kesin desenleri belirlenemez anlamına in vivo yapılmıştır. Bilgimiz için, sadece bir başka çalışmada merkezi sinir sisteminde bireysel enzimatik ayrıştırılmış nöronlar için stochastic gürültü uygulanmıştır19. Ancak, uygun uyarıcı parametreleri ve eşik tekniklerini değerlendirmek için merkezi vestibüler çekirdeklerde hiçbir deney yapılmamış, bu protokol vestibüler içindeki tek tek nöronlar üzerindeki uyarıcı etkilerin belirlenmesinde daha kesin hale getirilmiştir. Çekirdek.
Burada, medial vestibüler çekirdekteki (MVN) tek tek nöronlara doğrudan sinüzoidal ve stokhastik (elektriksel) gürültünün nasıl uygulanacağı, nöronal eşiği nasıl belirleyeceğimiz ve kazanç/duyarlılıktaki değişiklikleri nasıl ölçtükleri açıklıyoruz.
Protocol
Representative Results
Discussion
Galvanik vestibüler stimülasyonun (GVS) vestibüler sistem üzerindeki etkileri insanlarda in vivo vurgulanmıştır3,13,23, kobay14, kemirgenler18 ve insan olmayan primatlar24. Ancak, Bu çalışmaların hiçbiri vestibüler sistemde bireysel nöronların duyarlılığı üzerinde elektriksel gürültü doğrudan etkisini değerlendirilmiştir. Burada sto…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
SPS Sydney Üniversitesi lisansüstü araştırma bursu tarafından desteklendi.
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).
