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神经科学

Evaluación de la lateralización del hemisferio con registro de potencial de campo local bilateral en corteza motora secundaria de ratones

Published: July 31, 2019
doi:
10.3791/59310
, , ,
1School of Life Sciences,Guangzhou University, 2Institute for Brain Research and Rehabilitation,South China Normal University, 3School of Life Sciences,South China Normal University

Summary

Presentamos un registro electrofisiológico in vivo del potencial de campo local (LFP) en la corteza motora secundaria bilateral (M2) de ratones, que se puede aplicar para evaluar la lateralización del hemisferio. El estudio reveló niveles alterados de sincronización entre la izquierda y la derecha M2 en ratones APP/PS1 en comparación con los controles WT.

Abstract

Este artículo demuestra procedimientos completos y detallados para el registro bilateral in vivo y el análisis del potencial de campo local (LFP) en las áreas corticales de ratones, que son útiles para evaluar posibles déficits de lateralidad, así como para la conectividad cerebral y el acoplamiento de las actividades de las redes neuronales en roedores. Los mecanismos patológicos subyacentes a la enfermedad de Alzheimer( AD), una enfermedad neurodegenerativa común, siguen siendo en gran medida desconocidos. Se ha demostrado la lateralidad cerebral alterada en personas envejecidas, pero no se ha determinado si la lateralización anormal es uno de los primeros signos de AD. Para investigar esto, registramos PFP bilaterales en ratones modelo AD de 3-5 meses, APP/PS1, junto con controles de tipo salvaje (WT). Los PFP de la corteza motora secundaria izquierda y derecha (M2), específicamente en la banda gamma, estaban más sincronizados en ratones APP/PS1 que en los controles WT, lo que sugiere una disminución de la asimetría hemisférica de M2 bilateral en este modelo de ratón AD. En particular, los procesos de registro y análisis de datos son flexibles y fáciles de llevar a cabo, y también se pueden aplicar a otras vías cerebrales al realizar experimentos que se centran en circuitos neuronales.

Introduction

La enfermedad de Alzheimer es la forma más común de demencia1,2. La deposición de la proteína beta amiloide extracelular (proteína amiloide, A-) y los enredos neurofibrilares intracelulares (NFT) son las principales características patológicas de AD3,4,5, pero los mecanismos subyacentes a la AD patogénesis siguen siendo en gran medida poco claras. La corteza cerebral, una estructura clave en la cognición y la memoria, se ve afectada en el año6d.C., y los déficits motores como la marcha lenta, la dificultad para navegar por el medio ambiente y las alteraciones de la marcha se producen con el avance delos 7años. También se han observado deposiciones de A y enredos neurofibrilares en la corteza premotora (PMC) y en el área motora suplementaria (SMA) en pacientes con AD8 y adultos mayores de impacto cognitivo9,lo que indica la participación de un motor deteriorado en la patogénesis AD.

El cerebro está formado por dos hemisferios cerebrales distintos que se dividen por una fisura longitudinal. Un cerebro sano exhibe asimetrías estructurales y funcionales10,lo que se llama “lateralización”, permitiendo al cerebro hacer frente eficientemente a múltiples tareas y actividades. El envejecimiento se traduce en un deterioro de la cognición y la locomoción, junto con una reducción en la lateralidad cerebral11,12. Las habilidades motoras del hemisferio izquierdo son fácilmente evidentes en el cerebro sano13, pero en el cerebro AD la lateralidad aberrante se produce como consecuencia de la falla de dominio del hemisferio izquierdo asociado con la atrofia cortical izquierda14, 15,16. Por lo tanto, una comprensión de una posible alteración de la lateralización cerebral en la patogénesis ad y los mecanismos subyacentes puede proporcionar nuevos conocimientos sobre la patogénesis ad y conducir a la identificación de posibles biomarcadores para el tratamiento.

La medición electrofisiológica es un método sensible y eficaz para evaluar los cambios en las actividades neuronales de los animales. La reducción de la asimetría hemisférica en ancianos (HAROLD)17 ha sido documentada por investigaciones electrofisiológicas con tiempo de transferencia interhemisférica sincronizado, que muestra debilitamiento o ausencia de asimetría hemisférica a la peárica presentada estímulos del habla en los ancianos18. Utilizando APP/PS1, uno de los modelos de ratón AD más utilizados19,20,21,22, en combinación con el registro extracelular bilateral in vivo de LFP en M2 izquierdo y derecho, posibles déficits de lateralidad en AD. Además, con una configuración de parámetros sencilla, la función integrada del software de análisis de datos (consulte la Tabla de materiales)proporciona una forma más rápida y sencilla de analizar la sincronización de señales eléctricas que matemáticamente lenguaje de programación complejo, que es amigable para los principiantes con electrofisiología in vivo.

Protocol

Todos los animales fueron emparejados en condiciones estándar (12 h de luz/oscuridad, ambiente de temperatura constante, libre acceso a alimentos y agua) de acuerdo con las directrices y experimentos del Ministerio de Ciencia y Tecnología de Los Animales de Laboratorio de China por el comité ético local de la Universidad de Guangzhou. Este es un procedimiento de no supervivencia. NOTA: Para los datos mostrados en los resultados representativos, los ratones dobles transgénicos APP/PS1 (B6C…

Representative Results

Para ver si la patología temprana de la AD afecta la capacidad de lateralización del hemisferio, realizamos grabaciones bilaterales de LFP extracelulares en el M2 izquierdo y derecho de los ratones APP/PS1 y los controles WT (de 3 a 5 meses de edad), y analizamos la correlación cruzada de estos PFP derecho. En ratones WT, los resultados demostraron que la correlación media entre los PFP izquierdo y derecho en los retrasos positivos difería significativamente de la que en los retrasos negativos en el tiempo, lo que i…

Discussion

Aquí informamos del procedimiento para el registro extracelular bilateral in vivo, junto con el análisis de la sincronización de señales LFP de dos regiones, que es flexible y fácil de llevar a cabo para estimar la lateralización del hemisferio cerebral, así como el conectividad, direccionalidad o acoplamiento entre las actividades neuronales de dos áreas cerebrales. Esto puede ser ampliamente utilizado para revelar no sólo actividades de grupo-neuronal, sino también algunas propiedades básicas de la …

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Este trabajo fue apoyado por subvenciones de la Fundación Nacional de Ciencias Naturales de China (31771219, 31871170), la División de Ciencia y Tecnología de Guangdong (2013KJCX0054), y la Fundación de Ciencias Naturales de la Provincia de Guangdong (2014A030313418, 2014A030313440).

Materials

AC/DC Differential Amplifier A-M Systems Model 3000
Analog Digital converter Cambridge Electronic Design Ltd. Micro1401
Glass borosilicate micropipettes Nanjing spring teaching experimental equipment company 161230 Outer diameter: 1.0mm
Microelectrode puller Narishige PC-10
NaCl Guangzhou Chemical Reagent Factory 7647-14-5
Pin microelectrode holder World Precision Instruments, INC. MEH3SW10
Spike2  Cambridge Electronic Design Ltd.
Stereomicroscope Zeiss 435064-9020-000
Stereotaxic apparatus  RWD Life Science 68045
Urethane Sigma-Aldrich 94300
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Hemisphere LateralizationBilateral Local Field PotentialSecondary Motor CortexMiceElectrophysiologyNeuronal ActivitySynchronizationAlzheimer’s DiseaseAnesthesiaStereotaxic ApparatusMicroelectrodesM2 RegionLFP RecordingCross-correlation Analysis

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Chen, Y., Li, M., Zheng, Y., Yang, L. Evaluation of Hemisphere Lateralization with Bilateral Local Field Potential Recording in Secondary Motor Cortex of Mice. J. Vis. Exp. (149), e59310, doi:10.3791/59310 (2019).
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